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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(jìn)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(jì)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)倪x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(duì)工具的功能和操作會(huì)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(huì)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(diǎn)。材料的力學(xué)性能是通過(guò)熱處理或力學(xué)處理會(huì)永久改變的性能。這些性能包括強(qiáng)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(diǎn)來(lái)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(diǎn)來(lái)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(qiáng)度。有時(shí)，精密可能也非常重要。工具鋼也必須經(jīng)濟(jì)使用并能成型或機(jī)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(duì)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(cè)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(duì)少的比例，但由于它們?cè)谄渌摦a(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(jì)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(qiáng)度。其它工具材料越來(lái)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(jī)械加工性能；
5.改善刀具的切削性能；
6.增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(guò)了正常的淬火溫度100華氏溫度。
正火的目的是將在鍛造過(guò)程中粗化的晶粒細(xì)化。對(duì)于大多數(shù)中碳鋼來(lái)說(shuō)，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?yàn)檫@樣會(huì)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(jī)械加工性能。這是碳素鋼通過(guò)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(gè)小時(shí)，然后在爐子里緩慢降溫。
去應(yīng)力退火，這是一個(gè)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(jiǎn)單的熱處理并只能通過(guò)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(guò)機(jī)加工而且也可通過(guò)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(jī)加工操作中將導(dǎo)致巨大的變形。
退火。退火過(guò)程是由將鋼加熱到高溫再保溫一段時(shí)間，通常緩慢冷卻。退火是通過(guò)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(shí)候它需要再加工經(jīng)過(guò)淬火的刀具，然后這個(gè)必須被退火處理。對(duì)于這種類型的退火，鋼被輕微加熱超過(guò)它的臨界溫度并緩慢冷卻。
淬火。這是超過(guò)臨界溫度并快速冷卻以恰當(dāng)?shù)膶?duì)鋼進(jìn)行硬化的過(guò)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(guò)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(gè)過(guò)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(jī)類型
壓力加工過(guò)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(gè)的壓力少于一秒的時(shí)間內(nèi)完成產(chǎn)品的生產(chǎn)。
對(duì)于壓力機(jī)而言，壓力加工是用來(lái)支撐、導(dǎo)向及控制的。
電動(dòng)機(jī)。實(shí)質(zhì)上，壓力機(jī)是由機(jī)身、底座或墊板以及稱之為沖頭或滑塊的往返運(yùn)動(dòng)的零件組成。這個(gè)沖頭或滑塊是裝配在沖頭和工作臺(tái)上的特殊工具將力施加在加工材料上的。
能量?jī)?chǔ)存在機(jī)械壓力機(jī)旋轉(zhuǎn)的飛輪上或在液壓機(jī)上通過(guò)液壓系統(tǒng)供應(yīng)被傳輸?shù)經(jīng)_頭作直線運(yùn)動(dòng)。
壓力機(jī)類型。開式雙柱可傾壓力機(jī)也稱作開式壓力機(jī)，具有允許進(jìn)入加工區(qū)域的C形機(jī)身。這個(gè)機(jī)身可相對(duì)于基座傾斜一個(gè)角度，允許通過(guò)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(jī)的主要成分如下所示：
1.壓力機(jī)工作臺(tái)。一個(gè)矩形機(jī)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(jī)工具和附件裝配在上面。墊板有從壓力機(jī)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(jī)上面的零件依據(jù)壓力機(jī)的大小和設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)通過(guò)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(tái)的商表面到滑塊的下表面之間的距離，稱為壓力機(jī)的閉合高度。
4.打料桿。在壓力機(jī)上行程的機(jī)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(yùn)動(dòng)和力；它是由空氣、石油、橡膠或彈簧或機(jī)構(gòu)聯(lián)合來(lái)驅(qū)動(dòng)。
傳統(tǒng)的閉式壓力機(jī)設(shè)計(jì)在工作臺(tái)的末端有導(dǎo)柱，通常通過(guò)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(jī)也能用于從前往后的進(jìn)給輸送。
折彎?rùn)C(jī)本質(zhì)上與開式壓力機(jī)相同，除了它的工作臺(tái)有6～20英尺長(zhǎng)或更長(zhǎng)。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(fèi)通常很低，但勞動(dòng)力消費(fèi)很高，是因?yàn)榱慵诿總€(gè)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(jī)主要用于成形操作和比大多數(shù)機(jī)械壓力機(jī)短的加工循環(huán)時(shí)間。液壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是加工壓力，行程及沖頭的速度可以調(diào)整。
雙動(dòng)壓力機(jī)用于大型鈑金零件的拉伸操作。這種類型的壓力機(jī)有外壓頭和二級(jí)內(nèi)壓頭。通過(guò)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(dòng)式壓力機(jī)具有和雙動(dòng)壓力機(jī)相同的內(nèi)、外滑塊，此外，三動(dòng)壓力機(jī)工作缸還有一個(gè)滑塊，它可向上運(yùn)動(dòng)，從而在一個(gè)沖壓循環(huán)中允許反向拉伸。三動(dòng)式壓力機(jī)不廣泛使用。
曲柄連桿壓力機(jī)是用于壓花操作。啟動(dòng)裝置設(shè)計(jì)允許在沖頭行程的末端有很高的壓力。這種類型的壓力機(jī)采用曲柄結(jié)構(gòu)，這種曲柄結(jié)構(gòu)帶動(dòng)由兩個(gè)圍繞死點(diǎn)來(lái)回振動(dòng)的杠桿所組成的關(guān)節(jié)一起運(yùn)動(dòng)，這樣便在滑塊的沖程末端開緘短暫、有力的運(yùn)動(dòng)。
這些都是用于工業(yè)中基本的壓力機(jī)類型，即便越來(lái)越多的類型用于特殊場(chǎng)合。
在沖壓區(qū)域每個(gè)人必須首先要關(guān)注壓力機(jī)操作安全。在滑塊下工作時(shí)壓力機(jī)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(jī)運(yùn)行時(shí)，必須遵循適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)和安全規(guī)則。