材料成形技术基础.ppt

材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 1 1 第七章第七章 模模 具具材料成形技术基础材料成形技术基础材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 2 2 第第1 1节节 概述概述第第2 2节节 模具的基本结构与组成模具的基本结构与组成第第3 3节节 模具材料与模具寿命模具材料与模具寿命第第4 4节节 模具的制造模具的制造第第5 5节节 其它模具制造技术其它模具制造技术第第6 6节节 模具的标准化模具的标准化主要内容主要内容材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 3 3 7.1 7.1 概述概述所谓模具就是所谓模具就是“型型”和和“模模”，古时也称作古时也称作“范范”，它是材料成形加它是材料成形加工的工具。随着产品工业化生产的发展而形成了工的工具。随着产品工业化生产的发展而形成了“模具模具”的概念。通的概念。通过一定的方式使材料在模具内成形以制造所需制件。过一定的方式使材料在模具内成形以制造所需制件。模具模具是工业产品生产的重要工艺装备是工业产品生产的重要工艺装备 采用模具成形零件的技术代替传统的切削加工技术，可以采用模具成形零件的技术代替传统的切削加工技术，可以提高生产效提高生产效率、保证零件品质、节约材料、降低生产成本，取得很高的经济效益率、保证零件品质、节约材料、降低生产成本，取得很高的经济效益。模具工业是国民经济的基础工业模具工业是国民经济的基础工业 利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段，它对于保术手段，它对于保证制品品质，缩短试制周期，进而争先占领市场，证制品品质，缩短试制周期，进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性意义。以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性意义。模具技术是体现一个国家制造技术水平的重要标志模具技术是体现一个国家制造技术水平的重要标志 利用模具成形和生产零件的方法是一种少切削、无切削、多工序组合利用模具成形和生产零件的方法是一种少切削、无切削、多工序组合的生产方法。模具生产出的制件具有的生产方法。模具生产出的制件具有精度高、形状复杂、尺寸一致性精度高、形状复杂、尺寸一致性好、材料利用率高、生产效率高、能耗低好、材料利用率高、生产效率高、能耗低等优点。是其它加工制造方等优点。是其它加工制造方法不能比拟的。法不能比拟的。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 4 4 7.2 7.2 模具的基本结构与组成模具的基本结构与组成7.2.17.2.1材料成形模具的分类材料成形模具的分类 1 1、冲压模、冲压模 包括冲裁模、单工序模、复合模、级进模、汽车覆盖件冲模、硬包括冲裁模、单工序模、复合模、级进模、汽车覆盖件冲模、硬质合金冲模等。质合金冲模等。2 2、塑料成型模具、塑料成型模具 包括注射模、压缩模、挤塑模、吹塑模、发泡模等。包括注射模、压缩模、挤塑模、吹塑模、发泡模等。3 3、橡胶制品成型模、橡胶制品成型模 4 4、玻璃制品成型模、玻璃制品成型模 5 5、陶瓷模具、陶瓷模具 包括压缩模、注射模等。包括压缩模、注射模等。6 6、锻造成形模具、锻造成形模具 7 7、压铸模、压铸模 可按压室温度分为冷压室压铸机用压铸模、热压室压铸机用压铸模。可按压室温度分为冷压室压铸机用压铸模、热压室压铸机用压铸模。