第1章模具的基本概念模具的概念及分類1.1模具標(biāo)準(zhǔn)化及標(biāo)準(zhǔn)件

1.2常用模具材料及熱處理

1.3學(xué)習(xí)目標(biāo)1．理解模具的概念2．理解模具的功能和作用3．掌握模具的分類方式4．學(xué)會模具的制造特點5．了解模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化情況6．了解常用模具材料的性能7．學(xué)會模具材料的選用8．學(xué)會常用模具材料的熱處理方法9．學(xué)會模具材料的選用1.1模具的概念及分類1.1.1模具的概念及作用1．模具的概念

在工業(yè)生產(chǎn)中，用各種壓力機(jī)和裝在壓力機(jī)上的專用工具，通過壓力把金屬或非金屬材料制成所需形狀的零件或制品，這種專用工具統(tǒng)稱為模具。用模具成形制造出來的零件通常稱為“制件”。

2．模具的功能和作用模具在工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛，采用模具生產(chǎn)零部件，具有高效、節(jié)材、成本低、保證質(zhì)量等一系列優(yōu)點，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。在工業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)品的更新?lián)Q代少不了模具。試制新產(chǎn)品，少不了模具，如果模具供應(yīng)不及時，很可能造成停產(chǎn)；如果模具精度不高，產(chǎn)品質(zhì)量就得不到保證；如果模具結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝落后，產(chǎn)品產(chǎn)量就難以提高。許多現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)水平的高低，直接影響到工業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展。模具是發(fā)展和實現(xiàn)切削技術(shù)不可缺少的工具，也是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的主要工藝裝備。

1.1.2模具的種類及制造特點

1．模具的分類在工業(yè)生產(chǎn)中，模具的用途廣泛、種類繁多，常見的分類方式有：按模具結(jié)構(gòu)形式分為沖模、塑料模具、鍛模和壓鑄模等。沖模又分為單工序模、復(fù)合模、級進(jìn)模等；塑料模具可分為單分型面注射模和雙分型面注射型等。按模具使用對象可分為電工模、汽車模、機(jī)殼模、玩具模等。按工藝性質(zhì)劃分，沖模分為沖孔模、落料模、拉深模、彎曲模。塑料模具分為壓縮模、壓注模、注射模、擠出模、吹塑模等。采用綜合歸納法，將模具分為10大類，各大類按其使用對象、材料、功能和模具制造方法，及工藝性質(zhì)等，再分成若干小類和品種，如表1-1所示。表1-1 模具分類及用途模具類別模具小類和品種適用對象和成形工藝性質(zhì)金屬

板材

成形

模具沖

模沖裁模（少、無廢料沖模、整修模、光潔沖模、深孔沖模、精沖模等）、單工序模（沖孔模、落料模、彎曲模、拉深模、成形模等）、復(fù)合沖模、級進(jìn)沖模、汽車覆蓋件沖模、硅鋼片沖模、硬質(zhì)合金沖模、微型沖件用精密沖模使用金屬（黑色金屬和非黑色金屬）板材，通過沖裁模和精沖模，或根據(jù)零件不同的生產(chǎn)批量、沖件精度，采用單工序模、復(fù)合模或級進(jìn)模等相應(yīng)的工藝方法，成形加工為合格的沖件金屬

體積

成形

模具粉末

冶金

成形

模具成形模、手動模（實體單向、雙向手動壓模、手動實體浮動壓模）、機(jī)動模（大型截面實體浮動壓模、極掌單向壓模、套類單向、雙向壓模、浮動壓模）、整形模（手動和機(jī)動模、徑向整形模，帶外臺階套類全整形模，帶球面件整形模等）、無臺階實體件自動整形模、軸套拉桿式半自動整形模、軸套通過式自動整形模、軸套全整形自動模、帶外臺階與外球面軸套自動全整形模等主要用于銅基、鐵基粉末制品的壓制成形，包括機(jī)械零件、電器元件（如觸頭等）、磁性零件、工具材料、易熱零件、核燃料制件的粉末壓制成形續(xù)表模具類別模具小類和品種適用對象和成形工藝性質(zhì)金屬

體積

成形

模具壓

鑄

模熱壓室壓機(jī)用壓鑄模、冷壓室壓機(jī)用壓鑄模、鋁合金壓鑄模、銅合金壓鑄模、鋅合金壓鑄模、黑色金屬壓鑄模等金屬零件產(chǎn)品如汽車、摩托車汽油機(jī)缸體，變速箱體等非黑色金屬零件（鋅、鋁、銅），通過注入模具型腔的液態(tài)金屬，加壓成形鍛

