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模具课程设计是一个重要的专业教学环节，这个数学环节的目的：

(1)帮助学生具体运用和巩固《模具设计与制造》课程及相关的理论知识，了解设计冲压模的一般程序。
(2)是使学生能够熟练地运用有关技术资料，如《冷冲模国家标准》、《模具设计与制造简明手册》、《冷冲压模具结构图册》及其它有关规范等。
(3)训练学生初步设计冷冲压模具的能力，为以后的工作打下初步的基础。

1 冲压模设计的准备工作

根据课程设计目的，设计课题由指导教师用“设计任务书”的形式
下达，课题难度以轻度复杂《如冲孔落料复合模》为宜。设计工作量根据课程设计时间安排情况，由指导教师酌定。

1.1 研究设计任务

学生应充分研究设计任务书，了解产品用途，并进行冲压件的工艺性及尺寸公差等级分析，对于一些冲压件结构不合理或工艺性不好的，必须征询指导教师的意见后进行改进。在初步明确设计要求的基础上，可按以下步骤进行冲压总体方案的论证。

第一步，酝酿冲压工序安排的初步方案，并画出各步的冲压工序草图；
第二步，通过工序安排计算及《冷冲压模具结构图册》等技术资料，验证各步的冲压成型方案是否可行，构画该道工序的模具结构草图。
第三步，构画其它模具的结构草图，进一步推敲上述冲压工序安排方案是否合理可行。
第四步，冲压工序安排方案经指导教师过目后，即可正式绘制各步的冲压工序图，并着手按照“设计任务书”上的要求进行课程设计。

1.2 资料及工具准备

课 程设计开始前必须预先准备好《冷冲模国家标准》、《模具设计与制造简明手册》、《冷冲压模具结构图册》等技术资料，及图板、图纸、绘图仪器等工具。也可将 课程设计全部或部分工作安排在计算机上用Auto CAD等软件来完成，相应地需事前调试设备及软件、准备好打印用纸及墨盒等材料。

1.3 设计步骤

冲压模课程设计按以下几个步骤进行。

(1)拟定冲压工序安排方案、画出冲压工序图、画出待设计模具的排样图(阶段考核比例为15%)
(2)计算冲裁力、确定模具压力中心、计算凹模周界、确定待设计模具的有关结构要素、选用模具典型组合等，初选压力机吨位(25%)；
(3)确定压力机吨位(5%)；
(4)设计及绘制模具装配图(25%)；
(5)设计及绘制模具零件图(25%)；
(6)按规定格式编制设计说明书(5%)；
(7)课程设计面批后或答辩(建议对总成绩在10%的范围内适度调整)。

1.4 明确考核要求

根 据以上6个阶段应该形成的阶段设计成果实施各阶段的质量及考核，从而形成各阶段的考核成绩。其中课程设计面批或答辩不仅有助与当面指出学生的各类设计错 例，也是课程设计考核的重要手段。最终的考核成绩在6个阶段考核成绩的基础上，由指导教师结合考勤记录及面批或答辩记录对总成绩在10%左右的范围内适度 调整。

2 冲裁模结构设计示范

2.1 排样论证的基本思路

排样论证的目的是为了画出正确的模具排样图。一个较佳的排样方案必须兼顾冲压件的公差等级、冲压件的生产批量、模具结构和材料利用率等方面的因素。

1) 保证冲压件的尺寸精度
图1所示冲压件，材料为10钢板，料厚1mm，其未注公差尺寸精度等级为IT12，属一般冲裁模能达到的公差等级，不需采用精冲或整修等特殊冲裁方式。从该冲压件的形状来看，完全可以实现少、无废料排样法。但该冲压件的尺度精度等级决定了应采用有废料排样法。

图1 冲压件及排样图

2) 考虑冲压件的生产批量

该 冲压件的月生产批量为3000件，属于中等批量的生产类型，因此不考虑多排、或一模多件的方案(该方案较适宜大批量生产，约几十万件以上)；也不考虑采 用简易冲裁模常用的单、直排方案，根据成批生产的特点，再结合该冲压的形状特点，以单斜排、一模一件、级进排样方案为宜。

3) 提高原材料利用率

在 绘制排样图的过程中，应注意提高冲压原材料的利用率。但提高原材料的利用率，不能以大幅提高冲裁模结构的复杂程度为代价。图2所示是垫圈冲压件 及其冲裁排样图。如果单纯为了提高原材料的利用率而采用三排或三排以上、一模多件的冲载方案，虽然确实有助于提高原材料的利用率，但模具制造成本却随之大 幅提高，其结果往往得不偿失。

排样图上搭边值设计是否合理，直接影响到原材料的利用率和模具制造的难易程度。总是采用最小许用搭边值 [amin]、[a1min]往往人为地提 高了模具的制造难度，而在通常情况下却并不能提高原材料的利用率。以一条长1000mm的料条为例，若对图2所示的垫圈冲压件以[amin]=0.8mm 进行排样，可排(1000-0.8)/(34+0.8)=28.7个，实际为28个；若以a=1.5mm进行排样，则可排(1000-1.5)/(34+ 1.5)=28.1个。可见每个步距上省下0.7mm长的料，最终整张条料上并不能多排一个工件，两者的利用率是完全相同的。除使用卷料进行冲压外，一般 搭边值均应在[amin]的基础上圆整(料宽尺寸也须圆整)，以降低模具制造难度。

图2 垫圈冲压件及冲裁排样图

4) 模具结构论证

在保证产品尺寸公差等级的前提下，应尽量简化模具结构复杂程度，降低模具制造费用，这是设计模具的铁则。图2所示的垫圈冲压件，因外形比较简单，且壁厚较大，所以采用复合模冲裁排样方案就比采用级进模冲裁的方案好。

倒装复合模的结构比顺装复合模简单，所以应优先考虑采用倒装复合模。最终能否采用复合模冲裁方案以及采用何种复合模结构的关键是验算冲压件的最小壁厚。经验算垫圈冲压件的最小壁厚，可用倒装复合模冲裁方案。

2.2 选择压力机及确定压力中心示范

根 据图2复合模冲裁排样图，经计算模具工艺总力P∑=10.32(tf)，可初步选择J23-16F压力机。记录有关技术参数供今后校核用。最大封闭高 度：205mm；封闭高度调节量：45mm；工作台尺寸前后：300mm、左右：450mm；垫板尺寸厚度：40mm；孔径：Φ210mm；模柄孔尺寸直 径：Φ40mm；模柄孔深度：60mm。

计算压力中心的方法教材上已有详尽的介绍。要计算出压力中心的精确位置既繁锁又无必要。除了少数 几种情况，例如：精密冲裁模具、多工位自动级进模 和一些造价昂贵的模具为保险起见需要精确计算外，一般情况下，可以根据对称原理把压力中心大致定在条料宽向的中心线和送料方向上最远的两个凸模(有侧刃 时，侧刃也算作凸模)距离的中线的交合点”O”上，只要这个0点与实际压力中心之间的偏距小于模柄半径(已知模柄直径为Φ40mm)，就能达到模具平稳工 作要求；而一旦0点与实际压力中心之间的偏距超出模柄半径的范围，就要调整各凹模洞口在凹模板上的位置，使实际压力中心进入模柄半径范围内。

2.3 冷冲模国家标准的使用

根 据图2复合模冲裁排样图，结合模具制造工艺，圆形模板比矩形模板加工简便，因此本模具就采用圆形模板。首先要计算圆形凹模板的轮廓尺寸：厚度H =K·b1=0.4×38=15.2mm；直径D=L1+2l1=34+2×22=78mm。查阅GB2858.4-81，根据”就近就高”的原则初定凹 模周界：H×D=16×Φ80。

1. 确定模具的主要结构要素

根据垫圈产品图排样方案论证结果，已确定本模具采用倒装式复合模结构。在此基础上，尚须确定如下结构要素。

(1) 确定送料方式

模 具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式，还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。如L(送料方向的凹模长度)＜B (垂直于送料方向的凹模宽度)时，采用纵向送料方式；L＞B时，则采用横向送料方式；L=B时，纵向或横向均可。就本例的圆形凹模板而言，其送料方式应采 用纵向送料。另外采用何种送料方式，还得考虑压力机本身是开式还是闭式而定。

(2) 确定卸料形式

模具是采用弹压卸料 板，还是采用固定卸料板，取决于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考虑因素。由于弹压卸料模具操作时比固定卸料模具方便，操作 者可以看见条料在模具中的送进动作，且弹压卸料板卸料时对条料施加的是柔性力，不会损伤工件表面，因此实际设计中尽量采弹压卸料板，而只有在弹压卸料板卸 料力不足时，才改用固定卸料板。随着模具用弹性元件弹力的增强(如采用矩形弹簧)，弹压卸料板的卸料力大大增强。根据目前情况，当材料料厚约在2mm以下 时采用弹压卸料板，大于2mm时采用固定卸料板较为贴近实际。本模具所冲材料的料厚为1mm，因此可采用弹压卸料板。

(3) 模架形式

如 采用纵向送料方式，适宜采用中间导柱导套模架(对角导柱导套模架也可)；横向送料适宜采用对角导柱导套模架：而后侧导柱导套模架有利于送料(纵 横向均可且送料较顺畅)，但工作时受力均衡性和对称性比中间导柱导套模架及对角导柱导套模架差一些；四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采 用滚珠导柱导套。本模具采用中间导柱导套模架，一是对纵向送料方式较适宜，二是中间导柱导套模架工作时受力比较均衡、对称。

2. 典型组合选择示范

计 算凹模周界及确定模具的主要结构是为了选用合适的模具结构典型组合。根据本模具采用纵向送料方式、弹压卸料板、倒装复合模、中间导柱导套模架及 凹模周界为H×D=16×Ф80，可从《冷冲模国家标准》查到复合模圆形厚凹模典型组合(GB2873.3-81)。各模具零件的标准外形尺寸H×D如 下：