8 8、铸造金属型模具、铸造金属型模具 9 9、粉末冶金成型模、粉末冶金成型模 1010、通用模具和经济模具、通用模具和经济模具材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 5 5 7.2.2 7.2.2 材料成形模具的基本结构组成材料成形模具的基本结构组成7.2.2.17.2.2.1模具的基本结构模具的基本结构从结构上看主要由从结构上看主要由动模（上模）和定模（下模）动模（上模）和定模（下模）两大主要部分组成。从各个部件的功能上可分如下几类零部件组成：两大主要部分组成。从各个部件的功能上可分如下几类零部件组成：1 1）成形工作零件：）成形工作零件：直接加工或形成制件形状和表面的零部件。直接加工或形成制件形状和表面的零部件。2 2）导向、定位零件：）导向、定位零件：保证模具的运动方向和模具定位，确保成形零件的相对关系合理保证模具的运动方向和模具定位，确保成形零件的相对关系合理(或间隙均匀或间隙均匀)，能准确对合，保证坯料有一个正确的加工位置。，能准确对合，保证坯料有一个正确的加工位置。3 3）支承零件：）支承零件：固定、连接和支承模具成形零件、功能零件的零部件，使模具各固定、连接和支承模具成形零件、功能零件的零部件，使模具各部分能组装一起形成一副完整的模具，方便安装和调试；也是与部分能组装一起形成一副完整的模具，方便安装和调试；也是与设备连接的接口部分。设备连接的接口部分。4 4）送料、顶料机构、检测及安全机构：）送料、顶料机构、检测及安全机构：保证模具连续可靠工作，方便制件的取出，可靠的进行手工或自保证模具连续可靠工作，方便制件的取出，可靠的进行手工或自动送、进料等。动送、进料等。5 5）其它零件：）其它零件：各类标准件，如螺钉、销、键、弹簧等。各类标准件，如螺钉、销、键、弹簧等。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 6 6 7.2.2.27.2.2.2模具的驱动以及模具与设备的连接模具的驱动以及模具与设备的连接(1)(1)模具的驱动模具的驱动 模具的运动形式取决于模具的运动形式取决于制件的材料和成形工艺过程，其制件的材料和成形工艺过程，其运动和动力是由成形设备的动力和传动机构驱动和提供运动和动力是由成形设备的动力和传动机构驱动和提供的。作的。作为模具的运动形式也与成形工艺过程有关，模具为模具的运动形式也与成形工艺过程有关，模具运动部分的运动形式在各类模具中有以下几种：运动部分的运动形式在各类模具中有以下几种：单向平移运动：单向平移运动：如板材成形、挤压成形、塑料压制和注如板材成形、挤压成形、塑料压制和注射成型、金属压铸成形、陶瓷、橡胶与玻璃制品的模压射成型、金属压铸成形、陶瓷、橡胶与玻璃制品的模压成型等。成型等。单向、多向直线运动：单向、多向直线运动：无冲击的，如抽芯、送料与推料无冲击的，如抽芯、送料与推料等。有冲击的，如冲孔、落料、弯曲、锻造等。等。有冲击的，如冲孔、落料、弯曲、锻造等。旋转运动旋转运动：如旋压成形、辊锻成形、塑件旋转卸件等。：如旋压成形、辊锻成形、塑件旋转卸件等。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 7 7 机机电驱动：电驱动：由由电动机电动机提供动力和旋转运动，以驱动传动机提供动力和旋转运动，以驱动传动机构，并通过滑块等和模具运动部分相连，驱动模具定向构，并通过滑块等和模具运动部分相连，驱动模具定向运动，并传递动力给模具作用于材料进行成形加工。如运动，并传递动力给模具作用于材料进行成形加工。如各类各类曲柄压力机、摩擦压力机、辊锻机曲柄压力机、摩擦压力机、辊锻机等。等。电电液驱动：液驱动：通过通过电动机驱动液压泵或水泵电动机驱动液压泵或水泵产生液体压力，产生液体压力，驱动与模具运动部分相连的液压缸或活塞，使模具动模驱动与模具运动部分相连的液压缸或活塞，使模具动模部分相对于定模作定向平移运动，从而实现对材料施加部分相对于定模作定向平移运动，从而实现对材料施加压力进行成形加工。如各类压力进行成形加工。如各类液压机、水压机液压机、水压机等。等。