模壓力機(jī)用鍛模、摩擦壓力機(jī)用鍛模、平鍛機(jī)用鍛模、輥鍛機(jī)用鍛模、高速錘機(jī)用鍛模、開（閉）式鍛模、校正模、壓邊模、切邊模、沖孔模、精鍛模、多向鍛模、胎模、閉塞鍛模等，冷鐓模、擠壓模、拉絲模等采用非黑色金屬、黑色金屬的板材或棒材、絲材，經(jīng)鍛、墩、擠、拉等工藝成形加工成合格零件、毛坯和絲材鑄造

金屬

型模易熔型芯用金屬形模、低壓鑄造用金屬形模、金屬澆注用金屬形模等液態(tài)金屬或石蠟等易熔材料，經(jīng)注入模具型腔成形為金屬零件毛坯、鑄造用型芯、工藝品等續(xù)表模具類別模具小類和品種適用對象和成形工藝性質(zhì)非金屬材料制品成形模具塑料

成形

模具塑料注射模（立式、臥式、角式注射機(jī)用模具，無澆道模具，電視機(jī)殼、錄音機(jī)殼、洗衣桶殼、汽車保險杠、錄像或錄音機(jī)盒注射模等）、壓縮模（含壓膠模）、擠塑模（含傳遞模）、擠出模（異型材、管材、薄膜擠出模）、發(fā)泡模、吹（吸）塑模、塑封模、滾塑模等使用熱固性和熱塑性的塑料，通過注射、壓縮、擠塑、擠出、發(fā)泡、吹塑和吸塑等成形加工為合格塑件，該塑件也具有板材和體積成形兩種成形工藝玻璃

制品

成形

模具注壓成形模、吹—吹法成形瓶罐模、壓—吹法成形瓶罐模、玻璃器皿模具等用于玻璃瓶、罐、盒、桶，以及工業(yè)產(chǎn)品零件的成形加工橡膠

制品

成形

模具壓膠模、擠膠模、注射模、橡膠輪胎模（整體和活絡(luò)模）、O形密封圈橡膠模等汽車輪胎、O形密封圈及其他零件，與硫化機(jī)配套，成形加工為合格的橡膠零件陶瓷

模具壓縮模、注射模等建筑用的陶瓷構(gòu)件、陶瓷器皿，及工業(yè)生產(chǎn)用陶瓷零件的成形加工通用模具與經(jīng)濟(jì)模具組合沖模、薄板沖模、疊層沖模、快換沖模、環(huán)氧樹脂模、低熔點合金模等適用于產(chǎn)品試制，多品種、少批量生產(chǎn)2．模具的制造特點模具生產(chǎn)制造技術(shù)集中了機(jī)械加工的精華，即是機(jī)電結(jié)合加工，也離不開模具鉗工的操作，其特點如下。（1）模具生產(chǎn)的工藝特點。一套模具制出后，通過它可以生產(chǎn)出數(shù)十萬件零件或制品。但是制造模具自身，只能是單件生產(chǎn)。（2）模具制造的特點。①模具制造對工人的技術(shù)等級要求較高。②模具生產(chǎn)周期一般較長，成本較高。③制造模具的過程中，同一工序的加工往往內(nèi)容較多，因而生產(chǎn)效率較低。④模具在加工中，某些工作部分的位置和尺寸，應(yīng)經(jīng)過試驗才能確定。⑤裝配后，模具必須試模和調(diào)整。⑥模具生產(chǎn)是典型的單件生產(chǎn)，因此，生產(chǎn)工藝、管理方式、模具制造工藝等都有獨特的適應(yīng)性與規(guī)律。

1.2.1模具標(biāo)準(zhǔn)化

1．模具標(biāo)準(zhǔn)化的意義（1）提高使用性能和質(zhì)量。（2）節(jié)約工時和原材料，縮短生產(chǎn)周期。（3）現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)需要標(biāo)準(zhǔn)化。（4）可有效降低生產(chǎn)成本，簡化生產(chǎn)管理和減少企業(yè)庫存，是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)效益的有力措施和保證。1.2模具標(biāo)準(zhǔn)化及標(biāo)準(zhǔn)件

2．模具技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)

模具技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是模具企業(yè)必須遵守的行業(yè)或?qū)I(yè)規(guī)范，也是一種社會規(guī)范。自1983年9月全國模具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會成立以來，其組織制訂的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)940項，300余標(biāo)準(zhǔn)號。一些使用量大、面廣的模具基本上都制訂了標(biāo)準(zhǔn)。