(1)上垫板(GB2858.6-81) 4×Ф80 1块；
(2)固定板(GB2858.5-81) 12×Ф80 1块；
(3)凹模(GB2858.4-81) (22×Ф80)调整至18×Ф80 1块；
(4)卸料板(GB2858.5-81) 10×Ф80 1块；
(5)固定板(GB2858.5-81) 14×Ф80 1块；
(6)下垫板(GB2858.6-81) 4×Ф80 1块；

本典型组合推荐使用3只M8的紧固螺钉、2只Ф8的圆柱销、3只杆部直径为Ф8的台肩式卸料螺钉、凸凹模的推荐长度为42mm、配用模架闭合高度在140～165mm之间。

有了模具结构的典型图，模具设计就大为简化。只要根据排样图中凸模或凸凹模的位置，分别把各个凸模或凸凹模画入典型组合可，并相应地在凹模板或凸凹模上开制相应的凹模洞口及在其它零件上画出漏料孔、打料系统等，就可得到一张完整又正确的装配图。

3. 非标准模具的对照设计

有 些矩形凹模板根据计算结果会很难选到一个合适的标准凹模板。例如某狭长冲压件，其凹模周界的计算值：H×L×B=20×60×125， 与之最为接近的标准凹模板尺寸为：H×L×B=20×125×125，仍相差悬殊。解决的办法是根据H×L×B=20×125×125的标准凹模板找到模 具的典型组合，同样根据该典型组合构画装配图，只是把模具内的所有模板的L尺寸全部换成非标准尺寸60mm，而尺寸H及B保持不变，进行必要的有限非标准 设计。

2.4 绘制模具装配图示范

有了模具结构典型组合图，就可以着手绘制模具装配图。我们一般应根据模具结构典型组合图绘制模具结构草图，这样无论在布置图面、还是考虑结构细节等问题上都将带来许多便利之处。

1. 图面布置规范

为了绘制一张美观、正确的模具装配图，必须掌握模具装配图面的布置规范。图3所示是模具装配图的图面布置示意图，可参考使用。

图纸的左上角1处是档案编号。如果这份图纸将来要归档，就在该处编上档案号(且档案号是倒写的)，以便存档。不能随意在此处填写其它内容。

图3 图面布置示意图
1-档案编号处 2-布置主视图 3-布置俯视图 4-布置产品图 5-布置排样图
6-技术要求说明处 7-明细表 8—标题栏

2 处通常布置模具结构主视图。在画主视图前，应先估算整个主视图大致的长与宽，然后 选用合适的比例作图。主视图画好后其四周一般与其它图或外框线之间应保持有约50～60mm的空白，不要画得“顶天立地”，也不要画得“缩成一团”，这就 需要选择一合适的比例。推荐尽量采用1:1的比例，如不合适，再考虑选用其它《机械制图国家标准》上推荐的比例。

3处布置模具结构俯视图。应画拿走上模部分后的结构形状，其重点是为了反映下模部分所安装的工作零件的情况。俯视图与边框、主视图、标题栏或明细表之间也应保持约50～60mm的空白。

4处布置冲压产品图。并在冲压产品图的右方或下方标注冲压件的名称、材料及料厚等参数。对于不能在一道工序内完成的产品，装配图上应将该道工序图画出，并且还要标注本道工序有关的尺寸。

5处布置排样图。排样图上的送料方向与模具结构图上的送料方向必须一致，以使其他读图人员一目了然。

6处主要技术要求。如模具的闭合高度、标准模架及代号及装配要求和所用的冲压设备型号等。

7处布置明细表及标题栏。结合图4标题栏及明细表填写示例，应注意的要点如下。

(1)明细表至少应有序号、图号、零件名称、数量、材料、标准代号和备注等栏目；
(2)在填写零件名称一栏时，应使名称的首尾两字对齐，中间的字则均匀插入；
(3)在填写图号一栏时，应给出所有零件图的图号。数字序号一般应与序号一样以主视图画面为中心依顺时针旋转的方向为序依次编定。由于模具装配图一般算作图号00，因此明细表中的零件图号应从01开始计数。没有零件图的零件则没有图号。
(4)备注一栏主要标标准件规格、热处理、外购或外加工等说明。一般不另注其它内容。

图4 标题栏及明细表填写示例

8处布置标题栏。作为课程设计，标题栏主要填写的内容有模具名称、作图比例及签名等内容。其余内容可不填。

图5 倒装复合模
1－下模座　2、3－导柱　4－卸料螺钉　5－下垫板　6－凹模固定板　7－凸凹模
8－弹压橡皮　9－卸料板　10－挡料顶　11－推块　12、27－冲孔凸模　13－冲孔凸模固定板
14－开制三叉通孔的垫板　15、25、33－圆柱销　16－上模座　17、18－导套　19－模柄
20－防转销　21－打杆　22－三叉打板　23－上垫板　24－顶杆　26－凹模　28－内六角螺钉
29－活动挡料销　30－半圆头螺钉　31－扭簧　32－内六角螺钉

2. 装配图的绘制要求

图5 所示是垫圈冲孔落料复合模的装配图，在绘制模具装配图时，初学者的主要问题是图面紊乱无条理、结构表达不清、剖面选择不合理等，还有作图质量 差如引出线”重叠交叉”、螺销钉作图比例失真，漏线条等错误屡见不鲜。上述问题除平时练习过少外，更主要的是缺乏作图技巧所致。一旦掌握了必要的技巧，这 些错误是可以避免的。结合范例，下面简要地叙述绘制模具装配图的具体要求。

要说清这个问题，先要了解为什么要绘制模具装配图。绘制模具装 配图最主要的是要反映模具的基本构造，表达零件之间的相互装配关系。从这个目的出 发，一张模具装配图所必须达到的最起码要求一是模具装配图中各个零件(或部件)不能遗漏。不论哪个模具零件，装配图中均应有所表达；二是模具装配图中各个 零件位置及与其它零件间的装配关系应明确。下面简要叙述装配图的作图技巧。

(1)装配图的作图状态

冲裁模装配图可以画成敞开状态，上模部分和下模部分敞开10～15mm，具有读图直观的优点。对于初学者则建议画合模的工作状态，这有助于校核各模具零件之间的相关关系。

(2)剖面的选择

图5 所示模具的上模部分剖面的选择应重点所映凸模的固定，凹模洞口的形状、各模板之间的装配关系(即螺钉、销钉的安装情况)，模柄与上模座间的安 装关系及由打杆、打板、顶杆和推块等组成的打料系统的装配关系等。上述需重点突出的地方应尽可能地采用全剖或半剖，而除此之外的一些装配关系则可不剖而用 虚线画出或省去不画，在其它图上(如俯视图)另作表达即可。

模具下模部分剖面的选择应重点反映凸凹模的安装关系、凸凹模的洞口形状、各模板间的安装关系(即螺钉、销钉如何安装)、漏料孔的形状等，这些地方应尽可能考虑全剖，其它一些非重点之处则尽量简化。

图5 中上模部分全剖了凸模的固定，凹模洞口形状及螺销钉的安装情况(并在左面布置销钉、右面布置紧固螺钉及另一销钉显得错落有致)，对于模柄与上 模座的联接情况进行了局部剖(并顺便画出防转销钉显得构图极为巧妙)，而对打料系统的装配关系也尽量全剖，使其他读图者一目了然。

下模部分对凸凹模的固定，凸凹模洞口及漏料孔的形状，卸料板与卸料螺钉的联接情况，紧固螺钉与圆柱销的结构情况都进行了全剖。而对活动挡料钉的安装情况则采取了用虚线表达的方式。这样的布置需要设计者经过一番精心的运筹后才能获得。

(3)序号引出线的画法

在 画序号引出线前应先数出模具中零件的个数，然后再作统筹安排。在图5的模具装配图中，在画序号引出线前，数出整副模具中有33个零件，因此设计 者考虑左方布置18个序号，右方再布置15个序号。根据上述布置，然后用相等间距画出33个短横线，最后从模具内引画零件到短横线之间的序号引出线。按照 “数出零件数目→布置序号位置→画短横线→引画序号引出线”的作图步骤，可使所有序号引出线布置整齐、间距相等，避免了初学者画序号引出线常出现的”重叠 交叉”现象。

3. 关于螺钉、销钉的画法

画螺钉应注意以下几点：

(1)螺钉各部分尺寸必须画正确。螺钉的近似画法是：如螺纹部分直径为D，则螺钉头部直径画成1.5D，内六角螺钉的头部沉头深度应为D+1～3mm；销钉与螺钉联用时，销钉直径应选用与螺钉直径相同或小一号(即如选用M8的螺钉，销钉则应选Ф8或Ф6)。

(2)画螺钉连接时应注意不要漏线条。以图5中螺钉24为例，螺钉只与尾部的凹模26螺纹连接，而螺钉经过冲孔凸固定板13、上垫板14及上模坐16均应为过孔。

(3)画销钉联接时也要注意不要漏线条。以图5中的销钉15为例，在销钉经过的通孔凸模固定板13与上模座16零件需用销钉进行定位，而上垫板14则无需用销钉15来定位，所以应为过孔。

模具装配图绘制完成后，要审核模具的闭合高度、漏料孔直径、模柄直径及高度、打杆高度、下模座外形尺寸等与压力机有关技术参数间的关系是否正确。本例经审核后确认满足J23-16F压力机参数要求。

3 冲裁模零件设计示范

3.1 图形的绘制方法

图形的绘制方法虽依各人习惯而不尽相同，以下的观点及建议，可供参考。

图6 凸模(材料：T10A)

