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刀具材料 用于特定刀具的特定材料通常是由所需的恰當(dāng)?shù)毒叩牧W(xué) 性能決定的 這些材料要在所需刀具功能和需求進行認(rèn)真研究 和估算之后才能選取 在大多數(shù)情況下 大量材料能夠滿足 最后的選擇是由材料的利用率和經(jīng)濟因素決定的 用于工具的基本材料可分成三種主要的類型 黑色金屬材 料 有色金屬材料 非金屬材料 黑色金屬材料以鐵作為金屬 基本并包括工具鋼 合金鋼 碳素鋼和鑄鐵 有色金屬材料的 除了鐵之外的作為金屬基體的材料 并包括鋁 鎂 鋅 鉛 鉍 銅和大量的合金 非金屬材料是那些諸如木材 橡膠 環(huán) 氧樹脂 陶瓷和金剛石的不含有金屬基體的材料 為了恰當(dāng)?shù)?選擇工具材料 我們應(yīng)當(dāng)掌握材料的一些物理性能和力學(xué)性能 以便確定所選材料對工具的功能和操作會有何影響 物理和力學(xué)性能是能控制材料在一定條件下反應(yīng)的材料特 性 物理性能是材料固有的并不會永久改變材料的物理性能 這些性能包括 重量 顏色 熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率 熱膨脹率及熔 點 材料的力學(xué)性能是通過熱處理或力學(xué)處理會永久改變的性 能 這些性能包括強度 硬度 耐磨性 剛度 脆性 塑性 延展性 可鍛性及彈性模量 從使用觀點來看 工具鋼應(yīng)用于加工和成型基本材料 例 如將金屬 塑料和木材加工成所需要的形狀 從組成觀點來看 工具鋼是能夠淬火和回火的碳素合金鋼 工具鋼所需要的一些 性能是高耐磨性和高硬度 好的耐熱性及能足夠加工材料的強 度 有時 精密可能也非常重要 工具鋼也必須經(jīng)濟使用并能 成型或機加工成所需要的形狀 由于所需要的性能如此特殊 工具鋼常常在電爐中熔化用于精 確的冶金質(zhì)量控制 對于工具鋼的冶煉 要最大限度地使鋼中 的氣孔 偏析 雜質(zhì)以及非金屬夾雜物等含量盡可能地低一些 工具鋼要接受認(rèn)真的宏觀和微觀檢測的確保它們滿足嚴(yán)格的 工具鋼 的規(guī)格 盡管工具鋼在總的鋼生產(chǎn)中占相對少的比例 但由于它們 在其它鋼產(chǎn)品和工程材料中使用廣泛 所以有重要的地位 工 具鋼的應(yīng)用包括鉆頭 拉深模 剪切刀片 凸模 擠出模和切 削刀片 在一些方面 尤其在高速切削方面是重要的 其它工具材料 例如 硬質(zhì)合金產(chǎn)品比工具鋼更是經(jīng)濟替代品 硬質(zhì)合金優(yōu)異 性能是由于它的高硬度和高抗壓強度 其它工具材料越來越廣 泛地應(yīng)用于工業(yè)中 工具鋼的熱處理 熱處理是將金屬或合金加熱到一定溫度 并以不同速度 降溫從而改變其結(jié)構(gòu)以達(dá)到控制性能的目的 加熱與冷卻控制 相結(jié)合的方法 不僅決定著材料中的微觀組織的分布和性質(zhì) 而且也決定了材料內(nèi)部晶粒的大小 熱處理應(yīng)該改善所需的合金或金屬 熱處理不同的一些 目的如下所示 1 冷卻后去除應(yīng)變 2 去除例如經(jīng)拉伸 彎曲或焊接而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 3 增加材料的硬度 4 改善機械加工性能 5 改善刀具的切削性能 6 增強耐磨性能 7 使材料變軟 像退火 8 改善材料的性能 像耐蝕性 耐熱性 磁性能或 其它所要求的 黑色金屬材料的熱處理 工具鋼中鐵是主要的成分 其 中碳的增加是為了鋼可能硬化 在鋼中加入合金增強了普通碳 素鋼中不具備的性能 例如在油或空氣中淬火能增強耐磨性 高剛度和好的安全 黑色金屬材料的熱處理包含很多重要操作 這些操作通 常以不同的名稱表示 例如正火 球化退火 去應(yīng)力退火 退 火 淬火 回火及表面淬火 正火包括將材料加熱到臨界以上 100 200 華氏溫度以 及在空氣中冷卻 這大約超過了正常的淬火溫度 100 華氏溫度 正火的目的是將在鍛造過程中粗化的晶粒細(xì)化 對于大 多數(shù)中碳鋼來說 不管它是否合金化 在鍛造后或加工前推薦 采用正火處理工藝 從而有利于成行更均勻的組織 并且在大 多數(shù)情況下可改善材料的切削加工性能 高合金淬火鋼的熱處理決不能采用正火 因為這樣會導(dǎo) 致它們硬化及初終 球化退火是退火的一種形式 在加熱或冷卻鋼 生產(chǎn)碳 化物的圓形的或球狀的形式 鋼中碳的成分 通常工具鋼球化退火是為了改善機械加工性能 這是碳 素鋼通過加熱到 1380 1400 華氏溫度及比許多合金工具鋼高 保溫一到四個小時 然后在爐子里緩慢降溫 去應(yīng)力退火 這是一個在成型 冷加工及在焊接或加工后冷 卻中去除鋼中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的方法 