3．模具技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分類及標(biāo)準(zhǔn)體系模具技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共分4類：模具產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（含標(biāo)準(zhǔn)零、部件標(biāo)準(zhǔn)等）、模具工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（含技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)等）、模具基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)（含名詞術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)等）和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)體系表是計劃與規(guī)范性的文件。

模具體系表主要是計劃或規(guī)劃制訂的標(biāo)準(zhǔn)項目及項目系列；是制訂模具標(biāo)準(zhǔn)項目年度計劃的依據(jù)。模具體系表分4層。第1層：模具；第2層：模具類別（10大類）、模具名稱；第3層：每類模具須制訂的標(biāo)準(zhǔn)類別，包括：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、工藝與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共4類標(biāo)準(zhǔn)的名稱；第4層：在每類模具及其標(biāo)準(zhǔn)類別下，列出具體須制訂的模具標(biāo)準(zhǔn)項目系列及其名稱。

1.2.2模具標(biāo)準(zhǔn)件

在標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，使標(biāo)準(zhǔn)文件中規(guī)定的每項標(biāo)準(zhǔn)均成為社會產(chǎn)品和人的實踐行為，即組織生產(chǎn)為標(biāo)準(zhǔn)件，并轉(zhuǎn)化為工業(yè)產(chǎn)品，實現(xiàn)商品化，以供企業(yè)或用戶選購使用。標(biāo)準(zhǔn)件的生產(chǎn)須具備的條件。（1）要有一定的生產(chǎn)規(guī)模，并能產(chǎn)生規(guī)模效益，其效益指標(biāo)反映在質(zhì)量和創(chuàng)利兩方面。（2）保證標(biāo)準(zhǔn)件穩(wěn)定的質(zhì)量，須采取措施保證標(biāo)準(zhǔn)件的使用互換性和穩(wěn)定的可靠性，因此，標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)工藝管理須規(guī)范和科學(xué)，須采用保證高精、高效的生產(chǎn)裝備。（3）銷售服務(wù)須完善，其基本條件，在保證一定庫存，使用戶實現(xiàn)無庫存管理，保證用戶定量、定期獲得供應(yīng)。建立合作伙伴關(guān)系。1.3模具材料及熱處理

1.3.1常用模具材料

模具零件種類繁多，功能各異，故選用的材料品種也很多。隨著新材料的不斷問世，模具材料也不斷更新。根據(jù)工作條件的不同，模具材料可分為金屬在常溫（冷態(tài)）下成形的材料，稱為冷作模具鋼；在加熱狀態(tài)下成形的材料，稱為熱作模具鋼。目前模具所用材料有各種碳素工具鋼、合金工具鋼、鑄鐵、硬質(zhì)合金等。（1）碳素工具鋼為高碳鋼，含碳量為0.7%～1.4%，主要牌號有T7、T7A、T8、T8A、T10、T12、T12A等。這類鋼切削性能良好，淬火后有較高的硬度和良好的耐磨性，但其淬透性差，淬火時須急冷，變形開裂傾向大，回火穩(wěn)定性差，熱硬性低。適用于制造尺寸小，形狀簡單的冷作模具。（2）合金工具鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上加入一種或幾種合金元素冶煉而成的鋼。常用合金工具鋼有低合金工具鋼與高合金工具鋼。（3）高速鋼目前常用的有鎢系高速鋼（WC）W18Cr4V和鉬系高速鋼（MoC）W6Mo5Cr4V2。高速鋼具有良好的淬透性，在空氣中即可淬硬，在600℃左右仍保持高硬度、高強(qiáng)度和良好的韌性、耐磨性。高速鋼適用于制造冷擠壓模、熱擠壓模。（4）鑄鐵的主要特點是鑄造性能好，容易成形，鑄造工藝與設(shè)備簡單。鑄鐵具有優(yōu)良的減震性、耐磨性和切削加工性。除灰鑄鐵可用在制造沖模的上、下模座外，還可以代替模具鋼制造模具主要工作部分的受力零件。（5）硬質(zhì)合金是以金屬碳化物做硬質(zhì)相，以鐵族金屬作為粘結(jié)相，用粉末冶金方法生產(chǎn)的一種多相組合材料。