1. 图形的不绘条件

画 零件图的目的是为了反映零件的构造，为加工该零件提供图示说明。那么哪些零件需要画零件图呢？这可用一句话概括：一切非标准件、或虽是标准件但 仍需进一步加工的零件均需绘制零件图。以图5倒装复合模为例，下模座1虽是标准件，但仍需要上面加工漏料孔、螺钉过孔及销钉孔，因此要画零件图；导柱、导 套及螺销钉等零件是标准件也不需进一步加工，因此可以不画零件图。

2. 零件图的视图布置

为保证绘制零件图正确， 建议按装配位置画零件图，但轴类零件按加工位置(一般轴心线为水平布置)。以图5所示的凸模26为例，装配图上该零件的主 视图反映了厚度方向的结构，俯视图则为原平面内的结构情况，在绘该凸模26的零件图时，建议就按装配图上的状态来布置零件图的视图，实践证明：这样能有效 地避免投影关系绘制的错误。

3. 零件图的绘制步骤

绘制模具装配图后，应对照装配图来拆画零件图。推荐如下步骤。

绘 制所有零件图的图形，尺寸线可先引出，相关尺寸后标注，以图5为例。模具可分为上下两大部分。在画上半部分的零件图时，绘制的顺序一般采用“自 下往上，相关零件优先”的步骤进行。凹模26是工作零件可以首先画出；绘完凹模26的图形后，对照装配图，推块11与凹模26相关，其外形与凹模洞口完全 一致，厚度应比凹模大出0.5mm，根据这一关系马上画出推块11的图形；接下来再画冲孔凸模固定板13的图形画好凸模固定板13以后，再对照模具装配图 画出装在冲孔凸模板13内的冲孔凸模12、冲孔凸模27等与之相关零件的图形……。在画上模部分的零件图时，应注意经过上模座16、上垫板14、冲孔凸模 固定板13及凹模26等模板上的螺销钉孔的位置一致。

在画下模部分的零件图时，一般采用“自上往下，相关零件优先”的步骤进行。先画卸料 板9的图形，然后对照装配图上的装配关系，画活动挡料钉28、 挡料钉10的图形。再画凸凹7的图形……。在画下模的零件图时，也应注意经过卸料板9、凸凹模固定板6、下垫板5、下模座1上的螺丝钉孔的位置及凸凹模 7、下垫板5、下模座1上漏料孔位置的一致。

按照上述步骤，根据装配关系对零件形状的要求，绘制各零件图的图形，能很容易地正确绘制出模具零件的图形，并使之与装配关系完全吻合。

3.2 尺寸标注方法

从 事模具设计的人都有这样的体会：画图容易标注尺寸难。将一张零件图的图形绘制正确和将一张零件图上的所有尺寸标注正确相比要容易得多。然而初学 者中普遍存在一种“重图形、轻尺寸标注”的倾向，一旦进行课程设计，所标注的尺寸或错误百出或紊乱不堪，令人难以读图；甚至出现螺销钉孔错位致使模具无法 装配的严重错误，漏尺寸漏公差值等现象更是比比皆是。究其原因除了平时练习少外，更为重要的是缺乏必要的方法。进行尺寸标注时，建议根据装配图上的装配关 系，用“联系对照”的方法标注尺寸，可有效地提高尺寸标注的正确率，具有较好的合理性。

1. 尺寸的布置方法

对于初学者 出现尺寸标注紊乱、无条件等现象，主要是尺寸“布置”方法不当。要使用所有标注的尺寸在图面上布置合理、条理清晰，必须很好地运筹。图 7所示的冲孔凸模固定板13的零件图中共有近20个尺寸，其中俯视图左侧布置螺销钉及顶杆过孔尺寸；下方布置顶杆过孔孔距尺寸、冲孔凸模12固定孔孔距尺 寸、螺销钉孔的孔距尺寸及模板的外形直径尺寸；上方则布置孔距的角度尺寸。主视图上布置了冲孔凸模 27和12的固定孔形状尺寸、及模板的厚度等尺寸。这种布置方法合理地利用了零件图形周围的空白，既条理分明、又方便了别人读图。

尺寸布 置还要求其它相关零件图相关尺寸的“布置地”尽量一致。如图8所示的上垫板14中的尺寸就参照了图7中布置方法，尽量地作到“同一尺寸在图 纸的同一地点出现”。如Ф9、Ф7、Ф30、Ф56、Ф80、30°、厚度14等尺寸的“布置地”基本上同图7冲孔凸模固定板零件图中的“布置地”相同。 这样的尺寸标注方式极大地便利了读图者。学生要确立“图纸主要是”画给别人看的！”的观念，学习与借鉴本例中的尺寸布置方法。

图7 冲孔凸模固定板(材料：Q235) 图8 开制三叉型孔的上垫板(材料：45)

2. 尺寸标注的思路

要使尺寸标注正确，就要把握尺寸标注的“思路”。前面要求绘制所要零件图的图形而先不标注任何尺寸，就是为了在标注尺寸时能够统筹兼顾，用一种正确的“思路”来正确地标注尺寸。下面以图5倒装复合模为例阐述尺寸标注的“思路”。

(1)标注工作零件的刃口尺寸

根 据模具设计法则，先标注基准件上刃口尺寸(即冲孔凸模和落料上的刃口尺寸)，再标注对应件上的刃口尺寸(即凸凹模上的刃口尺寸)；但符合模中也可将凸凹 模作为基准件，凸模、凹模作为对应件进行尺寸标注。所有零件图的图形绘好后，先找出本模具的工作零件即凸凹模7、冲孔凸模12和27、落料凹模26，把着 三张图纸对照起来，按照尺寸布置后安排好的“地点”标注刃口尺寸。这样可保证刃口尺寸标注的正确性。

(2)标准想关零件的相关尺寸

相 关尺寸正确，各模具零件才能装配组成一幅模具，必须保证正确。在上模部分，相关尺寸的标注建议按照“自上而下”的顺序进行。先从工作零件凹模 26开始，观察装配图6，与该零件模具相关的零件有内六角螺钉24、销钉25推块11、冲孔凸模13，应从分析着些相关关系入手进行“相关尺寸”的标注。

凹 模26与销钉25成H7/m6配合，故销钉孔直径为Ф8H7。销钉25要通过26、13、14、16等模板，其中与26与16成H7/m6配合，因此上 模座16上销钉孔直径也应为Ф8H7，可立即在上模座16的零件图上标出该尺寸。而销钉通过13、14模板的孔是应有0.5～1mm的间隙，因此13、 14上相应的过孔直径为Ф9，也应在相应的图纸上立即标出。

凹模26与3个M8的内六角螺钉24是螺纹连接，因此凹模26的图纸上对应螺 纹孔应标注为3-M8；螺钉24也同过16、13、14、16等模 板，其中与13、14、16上的过孔也有0.5～1mm的间隙，相应的图纸上应立即标注Ф9，各模板上的螺纹孔距均为Ф9，各模板上的螺纹孔距均为Ф56 一并标出。

凹模26还与推块11相关。从装配关系知：推块11的外形应与凹模洞口一致，只是尺寸比洞口尺寸小，四周有0.2～0.6mm 的间隙，按这一关系 找出推块11的零件图纸，标上推板的外形尺寸。为了保证推块11完全将工件推出凹模26，推块的推料段高度是8.5mm。推块尺寸的标注见图9。

图9 推块(材料：45)

标 注完凹模与凸模相关零件上相关尺寸后，再标注冲孔凸模固定板13上相关零件的相关尺寸……，直至上模中 所有零件的 相关尺寸标注完毕。再举一例进一步说明相关尺寸的标注。装配图中的冲孔凸模27与冲孔凸模固定板13和推块11相关；其中冲孔凸模固定板13相应处为一吊 装固定台阶孔，大孔高度与凸模吊装段等高，即同为3mm，孔径应比凸模台阶直径大出0.5～1mm，是22.5mm；小孔与凸模固定段成H7/m6的配 合，即冲孔凸模固定板13上的小孔直径应为Ф18.5，而推块11上开制的凸模过孔应比凸模刃口部分直径大出0.5～1mm，实际为Ф18.8mm。上述 尺寸应依次同时标注。冲孔凸模27的零件图见图10。

图10 冲孔凸模(材料：T10A)

模具下模部分的相关尺寸标注可按“自上而下”的顺序尽心。先标注弹压卸料板9与挡料钉10、28，弹压卸料板与卸料螺钉4之间的相关尺寸；再标注凸凹模固定板6与凸凹模7、卸料螺钉4、紧固螺钉32、圆柱销33之间的相关尺寸……，直至所有相关尺寸标注完毕。

(3)补全其它尺寸及技术要求

这个阶段可逐张零件进行，先补全其它尺寸，例如轮廓大小尺寸、位置尺寸等；再标注各加工面的粗糙度要求及倒角、圆角的加工情况，最后是选材及热处理，并对本零件进行命名等。

3.3 其它尺寸标注问题

1.复杂型孔的尺寸标注

形 状越复杂，尺寸就越多，由此造成的标注困难是初学者设计冲压模时的主要障碍。图11所示的凸模零件，因洞口形状的尺寸繁多而出现标注困难。有两个解决方 法：一是放大标注法。将凹模零件图适当放大后再标注尺寸；二是移出放大标注法。将复杂的洞口型孔单独移至零件图外面的适合位置，再单独标记繁多的型孔尺 寸，而零件图内仅标注型孔图形的位置尺寸即可。图11中采用了移位标注法。