气压成形：气压成形：主要用于主要用于吸塑、吹塑成形吸塑、吹塑成形加工，也常用于加工，也常用于玻玻璃材料成型璃材料成型，即模具处于固定状态，经气泵产生负压将，即模具处于固定状态，经气泵产生负压将塑料吸附于模具型面形成制件，或产生一定气压，吹入塑料吸附于模具型面形成制件，或产生一定气压，吹入热熔塑件或热熔状态的玻璃制件毛坯内，使其扩展、变热熔塑件或热熔状态的玻璃制件毛坯内，使其扩展、变形，并贴附于模具型腔表面，形成制件。形，并贴附于模具型腔表面，形成制件。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 8 8(2)(2)模具与成形设备的连接模具与成形设备的连接在确定了成形工艺和成形设备类型后，模具设计时，需在确定了成形工艺和成形设备类型后，模具设计时，需要对所选设备进行要对所选设备进行公称压力、工作速度、工作行程、连公称压力、工作速度、工作行程、连接部位接口的几何尺寸接部位接口的几何尺寸等参数进行校核计算。模具与设等参数进行校核计算。模具与设备通过模架（或模板）与设备相连，首先需要备通过模架（或模板）与设备相连，首先需要确定模具确定模具与设备的连接形式和接口尺寸，与设备的连接形式和接口尺寸，模具的连接形式根据成模具的连接形式根据成形工艺过程和成形设备的不同可采用螺钉、压板、或是形工艺过程和成形设备的不同可采用螺钉、压板、或是模柄等连接形式。模柄等连接形式。接口尺寸是指模具外形结构形状及尺接口尺寸是指模具外形结构形状及尺寸与设备滑块和工作台面尺寸、设备工作行程、滑块最寸与设备滑块和工作台面尺寸、设备工作行程、滑块最大移动距离（设备开口高度或宽度）、送料所需空间和大移动距离（设备开口高度或宽度）、送料所需空间和取件所需空间等相应尺寸的匹配和适应性取件所需空间等相应尺寸的匹配和适应性。模具结构尺模具结构尺寸中，与设备相连的主要尺寸是模具闭合高度或模具厚寸中，与设备相连的主要尺寸是模具闭合高度或模具厚度度，在设计时还要考虑它们与设备滑块工作行程之间的，在设计时还要考虑它们与设备滑块工作行程之间的关系。关系。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 9 9 7.2.2.3 7.2.2.3 模具的通用技术要求模具的通用技术要求模具必须满足以下要求：模具必须满足以下要求：保证制件结构要素的精度与品质；保证制件的保证制件结构要素的精度与品质；保证制件的互换性；保证生产规模，即保证模具的使用性能和寿命。互换性；保证生产规模，即保证模具的使用性能和寿命。因此，设计制因此，设计制造模具时应满足下列技术要求。造模具时应满足下列技术要求。1 1）组成模具的各零件的材料、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度和热处）组成模具的各零件的材料、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度和热处理等均应符合成形过程的技术要求。理等均应符合成形过程的技术要求。2 2）模座（模板）安装平面的平行度、导柱轴心线和导套轴心线对各自模）模座（模板）安装平面的平行度、导柱轴心线和导套轴心线对各自模座（模板）安装平面的垂直度应达到规定的精度等级要求。座（模板）安装平面的垂直度应达到规定的精度等级要求。3 3）所有导向机构应运动平稳、无阻滞现象。）所有导向机构应运动平稳、无阻滞现象。4 4）所有模具工作零件的凸模和凹模）所有模具工作零件的凸模和凹模(动模和定模动模和定模)应保持精确的相对位置应保持精确的相对位置(间隙均匀间隙均匀)。5 5）模具的分型面应合理设置，能确保零件顺利成形、取件和送。）模具的分型面应合理设置，能确保零件顺利成形、取件和送。6 6）装配好的模具闭合高度或厚度应与相应的成形设备相适应。）装配好的模具闭合高度或厚度应与相应的成形设备相适应。