常用硬質(zhì)合金有鎢鈷（YG）、鎢鈷鈦（YT）和萬能硬質(zhì)合金（YW）3類。鎢鈷類強(qiáng)度較高，韌性好，鎢鈷鈦類則具有較好的熱硬性和抗氧化性。制造模具主要采用鎢鈷類硬質(zhì)合金。隨著含鈷量的增加，硬質(zhì)合金承受沖擊載荷的能力逐漸提高，但硬度和耐磨性下降。因此，應(yīng)根據(jù)模具的工作條件合理選用。硬質(zhì)合金可用于制造高速沖模、冷熱擠壓模等。（6）無磁模具鋼是在強(qiáng)磁場中不被磁化，與磁性材料沒有吸引力。主要用于制造壓制成形磁性材料和磁性塑料的模具，由于沒有磁力，所以便于脫模。無磁模具鋼具有穩(wěn)定的奧氏體組織，其磁導(dǎo)率要求等于1.05～1.10（Gs/Oe），具有較高的硬度和耐磨性。（7）新型模具鋼具有較高的韌性、沖擊韌度和斷裂韌度，其高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及熱疲勞性都較好的特點，可提高模具的壽命。常用國內(nèi)外新型模具鋼特點及應(yīng)用，如表1-2所示；國內(nèi)外合金工具鋼牌號對照，如表1-3所示；K類與G類硬質(zhì)合金牌號近似對照，如表1-4所示；碳素工具鋼牌號近似對照如表1-5所示。表1-2 新型模具鋼鋼號特點及應(yīng)用3Cr3Mo2V(HM1)高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定型及熱疲勞性都較好，用于高速、高載、水冷條件下工作的模具，提高模具壽命5Cr4Mo3SiMnVA1(CG2)沖擊韌度高，高溫強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性好，適用于高溫、大載荷下工作的模具，提高模具壽命6Cr4Mo3Ni2WV(CG2)高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性好，適用于小型熱作模具，提高模具壽命65Cr4W3Mo2VNb(65Nb)高強(qiáng)韌性，是冷熱作模具鋼，提高模具壽命6W8Cr4VTi(LM1)6Cr5Mo3W2VSiTi(LM2)高強(qiáng)韌性，沖擊韌度和斷裂韌度高，在抗壓強(qiáng)度與W18Cr4V鋼相同時，高于W18Cr4V鋼。用于工作在高壓力、大沖擊下的冷作模具，提高模具壽命7Cr7Mo3V2Si(LD)高強(qiáng)韌性，用于大載荷下的冷作模具，提高模具壽命續(xù)表鋼號特點及應(yīng)用7CrSiMnMoV(CH-1)韌性好，淬透性高，可用于火焰淬火，熱處理變形小，適用于低強(qiáng)度冷作模具零件8Cr2MnWMoVSi(8Cr2S)預(yù)硬化鋼，易切削，提高塑料模壽命Y55CrNiMnMoV(SM1)預(yù)硬化鋼，用于有鏡面要求的熱塑性塑料注射模Y20CrNi3A1MnMo(SM2)5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)用于形狀復(fù)雜、精度要求高、產(chǎn)量大的熱塑性塑料注射模4Cr5Mo2MnVSi(Y10)3Cr3Mo3VNb(HM3)用于壓鑄鋁鎂合金4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)用于壓鑄銅合金120Cr4W2MoV用于要求長壽命的沖裁模

1．模具材料的一般性能要求模具材料的性能包括力學(xué)性能、高溫性能、表面性能、工藝性能及經(jīng)濟(jì)性能等。各種模具的工作條件不同，對材料性能的要求也各有差異。（1）對冷作模具要求具有較高的硬度和強(qiáng)度，以及良好的耐磨性，還要具有高的抗壓強(qiáng)度和良好的韌性及耐疲勞性。1.3.2模具材料的選用（2）對熱作模具除要求具有一般常溫性能外，還要具有良好的耐蝕性、回火穩(wěn)定性、抗高溫氧化性和耐熱疲勞性，同時還要求具有較小的熱膨脹系數(shù)和較好的導(dǎo)熱性，模腔表面要有足夠的硬度，而且既要有韌性，又要耐磨損。（3）壓鑄模的工作條件惡劣，因此，一般要求具有較好的耐磨、耐熱、抗壓縮、抗氧化性能等。