图11 复杂模洞口的移位标注

判 断冲压件上未注公差尺寸的偏差方向。采用“入体原则”、可先画出该冲压件的假想磨损图。图12所示 工件的假想磨损图用双点划线画出，再根据以下方法进行判断。如该尺寸磨损后变小为负偏差；变大为正偏差；不变则为正负偏差。拒此可确定图2-1中， 26.2，24.2、20.8等尺寸为负偏差；15、12、2及2-Ф5等尺寸为正偏差；而尺寸14.5则为正负偏差。若需判别半径R及角度尺寸的偏差方 向同样可采用此法。

图12 冲压件未注公差尺寸的偏差方向判断

冲 压件未注公差配合尺寸极限偏差一般为IT12～IT14，常用IT14。若该冲压件使 用时与其它工件并无装配关系，则未注公差尺寸的偏差方向及极限偏差可按国际GB/T15055-94圆角半径等的极限偏差分为f(fine精密级)、m (medium 中等级)、c(coarse 粗糙级)、v(very coarse 最粗级)四个公差等级。一般可选用c级。表1、表2、表3级表4分别列出了GB/T15055-94中的有关内容，供设计者参考。

3.其它模板上型孔的配制标注

在进行凹模洞口的刃口尺寸计算时如何处理半径尺寸R？实践中视对R的测量手段以及使用要求而定，如有能精确测定R值的量具，则需对R值进行刃口尺寸的计算；如仅有靠尺等常规测量工具，则对R进行刃口尺寸计算并在凹模图上标注计算结果就无必要，可在凹模图山标注原注R值。

由 于凸模外形、凹模洞口及其它模板上相应的型孔都是在同一台线切割机床上用同一加工程序，根据线切割机床的“间隙自动补偿”功能使起在线切割机床 的割制过程中自动配制一定的间隙而成。因此其它模板上型孔可按上述配制加工的特点进行标注，即简单明晰、又符合模具制作的实际。以图13为例，凸模固定模 板按配制法特点进行标注时，仅需在模板内标注型孔的位置尺寸，而型孔的形状尺寸则在图纸的适当位置加注：“型孔尺寸按凸模的实际尺寸成0.02mm的过盈 配合”即可。

表1 未注公差冲裁尺寸的极限偏差

注：对于0.5及0.5mm以下的尺寸应标注公差。

表2 未注公差冲裁模角度的极限偏差

表3 未注公差成形尺寸的极限偏差

注：对于0.5及0.5mm以下的尺寸应标注公差。

表4 未注公差冲裁圆角半径的极限偏差

图13 凸模固定板型孔的配制标注

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传统的抗磨损涂层产品，如TiN或 TiCN，在涂层刀具的应用领域已经达到了其技术极限,同时对于一些特殊的加工方式而言，很多较为先进的涂层材料也将很快接近其极限值。

CemeCon率先发现了这一点并开始为新的加工方式提供新的解决方案—— Supernitrides. 我们知道氮涂层材料，除了其相对较为昂贵的生产成本以外，
还 有一个重要的特征，即尽管它们的机械性能很好，却仍然容易受到腐蚀。而作为氧涂层，正好相反，他们具有很高的化学稳定性却抗磨损能力极低。现在 CemeCon公司成功地举出了反例，这就是Supernitrides. 这种氧和氮的单结构的组合产品完全吸取了二者的优点而抛弃了它们的不足。

这 种新的涂层材料至少可以将其铝含量提高到80mol-%ALN。而传统的涂层材料，其摩尔含量最高仅为65%ALN。用户可能会猜想铝含量的提高必然会带 来机械性能的降低。而事实证明，这种现象在Supernitrides产品上并没有发生。相反，SupernitrideR2C3的磨损要比传统的 AlTiN涂层材料减少30-50%。这便直接导致了工具使用寿命的增长。同时，由于它在升温的过程中具有极高的强度，从而使较高的切削速度得到了保证， 这样便可以将更多的材料纳入到干式加工的范围中来。

游离态/柱状结构

这 种新材料的生产工艺名为 : H.I.PTM(高电离化脉冲技术)。H.I.PTM 技术可生成极其致密的脉冲等离子，以便沉积晶体高温结构材料。该工艺技术通过CemeCon新一代的CC800?涂层系统实现，该系统已经在许多工业生产 实例中运行。新的CC800?/9sinOx系统独到之处不仅在于其革新性的脉冲技术，还在于其真空仓内配置的新的装置可以实现对致密的等离子的引导，从 而将涂层区域完全集中在工件上。通过采用独创的H.I.PTM技术，CemeCon公司事实上目前可以实现所有材料，包括电绝缘材料的沉积生产。

纳米组分/纳米组分

H.I.PTM 技术的最大优点在于其等离子电离率的显著提高，性能的优化（即便是对于绝缘涂层来说），并可生成具 有高质量表面的纳米复合材料，且始终保持有相当高的沉积率。通过H.I.PTM技术，我们可以利用CemeCon的涂层系统进行全新涂层材料的沉积并使涂 层工具范围的扩大和性能的相应提高成为可能。

该图用于解释新的sinOx技术的可能性：非电导性（Ti,Al）N材料的X射线衍射光谱显示，该
材料由立方和六方相构成。该涂层突出的特点在于其极佳的抗氧化性能和化学稳定性。其Al
含量至少可以达到80 摩尔-% ALN且不会出现如其它涂层在超过常规铝含量时通常有的可观察颗粒现象。

CemeCon技术服务部门领导人Bernd Hermeler先生说：“我们将把Supernitrides 涂层产品和脉冲技术完全扩充到我们现有的模块式设备和工艺中去。脉冲技术具有完全的兼容性，换句话说，我们现有的所有的涂层工艺 都可以采用新的sinOx技术。”

金属稳定性TiN-AlN的相位图。采用交流PVD技术，铝含量约为65mol-%的涂层材料在失去导电率
时会出现一道间隙，而现在可以通过新的sinOx(H.I.PTM)技术加以克服。

通过动力屏障可以防止金属稳定涂层向平衡状态的转换。

CemeCon 公司在推出Supernitrides新涂层品种的同时还提供成 套的工程技术支持。旋转工具部门的Manfred Welgand先生说：“这就是为什么依赖CemeCon强大的工程支持，用户可以享受到Supernitrides的全部潜能。因为用户得到的不仅仅是 一种涂层产品，还包括其身后成套的技术支持。 除此之外，用户还完全可以依赖我们的开发队伍开发适合其自己工厂的个性化或更宽应用领域的涂层产品。”

CemeCon 公司率先将氮材料优越的机械性能和氧化涂层的化学稳定性结合起来并成功地创造出了一种卓越的涂层产品：Supernitrides与传统涂层相比，它具有 更高的硬度和致密度，其优越的物理性能在干式或硬加工及高速加工应用场合获得了很好的效果。极高的含铝量赋予了涂层极高的强度。

在本实验中：CemeCon公司的Supernitrides R2C3涂层和目前最优质的AlTilN涂层进行比较采用整体硬质合金铣刀（φ 10 毫米） 对1.2379 (× 155 CrMoV12)成型工具进行铣削加工。

详细数据：

vc = 20m/min fz = 0.03mm
ap = 15mm ae = 1mm
同向铣削，干加工

结果：Supernitrides R2C3 涂层刀具的磨损量减少30%-50%。

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机加工厂厂主和管理者面临着许多挑战，而其中最麻烦的一个是加工中心无法生产精密零件。

加工件不合格的原因之一可能是机床的空间精度有问题。这方面的实例是在加工厂加工体积足够大而占据机床的最大加工范围的大型工件时。机床可以在加工范围一定的区域内保持公差，但是当机床在这个区域以外的范围进行切削时，大型零件上这个范围附近的特
征无法按要求的公差加工。当小尺寸零件定位在（占据大部分或全部加工范围的）墓碑式夹具相应部分时，会发生同样的问题。这些零件的加工精度比夹在墓碑式夹具其他部分的零件精度要低。为什么会发生这种现象？

罪魁祸首是机床空间精度不够，而如果没有将零件夹在机床加工空间最大范围处，此“祸首”是不会让人发现的。每台机床都有一个在其中可以安装零件并进行有效切削的加工空间。在一台三坐标机床上，加工空间是由刀具借助三个坐标轴运动可以触及的总区域组成的。

另 一个理解空间精度的方式是在一个立方体中取两点。理论上，这两点彼此具有完美的位置关系。它们可以在X轴彼此精确相距1000 mm，Y轴相距500 mm，Z轴相距300 mm。在X、Y、Z中第一个位置坐标为0，0，0，而第二个位置是由上述数值定义的。如果机床可以在相对于第一点毫无偏差的情况下运动到第二点，则其空间 定位是完美的，理论上，机床可以达到的任何点都在加工空间内具有一个真实位置。

（位于新泽西州Franklin Lakes市的）（美国）三井精机（Mitsui Seiki）总裁Scott Walker说：“但是，实际情况是，如果你从X、Y、Z零点开始驱动刀具到此规定位置，由于丝杠或直线电机或者所采用的其他驱动装置存在位置误差，刀具 不会精准地走到这个位置。”他解释说，之所以发生这个问题，是因为在任何组件中都带有妨碍自己到达此位置的固有不精确性。机床几何结构是沿机床导轨系统移 动一定物质的函数。该物质需要在没有倾斜、摇摆及起伏的情况下以直线方向移动，因为随着物质沿机床的导轨系统进一步前进，任何偏差都会被放大。

卧式加工中心的加工空间可以想象成空间中的一个箱形或立方体区域。该区
域定义了机床进行有效切削的范围，但是因为机床结构方面存在的不完美性，
精度在这个空间内在每个点上可能会不一致。

Walker 先生补充说：“你要确保机床的动态空间精度至少比零件公差小50~80%。在 高精密加工中，大多数人要求小80%。例如，如果我必须加工一个零件公差为千分之几英寸的零件，诸如飞机齿轮箱，那么机床的定位精度必须在0.0002英 寸以内。这样，对于所有其他影响零件质量的东西诸如热变形等我可以有0.0008英寸的公差。”