它是最簡單的熱處理并只能 通過加熱到 1200 1350 華氏溫度完成 然后空冷卻或隨爐冷卻 大型模具通常粗加工后去應(yīng)力退火然后精加工 這不僅 可以通過機加工而且也可通過隨后的熱處理將變形減到最小 由于局部加熱和冷卻循環(huán)相結(jié)合而且在焊接處變形 所以焊接 部分也有內(nèi)應(yīng)力 這樣的內(nèi)應(yīng)力在機加工操作中將導(dǎo)致巨大的 變形 退火 退火過程是由將鋼加熱到高溫再保溫一段時間 通常緩慢冷卻 退火是通過相應(yīng)的特性為了產(chǎn)生均勻組織以及 建立普通平衡條件 工具鋼通常用于退火處理 有時候它需要再加工經(jīng)過淬 火的刀具 然后這個必須被退火處理 對于這種類型的退火 鋼被輕微加熱超過它的臨界溫度并緩慢冷卻 淬火 這是超過臨界溫度并快速冷卻以恰當(dāng)?shù)膶︿撨M行 硬化的過程 回火 這是將鋼和合金淬火加熱到較低溫度下以減少內(nèi) 應(yīng)力的過程 表面淬火 鋼制品的表面滲碳和隨后的淬火操作在熱處 理是重要階段 這個過程可能包括熔融的氰化鈉混合物 帶有 活性的固體材料例如木炭或焦碳 固體滲碳 氣或油滲碳及干 法氰化 壓力機類型 壓力加工過程的特性是沖模在短的周期內(nèi)將加工材料切 斷或變形的應(yīng)用 壓力加工操作 一般是由單個的壓力少于一秒的時間內(nèi) 完成產(chǎn)品的生產(chǎn) 對于壓力機而言 壓力加工是用來支撐 導(dǎo)向及控制的 電動機 實質(zhì)上 壓力機是由機身 底座或墊板以及稱 之為沖頭或滑塊的往返運動的零件組成 這個沖頭或滑塊是裝 配在沖頭和工作臺上的特殊工具將力施加在加工材料上的 能量儲存在機械壓力機旋轉(zhuǎn)的飛輪上或在液壓機上通過 液壓系統(tǒng)供應(yīng)被傳輸?shù)經(jīng)_頭作直線運動 壓力機類型 開式雙柱可傾壓力機也稱作開式壓力機 具 有允許進入加工區(qū)域的 C 形機身 這個機身可相對于基座傾斜 一個角度 允許通過重力處理產(chǎn)品 開口的后壁允許從頭到尾 的原料 工件及成品的加載和卸載 壓力機的主要成分如下所示 1 壓力機工作臺 一個矩形機身通常開口在中心 支撐墊 板 2 墊板 平的鋼板 從 51 到 127 毫米厚 壓力機工具和附 件裝配在上面 墊板有從壓力機制造商獲得的標(biāo)準(zhǔn)的量度和中 心孔 3 沖頭或滑塊 壓力機上面的零件依據(jù)壓力機的大小和設(shè) 計運動通過一般距離的行程 沖頭的位置 并不是它的沖程 可以被調(diào)整 從工作臺的商表面到滑塊的下表面之間的距離 稱為壓力機的閉合高度 4 打料桿 在壓力機上行程的機制操作 從凸模上頂出工 件或沖裁件 5 緩沖器 壓力附件裝配在墊板下面或里面 用于產(chǎn)生向 上運動和力 它是由空氣 石油 橡膠或彈簧或機構(gòu)聯(lián)合來驅(qū) 動 傳統(tǒng)的閉式壓力機設(shè)計在工作臺的末端有導(dǎo)柱 通常通過 窗口允許原料 工件及成品的加載和卸載 特殊應(yīng)用方面 這種類型的壓力機也能用于從前往后的 進給輸送 折彎機本質(zhì)上與開式壓力機相同 除了它的工作臺有 6 20 英尺長或更長 它基本上用于大型鈑金件的不同的彎曲 操作 它也能用于一系列的凸模分離組件 做沖孔 開槽及成 型 這種類型的操作用于低速成形件 加工消費通常很低 但 勞動力消費很高 是因為零件在每個工位都是人工傳輸和定位 操作者必須遵循較好的安全操作并自始至終避免傷害 液壓機主要用于成形操作和比大多數(shù)機械壓力機短的加 工循環(huán)時間 液壓機的優(yōu)點是加工壓力 行程及沖頭的速度可 以調(diào)整 雙動壓力機用于大型鈑金零件的拉伸操作 這種類型的 壓力機有外壓頭和二級內(nèi)壓頭 通過操作系統(tǒng) 凹模首先接觸 材料并施加壓力允許凸模固定板適當(dāng)?shù)睦炝慵?三動式壓力機具有和雙動壓力機相同的內(nèi) 外滑塊 此 外 三動壓力機工作缸還有一個滑塊 它可向上運動 從而在 一個沖壓循環(huán)中允許反向拉伸 三動式壓力機不廣泛使用 曲柄連桿壓力機是用于壓花操作 啟動裝置設(shè)計允許在 沖頭行程的末端有很高的壓力 這種類型的壓力機采用曲柄結(jié) 構(gòu) 這種曲柄結(jié)構(gòu)帶動由兩個圍繞死點來回振動的杠桿所組成 的關(guān)節(jié)一起運動 這樣便在滑塊的沖程末端開緘短暫 有力的 運動 這些都是用于工業(yè)中基本的壓力機類型 即便越來越多 的類型用于特殊場合 在沖壓區(qū)域每個人必須首先要關(guān)注壓力機操作安全 在 滑塊下工作時壓力機控制必須鎖定在關(guān)閉位置 安全塊放置在 滑塊下面以防止它下滑 壓力機運行時 必須遵循適當(dāng)?shù)谋Ｗo 和安全規(guī)則