2．模具材料選用原則（1）模具材料應(yīng)滿足模具的使用性能要求。（2）模具材料應(yīng)具有良好的工藝性能。（3）模具材料要考慮經(jīng)濟(jì)性和市場性。常用模具鋼的性能和特點，見表1-6。表1-6 常用模具鋼的性能和特點鋼種性能特點用途10、20易擠壓成形、滲碳及淬火后耐磨性稍好、熱處理變形大、淬透性低工作載荷不大、形狀簡單的冷擠壓模、陶瓷模45耐磨性差、韌性好、熱處理過熱傾向小、淬透性低、耐高溫性能差工作載荷不大、形狀簡單的型腔模、沖孔模及鋅合金壓鑄模T7A、T8A耐磨性差、熱處理變形小、淬透性低工作載荷不大、形狀簡單的冷沖模、成形模T10A、T12A耐磨性稍好、熱處理變形大、淬透性低40Cr耐磨性差、韌性好、熱處理變形小、淬透性較好、耐高溫性能差用于鋅合金壓鑄模9Mn2V、GCr15耐磨性較好、熱處理變形小、淬透性較好工作載荷不大、形狀簡單的冷沖模、膠木模續(xù)表鋼種性能特點用途CrWMn耐磨性較好、熱處理變形小、淬透性較好工作載荷較大、形狀較復(fù)雜的成形模、冷沖模9SiCr用于沖頭、拉拔模60Si2Mn韌性好、熱處理變形較小、淬透性好用于標(biāo)準(zhǔn)件上的冷鐓模Cr12耐磨性好、韌性差、熱處理變形小、淬透性好、碳化物偏析嚴(yán)重用于載荷大、形狀復(fù)雜的高精度冷沖模Cr12MoV耐磨性好、熱處理變形小、淬透性好、碳化物偏析比Cr12小用于載荷大、形狀復(fù)雜的高精度冷沖模、冷擠壓模以及冷鐓模5CrMnMo、5CrNiMo韌性較好、熱處理變形較小、淬透性較好、回火穩(wěn)定性較好用于熱鍛模、切邊模3Cr2W8V熱硬性高、熱處理變形小、淬透性較好用于熱擠壓模、壓鑄模W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2用于冷擠壓模、熱態(tài)下工作的熱沖模熱處理在模具制造中起著重要作用，無論模具的結(jié)構(gòu)及類型、制作的材料和采用的成形方法如何，都需要用熱處理使其獲得較高的硬度和較好的耐磨性，及其他綜合要求的力學(xué)性能。一般說來，模具的使用壽命及其制件的質(zhì)量，在很大程度上取決于熱處理。1.3.3模具熱處理

1．普通熱處理普通熱處理包括退火、正火、淬火、回火等工藝過程。2．表面熱處理表面熱處理主要是化學(xué)表面處理法，包括滲碳、滲氮、滲硼、多元共滲、離子注入等。3．采用新的熱處理

為提高熱處理質(zhì)量，做到硬度合理、均勻、無氧化、無脫碳、消除微裂紋，避免模具的偶然失效，進(jìn)一步挖掘材料的潛力，從而提高模具的正常使用壽命，可采用一些新的熱處理工藝，如組織預(yù)處理、真空熱處理、冰冷處理、高溫淬火+高溫回火、低溫淬火、表面強(qiáng)化等.1.3.4模具材料的檢測

在模具零件進(jìn)行粗加工之前，應(yīng)對模具毛坯質(zhì)量進(jìn)行檢測，檢驗毛坯的宏觀缺陷、內(nèi)部缺陷及退火硬度。對一些重要模具，還應(yīng)對材料的材質(zhì)進(jìn)行檢驗，以防止不合格材料進(jìn)入下道工序。模具工件經(jīng)熱處理后還應(yīng)進(jìn)行硬度檢查、變形檢查、外觀檢查、金相檢查、力學(xué)性能檢查等，確保熱處理的質(zhì)量。表1-7為模具熱處理檢查內(nèi)容及要求。表1-7 模具熱處理檢查內(nèi)容及要求本章小結(jié)模具具有高效、節(jié)材、成本低、保證質(zhì)量等優(yōu)點，是工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。模具按結(jié)構(gòu)形式分為沖模、塑料模具、鍛模和壓鑄模等。模具的制造特點是生產(chǎn)制造技術(shù)集中了機(jī)械加工的精華，即是機(jī)電結(jié)合加工，還要配合模具鉗工的手工加工。

根據(jù)工作條件的不同，模具材料可分為冷作模具鋼和熱作模具鋼及壓鑄模具鋼。模具材料的選用要綜合考慮模具的工作條件、性能要求、材質(zhì)、形狀和結(jié)構(gòu)。模具的使用壽命及其制件的質(zhì)量，在很大程度上取決于熱處理的效果。思考與練習(xí)

簡答題1．簡述模具的概念。

答:在工業(yè)生產(chǎn)中，用各種壓力機(jī)和裝在壓力機(jī)上的專用工具，通過壓力把金屬或非金屬