固有精度

Walker先生说空间精度必须在购买机床前就建于机床中。事实上，空间精度与零件应用场合相关，因此必须依据特定情况而定制，如对于加工异常重的工件就必须如此。

为 了减少影响机床空间精度的倾斜、摇摆和起伏度，Walker先生认为机床的导轨必须进行手动刮研。为了检查手动刮研的精度，要采用一种叫做自准直仪的光 学设备来分析倾斜和摇摆度。通过观察这种望远镜式装置，可以检测自准直仪测视线中交叉线存在的未对准现象。交叉线上下运动表示导轨表面存在倾斜误差，而左 右移动则表示存在摇摆误差。起伏误差是用一个精密气泡水准仪测量的。一般地，自准直仪沿导轨表面每步移动100 mm，测量每个间隔的倾斜和摇摆误差。然后沿导轨系统移动气泡水准仪以相同的间隔测量起伏误差。这种表面必须进行手动刮研，从而将上述值降低到合格公差范 围内。

对于一台要实现较高空间精度的机床，导轨系统必须建造成直线轴运动 — 具有最小的倾
斜、摇摆和起伏性。这些误差必须在机床出厂前于装配过程中加以检测和修正。

此 外，如果在装配过程中布放了非常重的机床部件，例如，当 在机床床身上放置一个4吨重的立柱时，立柱会压弯床身。为了保证立柱轨迹为直线，要在导轨系统中形成微小的弯曲以对这种变形进行补偿。这样，当往机床上加 立柱时，立柱的重量会压缩坐标轴，并保证它以平坦或直线方式运行。

如果X、Y、Z轴可以降低倾斜、摇摆和起伏度，则可以对其重量和彼此的影响加以补偿；现在坐标轴轨迹为直线，那么直线度可以以弧秒的方式加以测量。精度非常高的机床拥有直线度小于2弧秒的弧秒级导轨，这种精度被看作是优异精度。

一旦一台典型三坐标机床上的三个坐标轴都以直线运行，则最后要进行的调整是实现这些坐标轴之间良好的垂直度。如果机床具有精确的垂直度和直线度，则当刀具在空间运行时，它在确定的区域内将具有优异的真实定位。简而言之，机床的空间精度将很高。

Walker 先生说，定位重复性和空间精度是彼此相关的。但是，重复性描述的是机床可以沿某坐标轴在空间内返回到某单个点的能力，而加工精度则涉及许多牵 涉在一起的点。Walker先生解释说：“早期当丝杠没有像今天那样进行预载时，重复性是机床制造领域的一个重要问题。”因此，他得出结论，如今重复性对 机床买家不再具有像以前那样重大的关系。

精密性能标准

除了应用国家研究所提出的标准来帮助最终用户定义特定机床特征或者功能外，Walker先生说制造厂家还应用自己的标准来测量机床的精度。例如，某些制造厂家有用圆柱直角规测量机床垂直度的标准。同样，他们将陶瓷方尺布置在工作台上检查托盘绕主轴旋转时的平整度。

制 造厂家要测量自己在生产计划中设定的一组公差，从而可以就机床的真实定位给出一定的数值。例如，他们可能声明机床可以在一个1米见方的空间内实 现20 mm或更好的定位精度，或者机床可以在一个1,000mm见方的空间内实现75mm或更好的定位精度。Walker先生说：“真实的位置是很难测量的，因 为它可以是离开主轴而定位的任何一点，诸如钻头顶尖，该位置不会相对于在空间中某处规定的X、Y、Z位置产生超出20 mm的偏差。”

Walker 先生说，机床通常设计和制造成在其具有最高精度的加工空间内存在一个“最有效点”。他说：“你无法拥有完美的垂直度和精确的圆度能力，因为机 床是为一个或多个应用场合而设计的。”如果关键公差被约束在机床加工空间的特定部分，则必须给加工范围内该部分中机床的精度进行特别的关注。

Walker 先生说，在讨论五坐标机床时，情况变得比较复杂。例如，市场上有大量五坐标耳轴式机床。但是，某些这样的机床其五坐标加工能力在10弧秒以 内，而其他则在0.5弧秒以内。他说：“五坐标机床存在的问题是坐标轴轨道问题，这是两个回转轴之间的坐标轴旋转轨道。滞后也是电机反向要关心的一个问 题，因为必须在电机中加入大量能量来驱动它，然后当电机必须减速和反向时，你必须将所有这些能量都抵消掉，这样做需要时间。因此就会产生伺服滞后，并且影 响机床加工范围内的真实动态定位能力。”

为了解决这个问题，Walker先生坚决主张必须对安装的机床部件进行手动刮研，并且必须通过调谐伺服系统和操纵速度及位置数据而控制滞后现象，以便空间内移动的机床质量可以平滑运动并可以对其进行良好控制。

尽管机床制造厂家采用软件来补偿因主轴热膨胀而产生的机床非精确性，但这种软件却无法用于补偿加工范围内坐标轴运动的不精确性，因为这些不精确性可能依据被加工的零件不同而变化。

机床和零件的测量

尽管机床空间精度的测量非常困难，但Walker先生还是介绍了完成该任务的两种方式。

Optodyne 公司（位于加利福尼亚州Compton市）的Charles Wang博士已经开发了一种测量机床空间精度的方法。Wang博士说，空间标定的过程必须在ASME B5.54 以及 ISO230-6空间机床性能测量标准中规定。但是，机床用户一直不情愿进行空间标定，因为遵循这些步骤，必须将机床停止生产2或3天。Optodyne 用于空间标定和补偿的激光矢量技术将空间标定时间降低到了2或3小时，因此它成为测量机床性能这方面能力的一个诱人选项。

尽管机床空间精度的标定不容易，但采用滚珠杆和其他计量技术却使
得它不是如此复杂。

（位于伊利诺斯州Hoffman Estates市的）雷尼绍（Renishaw）公司也已经开发了测量机床空间精度的设备。标定产品部的业务经理Clive Warren列出了三种可以给用户提供精确机床测量的设备。一种是用于综合评价机床、三坐标测量仪以及其他（位置精度非常关键的）系统之精度的ML10 “金标准”激光测量系统。另一种是用于在常规基础上快速检查CNC机床性能的QC10滚珠杆系统。最后一种是机床检查规。Warren先生说，所有这些系 统都为便携式，而滚珠杆和机床检查规的价格适中，采用自动方式，大、小型车间均可以方便地使用。

覆盖整个范围

为了在加工中心的整个加工范围中精确加工零件，机床必须具有足够的空间精度。买家可以确保机床具有足够空间精度的最简便的方式是，试切在加工范围内定位的样件，看公差是否满足要求。 BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀.aerospace tool、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com

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本文针对金刚石膜(CVD)在切削刀具中的应用，讨论了金刚石膜焊接复合刀具对刀体材料要求和制造方法。根据金刚石良合刀具制造工艺及使用要求，对真空自活性钎焊所用钎料的化学成分的选择进行了分析，提出了确定活性针料化学成分的原则及常用针料的化学成分。

0．前 言

金刚石膜具有硬度高、耐磨损，摩擦系数小，导热性好等特点，是制造切削有色金属和非金属材料刀具
的 理想材料。人造金刚石膜的刀具分为两种类型：金刚石膜涂层刀具，金刚石膜焊接刀具。粘结力较弱是金刚石涂层刀具最突出的问题。粘结力较弱的原因有两个：一 是化学气相沉积（CVD）附口过程中，产生很大的热应力；二是基体材料存在着许多降低接头强度的因素。近年来，利用生长基体金属同金刚石膜的热膨胀系数相 差较大粘附强度低，在基体上沉积金刚石膜，随着基体的冷却，金刚石膜自动脱落，得到独立的金刚石厚膜。文献采用等离子体时流CVD法在Mo基体上沉积金刚 石膜，获得独立的金刚石厚膜（0.3-1.3mm）。利用这种膜与刀体材料焊接帘（备切削刀具兼有单晶金刚石刀具和金刚石薄膜涂层刀具的优点，是一种应用 前景极为广阔的新型刀具。

1.金刚石厚膜焊接刀具的制造方法

1-1金刚石厚膜的成型
由于金刚石厚膜硬度高，耐磨 性好、而且不导电。所以常见的机械切削、线切割、超声波加工等工艺方法均不适用于金刚石厚膜的切割加工，常用的方法是激光切割。激光切割不仅能将金刚石厚 膜切割成所需要的形状和尺寸，还能直接切出刀具的后角和修正厚膜表面。一般金刚石车刀的前角以0°为标准，根据需要可在+5°的范围内选取。在强调车刀的 耐磨性和尖刀强度的情况下。也可以采用负前角（-20°左右）。负后角一般以5°为标准，根据使用条件可在 2.5~10°范围内选取。由前刀面和后刀面构成的锲角在85°以上，可得到高精度的刀尖。

1-2刀体材料的性能和焊接

作 为刀体材料尽管在切削加工中不与被切削体直接接触，但由于基体要对金刚石膜起支撑作用，因此要求其具有较高的刚性，热膨胀系数与金刚石膜相近以及良好的焊 接性等。目前常用刀具材料有硬质合金（YG3、YG6、YG8等）、陶瓷（Si3N4、A12O3等）、CBN、高速钢等，硬质合金是最有发展前途且目前 研究最多的刀体材料。硬质合金是理想的基本材料，它的硬度高，又因其为烧结体，红硬性更好，室温下硬度一般在HRA83~93之间；500 ℃以下硬度保持不变。抗压强度最高可达到6000MPa，一般为3400~5600MPa；室温抗弯强度在750~2500MPa之间，弹性模量高，通常 为（4~7）×105MPa；室温下刚性较好，无明显塑变，对金刚石膜可起很好的刚性支撑作用。

金刚石厚膜与刀体材料的连接主要有方法两 种：金刚石表面金属化钎焊法和活性钎料焊法。前者是利用表面处理技术（如离子束溅射等），在金刚石表面镀覆金属（如Ti、Cr等），使其表面具有金属或类 金属的性能。金属化的金刚石膜表面对Ag-Cu基针料具有良好的可焊性，可采用金属间针焊工艺焊接。这种方法需进行金刚石膜表面金属化处理，增加了制备难 度。活性钎料焊接法则是在针料中加入适量的能与金刚石膜表面碳原子反应生成碳化物的元素，利用针焊过程中碳化物形成元素对金刚石膜待焊表面的活化作用，使 针料润湿金刚石膜实现其钎焊过程。

1-3 刀体与基体金属的连接

将得到的金刚石厚膜硬质合金复合刀片连接到基体金属上， 其连接方法大致有以下几种：⑴钎焊 ⑵机械加固 ⑶树脂粘接剂连接 ⑷热装压入。其中，钎焊的办法使用最多。钎焊金刚石厚膜/硬质合金复合刀片使用的钎料就强度来说，一般使用铜基针料、银基针料等。但考虑到防止氧化的焊接 裂纹以减少金刚石向石墨转化的趋势，尽可能的使用低熔点的钎料为好，主要是使用硬质合金针焊专用的银基针料。为了更好地保护金刚石不向石墨转化，最好也是 在真空或惰性气氛条件下针焊。

1-4 金刚石厚膜刀具的刃磨

金刚石厚膜刀具的刃磨方法主要有机械磨削（包括金刚石砂轮磨 削和金刚石粉研磨）。热金属盘研膳，激光束、离子束加工和等离子体刻蚀等。用金刚石粉研磨效率低，金刚石砂轮磨削效率高，并可采用不同粒度的砂轮进行粗加 工，是金刚石厚膜刀具获得较好的表面光洁度。热金属盘研磨是在高温条件下，利用铁族元素与金刚石反应使金刚石石墨化的原理除去金刚石。用此种方法研磨表面 粗糙度可达镜面水平。用激光对厚膜表面进行光整加工，加工效率很高但加工表面质量不高，只适合于粗加工和半精加工。

2、活性钎料成分选择

活性钎料钎焊法钎焊金刚石与硬质合金所用的活性钎料，除要考虑钎料对金刚石膜与硬质合金的润湿条件，还必须考虑接头应力和真空加热条件下钎料成分的状态对钎焊过程的影响。

2-1 钎料中的基本成分

金 刚石膜和硬质合金都是高硬度高钢性的材料，两种材料的线膨胀系数也有一定的差别，两者钎焊界面会产生很大的内应力，可能造成金刚石膜开裂和连接界面分离。 因此钎料的成分必须在保证强度的条件下，应具有一定的变形能力。Ag-Cu合金不但有较好的强度及对硬质合金能很好的湿润，同时Ag-Cu面心立方的晶格 结构使其固浴体合金具有很好的塑性。所以，Ag-Cu合金是金刚石膜与硬质合金钎焊首选的基体成分。

2-2 钎料中的活性成分

金 刚石膜与一般金属及其合金之间有很高的界面能，致使金刚石膜不能被一般低溶点合金所浸润，润湿性较差。因此必须在钎料中加入一些强碳化物形成元素作为活性 金属，以改善金刚石膜与硬质合金之间的润湿性。但添加强碳化物形成元素也存在一定的局限性，一方面加入过多的碳化物形成元素就有可能使金刚石膜与钎料间形 成过厚的脆性化合物层，影响结合性能。另一方面为了控制钎料的熔点必须对钎料中的强碳化物形成元素友谊顶的要求，如Ti、Cr、Zr、V、B、 Mo、W等，这些元素的溶点分别为：1672℃、1863℃、1865℃、1929℃、2300℃、2623℃、3387℃。相比较而言，Ti、Cr、 Zr、V更适合一些。这些元素少量的加入Ag-Cu基钎料中，一般钎焊温度可控制在850℃左右，工艺性能较好。.

另外，在钎料中胸口少量的IN、SN等低熔点金属能有效地降低钎料的熔点，但过多则会产生脆化性化合物。同时金刚石膜与刀体材料的焊接是在真空状态下进行的，钎料中应避免含有MN、ZN等蒸汽压较高的易发挥元素。

上 面分别从钎料的熔点、润湿性、蒸汽压、热膨胀，焊后是否生成脆性化合物等方面考虑了钎料中元素的选择。对活性钎料成分的选择需要综合考虑，钎焊金刚石厚膜 所添加的强碳化物形成元素多种多样。目前国内外尚未见到商品金刚石焊料，一般由应用单位自行配制。有下列一些，Cu-10%Ti，Cu-15% Sn-3%Ti，Ag-15%Ti，Cu-30%Ag-5%Ti，Cu-15%Sn-2%Cr，Cu-1%V，Cu-Au，Ag-30%Cu-4%Ti， Ag-26.5%Cu-3%Ti等钎料成分可供选择。

3．结 论

1.金刚石厚膜与硬质合金片之间采用钎焊的方法能有效地解决粘结力较弱的问题。
2.金刚石厚膜与硬质合金片的钎焊中，采用自反应活性针料进行针焊，工艺方法简单成本低。
3.金刚石厚膜自反应活性钎焊钎料，可在Ag-Cu合金针料中添加适量的Ti，Zr和Cr等碳化物形成元素进行制备。
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摘 要：本文研究了应用ICP-AES 分析技术测定稀土元素的方法。考察了各种共存元素对La、Ce、Pr、Nd 和Sm 元素多条谱线的影响情况。选择了合适的分析谱线，确定了仪器工作参数和分析条件。进行了样品加标回收试验和精密度试验，回收率在92％～106％之间，相 对标准偏差小于５％。
关键词：稀土硅铁合金 稀土硅铁镁合金 镧 铈 镨 钕 钐 ICP-AES

1 前言

稀土硅铁合金和稀土硅铁镁合金在球铁冶炼过程中广泛使用，其含量及用量对生产影响较大，加入量有
严格规定。各种稀土元素对生产和产品性能影响不同，因此，单一稀土元素分析已成为材料研究和生产中必不可少的项目。

稀 土元素由于化学性质相似，很难相互分离和分别测定，传统化学分析是测定混合稀土总量。混合稀土单一分量测定，最常用的方法是X 射线荧光光谱法，但这种分析技术灵敏度不高，基体干扰严重。ICP-AES法由于灵敏、基体干扰小，目前已成为稀土元素光谱分析重要手段。高纯稀土氧化物 中杂质稀土元素分析报道最多，土壤、肥料、植物、金属与合金也有报道。

我们采用法国产JY70P 型电感耦合等离子体发射光谱仪，开展了稀土硅铁合金和稀土硅铁镁合金中稀土单一分量分析方法研究。

2 试验部分

2.1 仪器及工作条件

法国产JY70P 联合型电感耦合等离子体发射光谱仪仪器工作条件： 冷却气14L/min；护套气0.3L/min；载气0.425L/min；溶液提升量：1.2mL/min.；功率0.97 kW；观测高度为感应线圈上方15mm。

2.2 试剂及标准溶液

实验中使用的硝酸、氢氟酸、高氯酸、盐酸均为分析纯试剂，水为蒸馏水。
各元素标准溶液均采用国家标准物质。

2.3 样品溶液的制备

准 确称取0.1000g样品（预先过120目筛）于铂金或聚四氟乙烯烧杯中，加少量水湿润后，加入5mL硝酸，再滴加3～5mL氢氟酸。低温加热溶解试样， 待试样溶解完全后，加入５mL 高氯酸，继续加热至冒烟。溶液体积蒸发至１mL 左右取下冷却，加入10mL 盐酸（1+1）溶盐。冷却至室温后，转移到100mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀待测。

2.4 混合标准溶液的制备

称 取0.0300g 高纯铁数份于100mL 玻璃烧杯中，加入5mL 硝酸和５mL 高氯酸，低温溶解。待试样溶解完全后，加热冒高氯酸烟，蒸发溶液体积至1mL 左右取下，稍冷后加入10mL 盐酸（1+1）溶盐。冷却至室温后，转移到100mL 容量瓶中，吸取适量各元素纯标准溶液，按表１组成，配制成混合标准溶液系列。

表１ 混合标准溶液 (μg/mL)

3 结果与讨论

3.1 试样溶解

采用硝酸和氢氟酸分解稀土硅铁合金、稀土硅铁镁合金试样，溶液中剩余氢氟酸采用高氯酸高温加热冒烟赶氟。采用本方法溶解试样，样品分解完全，溶液清亮。

3.2 分析谱线的选择

根据被测试样组成、被测元素及共存元素含量初步选择谱线（见表2），并对各条谱线光谱干扰情况进行了实际考察。

表２ 分析谱线及可能干扰元素

3.2.1 基体影响及消除

试 样经高氯酸冒烟处理后，主量元素之一硅生成氟化物挥发了，因此，溶液中铁为基体，只要考虑铁对被测元素的影响。结果表明；除Pr422.535nm 谱线外，铁量小于500μg/mL 时，对La333.749nm 线、Ce413.765nm 线、Nd430.358nm 线的影响很小，其干扰可忽略。其它分析线不受影响。大部分谱线基线强度不随铁量变化，采用高纯铁配制标准溶液系列，对含铁量进行大致匹配后进行试样分析， 可以得到正确结果。本方法铁匹配量为300μg/mL。

3.2.2 共存元素的影响

溶液中除被测元素外，还含有锰、镁、 钙、钛等共存元素。配制上述元素纯标准溶液，分别在表２所列分析波长附近进行谱线扫描，将各种谱线轮廓图重叠 比较，发现Mn100μg/mL，Mg100μg/mL、CaTi50μg/mL、Al10μg/mL 不干扰La333.749nm 线和La398.852nm 线测定，也不干扰Nd406.109nm、Nd430.358nm 和Nd415.608nm 谱线测定，Pr422.293nm 谱线也不受干扰。Nd401.225nm 线受Ca 和Ti 线尾翼重叠干扰，其它元素对它不干扰。Ca、Ti 对Sm422.434nm 谱线的影响可忽略不计，其它元素对此线不干扰。

3.2.3 被测元素之间相互影响及消除

配制 稀土元素单一标准溶液，其含量分别为La、Ce、Pr、Nd、Sm100μg/mL、Ce150μg/ mL、Pr15μg/ mL、Sm10μg/mL，在各元素谱线波长附近分别作光谱扫描图，通过比较谱线轮廓图，认为La333.749nm谱线和La398.852nm 谱线受其它元素干扰影响较小，一般不影响0.5ug/mL 以上La 的测定。实际样品中，由于稀土元素组成较固定，且含量远低于试验量，因此，实际干扰影响更小。

Sm442.434nm 谱线受Ce 干扰，含铈高时会影响含量在１ug/mL 以下Sm 的测定。

La 和Sm 100μg/mL、Ce 150μg/mL 不干扰Nd430.358nm 谱线测定；Pr100μg/mL 有光谱干扰，但溶液中含镨量不会这么高，而且测定时可采用含镨的溶液代替空白液作低标消除影响。

Nd415.608nm 线：La 100μg/mL、Sm10μg/mL、和Pr15μg/mL 不干扰测定，Sm、Ce、Pr100μg/mL对该谱线有干扰。

Nd406.109nm 谱线：Sm、Pr100μg/mL 溶液对该谱线有部分重叠干扰，影响1μg/mL 含量Nd 的测定。

Ce100μg/ml、Sm10μg/mL 和Pr15μg/mL 不干扰0.1μg/mL 以上Nd 量的测定。

Nd401.225nm 线受铈元素干扰， 含铈量150μg/mL 时产生严重干扰、无法测定钕量。

对Pr422.293nm 谱线，La 100μg/mL 不干扰镨量测定；Ce 和Nd100μg/mL 有尾翼重叠干扰；Sm100μg/mL、Nd 使谱线背景增大；Sm10μg/mL 基本不干扰Pr 的测定。

对Pr417.939nm 谱线，Ce、Sm、Nd100μg/mL 有直接和部分重叠干扰，特别是Nd 产生严重干扰,该线应舍弃。

Ce412.765nm 谱线，受La100μg/mL、Pr、Nd、Sm 影响较小；Sm10μg/mL 不干扰铈的测定。

综 合考虑铁基体、共存元素之间干扰情况，选择了干扰小、且易消除的谱线作为分析谱线见表3。试样中La、Ce、Pr、Sm 和Nd 组成比例较固定，所测定稀土元素含量高时，以含稀土元素的低标溶液代替空白溶液作曲线，可消除稀土元素之间的影响，采用基体匹配后，铁基体和其它共存元素 不干扰测定。

表3 析谱线

3.3 ICP 仪器工作参数

我 们以等效背景浓度值为考察指标，逐个改变功率、冷却气流量、载气流量和观测高度，观察各种参数变化对测定的影响，通过多次试验、折衷选择适用于多元素同 时测定的工作参数，以保证大多数元素特别是灵敏度差的元素能有较好的检出能力。功率0.97kW；观测高度为感应线圈上方15mm；冷却气流量 14L/min；载气流量0.425μg/mL.

3.4 方法检出限

表4 方法检出限（3σ） (μg/mL)

3.5 精密度试验

采用含不同稀土量的稀土硅铁合金、稀土硅铁镁合金标准样品，按试样分解方法处理，在同样的分析条件下，分别进行6 次测定，计算出平均值和相对标准偏差见表5。结果表明：五种元素测量精密度均比较好，RSD 小于5%。

表5 精密度试验结果 (%)

3.6 加标回收试验

按样品处理方法分解 稀土硅铁合金、稀土硅铁镁合金标准样品，在标准样品溶液中加入适量的稀土元素，测定各元素含量，计算回收率，结果见表6。各元素回收率在92%-106%之间。

表6 加标回收试验

3.7 标准样品分析

采用本方法对稀土硅铁合金和稀土硅铁镁合金标准样品进行了测定。由于市售标准样品中无稀土元素分量值，我们将测定结果与混合稀土总量标准值进行了对照。

表7 标准样品分析结果对照 （n=6） (%)

4 结束语

本文提出了应用ICP-AES 法测定稀土硅铁合金、稀土硅铁镁合金中单一稀土分量方法，通过选择分析谱线、基体匹配等方法消除了共存元素之间相互影响，不需进行化学分离，可直接测定混合稀土元素中镧、铈、镨、钕、钐单一分量。方法简便， 适用于材料日常检验。

参考文献
1 GB/T4138-1993 《稀土镁硅铁合金》
2 万家亮. 现代光谱分析手册. 上海：华中师范大学出版社
3 李虬玉. 球墨铸铁中镧、铈、镨、钕、钐的ICP-AES 法测定. 汽车科技. 1995 年 第 6 期 40～42
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说来也怪，一把能够切削金属的刀具会是脆弱的，稍不留神往工作台上一放竟然折断了。但是，这个说法适合于在小零件(如医疗元件)上加工孔、槽等特征所使用的非常小的钻头和端铣刀。为了有效地加以使用，这些刀具在使用过程各自需要考虑周到，而“小心呵护”是首要的考虑。

Niagara Cutter (纽约州阿姆赫斯特)是提供一系列微型刀具的刀具公司之一，Niagara公司的工程经理Den
nis Noland称，使用φ0.005英寸端铣刀时，“只要手触摸的方式不对，就会把它弄断。”

然而，训练有素的车间可以相当顺利地使用这些刀具，柔和的操作必须从切口以外持续到切口以内。言下之意，连轻微的碰撞也必须避免。例如，必须使用无接触式刀具测量并严格控制径向跳动和振动。

Noland 称，“TIR(总指示器读数)变得非常关键。”主轴和刀夹中心必须达到严格的同心度。在其它场合下，TIR测量0.0005英寸似乎是多余的，可是在刀具 本身直径只有0.020英寸的情况下，即使这样小的径向偏差也变得非常大了。最大容许径向跳动最多不过0.0002英寸，甚至可能只有它的一半。

同心度要求如此苛刻，确实需要高质量的刀夹，但不一定需要专用刀夹。这些小直径刀具通常有1/8英寸的柄，因此可以使用标准刀夹。套筒夹头可能有效，热压配合也许更好。

欲速不达
下一个考虑是速度。即使主轴在其它用途中转速相当快，比方说12,000 rpm，也会把小直径刀具限制在令人痛苦的最低切削速度。例如，0.020英寸的刀具可以装在这样的主轴上，但切削速度顶大不过63sfm(19m/min)。

Mike Tibbet 是Kyocera Tycom微型刀具制造公司的高级开发工程师。他说，小型铣刀和钻头达到高速度的一个方法是为了这些微小的刀具而采用一个附加高速主轴。附加主轴的转矩要 求小，因此可以是气动的。为了加工比较硬的金属，也可以采用电动附加主轴。Tibbet一般推荐主轴速度80,000 rpm。

他说，主轴径向跳动以及机床总刚度和紧密度，都属于加工车间为其生产设备考虑微型刀具时应该着眼的特征之列。另一个需要考虑的重要方面是冷却液过滤以及加工车间一般能够保持的冷却液清洁程度。冷却液的细小微粒可以对微型工具产生较大的影响。

Tibbet 还建议微型刀具的忠实用户使用变焦透镜照相机进行过程监视，因为微型工具在切削时不会发出听得见的声音，而且切削过程是肉眼看不到 的，所以这些刀具对故障排查很成问题。一旦因失误引起刀具折断，相同的错误也许注定要不断地发生。但是如果使用一个放大倍数可观的照相机，就可以像采用标 准规格的刀具似的，对加工过程进行观察。Tibbet称，“这种观念的意思是，只要放大到足够的程度，微型工具就不再是微型工具了。”

言过其实

如果说每个刀具属性都可以按比例缩小，那可真是言过其实。Niagara公司Noland谨慎地指出，涂层是增强现代化切削刀具性能的一个要素，但是通常无法应用于微型刀具。
他说：“我们一般不给这些刀具附加涂层，除非用户专门提出要求。”

原因与几何尺寸有关，在标准规格的刀具上，PVD涂层的厚度是可以忽略的，但是当刀具直径只有 0.010英寸时，PVD涂层的厚度就太大了，它使刀刃变成了圆弧。弧形刀刃易于摩擦零件表面，因此在这样的比例下涂层很可能有碍于刀具的性能，而不是有帮助。

术语:钻深孔

Kyocera Tycom公司Mike Tibbet称，应用小直径刀具加工深孔的能力正在改进，在一个应用中，该公司开发了φ0.020英寸钻头，在钛合金上钻0.750英寸深的孔。

该微型钻头的直径仅有0.002英寸

他说，发热对这样的用途来说是一个挑战。在微加工中，发热致使切屑不断开的现象(大多数加工过程试图利用的一种效应)一般是无法实现的，因为切屑不够大。热量进入刀具而不是由切屑带走，而且切削工艺不得不顾及这一点。

微钻削加工的解决办法是久经考验的钻孔技巧——啄式钻孔，频繁地将钻头从孔中抽出并让它停顿1秒钟左右，也就是刚好加冷却液使钻头冷却下来。

术语:铣深槽

不是每个小直径刀具都用来加工小零件，有些用来加工较大零件的小特征，比如在模具上铣深槽，不然的话这些槽大概需要通过EDM加工。

刀具制造商OSG Tap & Die (伊利诺斯州格伦代尔高地)制造专门适合于这个用途的端铣刀。据工程经理David Kwon所说，协调刀具的刚度与排屑间隙的关系是这类刀具的首要难题，他说，特殊微细晶粒硬质合金是使这种刀具得以制造的部分原因。

这个OSG样件铣出了2mm宽、12mm深的槽

微 小槽铣刀的长度/直径比在增加，刀具发生挠曲变形的危险也在增大。为此，Kwon建 议在铣深槽时按顺序使用一组铣刀。例如，可以用三个不同长度的铣刀加工一个特别深的槽。比较短而不易弯曲的刀具可以进行切削力较大、速度较快的粗切，然 后，只有最深的一段槽需要使用比较精细的切削参数，这样作对预防最长的刀具发生挠变是必要的。 BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀.aerospace tool、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com

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摘要：本文对半固态触变注射成型镁合金AZ91D 的组织与性能进行了分析，结果表明，该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品，从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础。
关键词：触变注射成型 镁合金 组织 力学性能

1 引言

近年来，随着对绿色、环保等方面要求的提高，镁合金以其重量轻、比强度高、比
刚 度高、减震性好、耐电磁屏蔽、易回收等特点从众多金属材料中脱颖而出，广泛的应用于航空、航天、电子和汽车等行业。目前，镁合金应用的两大热点产业是电子 业和汽车业。一方面，用于“3C” (Computer、Communication、Consumption Electronics Products)产品的壳体，有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势；另一方面，作为实际应用中最轻的结构金属，镁合金能够满足交通运输业日益严格的 节能和尾气排放要求，从而生产出重量轻、耗油少、环保的新一代交通工具。

国内外广泛采用的镁合金成形方法为压铸法。压铸镁合金产品具有尺 寸稳定性好、生产率高等优点，但也具有夹杂多、气孔多、成形后难热处理、尺寸近净成形差等不足。采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于“ 3C”产品中所广泛使用的薄壁壳体类零件以及用于汽车工业中的高性能镁合金零部件的要求。

同压铸法相比，半固态方法制造的产品具有铸造缺 陷少，产品的力学性能、尺寸精度、表面和内在质量高等优点，此外还有节约能源、安全性好、近净成形性好等优点。目前世界上已经成功工业化的镁合金半固态成 型技术是触变注射成型技术[1]。长春华禹镁业有限公司是我国最早引进此项技术的厂家，本文利用该公司的触变注射成型机制备试样，对触变注射成型镁合金的 组织及力学性能进行了分析，从而为公司下一步进行汽车用高性能镁合金的研究开发作适当的技术储备。

2 半固态触变注射成型技术的原理及工艺过程

2.1 半固态触变注射成型技术的原理

在 普通铸造过程中，初晶以枝晶方式长大，当固相率达到0.2 左右时，枝晶就形成连续网络骨架，失去宏观流动性。半固态成形是在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌，使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨 架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，悬浮于剩余液相中。这种颗粒状非枝晶的显微组织，在固相率达0.5～0.6 时仍具有一定的流变性，从而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压，模锻等实现金属的成形[2～4]。

半固态触变注射成形法是近些年来开发的 一种新工艺，源于美国DOW化学公司，美国THIXOMAT公司将其商业化。该工艺是将塑料的注塑成形原理与半固态金属成形工艺相结合，集半固态金属浆料 的制备、输送、成形等过程于一体，该法较好地解决了半固态金属浆料的保存输送、成形控制困难等问题。 2.2 半固态触变注射成型技术的工艺过程

注 射成形法主要工艺过程如下：被制成颗粒的镁合金原料（由枝晶镁合金铸锭制成，其组织仍为枝晶组织）从料斗中加入；在套筒中的镁合金原料通过电加热转变成 半固体状态，在螺杆的剪切作用下，在套筒中半固体金属浆料形成了近乎于球形状的固体颗粒，在注射缸的作用下，以相当于塑料注塑机的十倍速率压射到模具内成 形。触变注射成形机的基本结构如图1-1 所示。

图1 触变注射成形机原理图

3 试验设备及方法

3.1 触变注射成形试样的制备

本 论文采用日本制钢所的JLM-450MG 型触变注射成型机制备了标准力学性能试样，在不同制备条件下，考察了目前最广泛使用的镁合金AZ91D 组织与性能的变化以及耐腐蚀性能。该成型机的外观如图2 所示，试样模具由日本制钢所提供，所制备的测试试样如图3 所示，成形过程中模具温度为180℃。

图3 中由左至右依次为标准冲击试样，标准蠕变试样，标准拉伸试样和硬度试样，在论文只采用标准拉伸试样进行试验，分别考察不同工艺条件下，半固态镁合金组织与性能的变化。

图2 JLM 450-MG 触变成型机 图3 注射成型的半固态镁合金试样

快速腐蚀条件如下：腐蚀介质为0.5%NaCl 或0.1molNaCl 溶液；试验温度：室温（静态）或35±1℃；腐蚀时间：5 昼夜。

4 结果与讨论

4.1 半固态触变注射成型镁合金的组织分析

图4 中组织是取自不同工艺参数制备标准拉伸试棒的中部，其工艺参数的区别主要表现在料筒温度的差别，在图4 中由工艺(a)至工艺(d)料筒温度逐步升高。

图4 触变注射成型AZ91D 组织

由 图4 可见，在不同工艺参数条件下，半固态镁合金组织的变化不大，主要差别表现在缺陷的数量和大小方面。可见，料筒温度对半固态镁合金成型性具有决定性的影响， 在料筒温度较低的条件下，半固态浆料的流变性不足，成型性能不足，提高料筒温度可以明显的提高半固态浆料的流变性能，但会明显降低固相率，在工艺d 的条件下，除晶粒细小外，其组织已经接近普通压铸合金组织。因此，在实际产品制备中必须控制好料筒温度和组织这两方面的因素，才有可能获得高质量的产品。

图5 为半固态镁合金组织的扫描电镜照片。由图5a 可见，半固态镁合金试棒的组织细小、均匀，图5b 为放大的晶界相，对晶界相的定点能谱分析表明，其晶界相的主要组成为Mg 和Al，并含有少量的Zn，其定点能谱分析结果如图6 所示。对半固态镁合金进行线扫描的结果表明，Al 和Zn 主要分布在晶界上，在晶内分布较少，Mg 则主要分布在晶内，在晶界处Mg 含量明显减少，如图7 所示。以上结果表明半固态触变注射成型镁合金的组织形态及分布基本与压铸组织相同。

(a) 半固态镁合金组织 (b) 半固态镁合金的晶界相
图5 半固态镁合金组织的扫描电镜照片

图6 半固态镁合金晶界相分析

图7 半固态镁合金线扫描结果

4.2 半固态触变注射成型AZ91D 的力学性能分析

4.2.1 触变注射成型AZ91D 的力学性能

图8 中示出了50 根试棒（图4 工艺d 条件下）中随机抽取5 根试棒的力-位移曲线、力-变形曲线以及力学性能的测量数据。由此可见，半固态触变注射成形试棒已达到了很高的强度，其平均断裂强度可达到270MPa 以上，平均屈服强度可达150MPa 左右（由于镁合金试棒在拉伸过程中没有明显的屈服点，故而以σp0.2 估算屈服强度）。

图8 半固态镁合金的力学性能[6]

4.2.2 盐水快速腐蚀对触变注射成型AZ91D 性能的影响

镁合金的抗腐蚀性能是衡量镁合金性能的一个重要指标，本文采用快速腐蚀试验考察了经快速腐蚀后触变成型镁合金试棒组织与性能的变化。所采用试棒与前述力学性能试棒相同。

图9 示出了经5 昼夜快速腐蚀后AZ91D 镁合金试棒的力学性能。可见，腐蚀后镁合金试棒力学性能明显下降，平均断裂强度下降到220MP 左右，屈服强度下降至120MPa 左右。腐蚀试验结果表明，尽管半固态组织细小、致密，但是其抗腐蚀性能仍然相当差，做为重要结构部件和装饰性壳体类零部件时，仍须采用适当的表面处理工 艺，否则将无法满足使用要求。

图9 快速腐蚀后触变注射成型AZ91D 的力学性能[6]

5 结论

近 年来，世界各国高度重视镁合金的研究与开发，将镁资源作为21 世纪的重要战略物资，加强了镁合金在汽车、计算机、通讯及航空航天领域的应用开发研究。美、日、欧等发达国家目前已经投入大量人力和物力，实施多项大型联 合研究发展计划，研究汽车用镁合金零部件，这些研究开发计划加快了国外应用镁合金零部件的步伐。我国是一个摩托车生产、消费大国和出口大国，也是一个潜在 的汽车生产和消费大国。然而，目前我国的镁合金成型技术还相对落后，镁合金零部件的力学性能及耐腐蚀性能较低是制约汽车用镁合金零部件在我国应用的一个重 要因素。

本论文通过对触变注射成型AZ91D 镁合金试棒的显微组织、力学性能分析和快速腐蚀试验，得出如下结论：应用触变注射成型技术可得到组织细小、致密，力学性能相对较高的镁合金部件。其综合力 学性能优于目前广泛采用的压铸镁合金部件。但是应该看到，触变注射成型设备的高昂费用及所必须支付的专利许可费用，加之成型用原材料——镁粒的成本较高， 整体投资比较大。因而该技术尤其适用于那些具有较高要求和高附加值产品的加工。

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