7 7）模具应在生产条件下进行试验，确保批量生产出符合品质要求的制件）模具应在生产条件下进行试验，确保批量生产出符合品质要求的制件材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 1010 7.3 7.3 模具材料与模具寿命模具材料与模具寿命7.3.17.3.1模具材料模具材料1 1模具材料的分类模具材料的分类 目前，可用于制作模具的材料种类繁多。若按模具类别目前，可用于制作模具的材料种类繁多。若按模具类别可分为：可分为：冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料、其它模具材料、其它模具材料。按材料的类别可分为：。按材料的类别可分为：钢铁材料、非钢铁材料、非铁金属材料和非金属材料。铁金属材料和非金属材料。2 2模具材料的一般性能要求模具材料的一般性能要求 作为材料成形加工的工具，模具的服役条件恶劣，精度作为材料成形加工的工具，模具的服役条件恶劣，精度要求高，并且要求具有一定的使用寿命。要求高，并且要求具有一定的使用寿命。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 1111 1 1）模具材料的使用性能要求）模具材料的使用性能要求（1 1）硬度和耐磨性）硬度和耐磨性 这是最基本的性能要求。有了一定的硬度和耐磨性，才这是最基本的性能要求。有了一定的硬度和耐磨性，才能使模具在特定的工作条件下，能使模具在特定的工作条件下，保持形状和尺寸的稳定保持形状和尺寸的稳定而不迅速发生变化。而不迅速发生变化。（2 2）强度、塑性和韧性）强度、塑性和韧性 要求模具材料具有良好的塑性，提高其要求模具材料具有良好的塑性，提高其抗脆断能力抗脆断能力；要；要求具有高强度、高韧性和高的求具有高强度、高韧性和高的抗疲劳强度抗疲劳强度，满足模具在，满足模具在工作时能工作时能承受高压和冲击循环载荷。承受高压和冲击循环载荷。（3 3）抗热性能）抗热性能 模具材料经常受到模具材料经常受到高温作用或直接在高温工作高温作用或直接在高温工作。冷作模。冷作模具（冷挤压模）在强烈摩擦时，局部的温升可达具（冷挤压模）在强烈摩擦时，局部的温升可达400400以上，热作模具的温升更高，锻模可达以上，热作模具的温升更高，锻模可达500500600600，热，热挤压模具可达挤压模具可达800800850850，压铸模达，压铸模达30030010001000。这。这就要求模具具备一定的抗热性能。模具材料的热性能包就要求模具具备一定的抗热性能。模具材料的热性能包括热强性、热硬性、热稳定性、热疲劳抗力和抗粘着性括热强性、热硬性、热稳定性、热疲劳抗力和抗粘着性等。等。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 1212 2 2）模具材料的加工性能要求）模具材料的加工性能要求（1 1）热加工性能）热加工性能 包括包括铸造性能、锻造性能和焊接性能。铸造性能、锻造性能和焊接性能。（2 2）冷加工性能）冷加工性能 包括包括切削、抛光、研磨等性能。切削、抛光、研磨等性能。（3 3）热处理性能）热处理性能 包括包括淬透性和淬硬性，要求热处理变形小淬透性和淬硬性，要求热处理变形小，淬火温度范围宽，过热敏感性低。，淬火温度范围宽，过热敏感性低。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 1313 3 3模具材料选用的一般原则模具材料选用的一般原则1 1）足够的强度、硬度、塑性、韧性等）足够的强度、硬度、塑性、韧性等 根据模具工作条件，失效形式，寿命要求，可靠性等提根据模具工作条件，失效形式，寿命要求，可靠性等提出材料的出材料的强度、硬度、塑性、韧性等指标，提出时要考强度、硬度、塑性、韧性等指标，提出时要考虑尺寸效应及主要关键的性能指标。虑尺寸效应及主要关键的性能指标。2 2）良好的加工性能）良好的加工性能 所选材料根据不同的所选材料根据不同的制造工艺过程应具有良好的加工性制造工艺过程应具有良好的加工性能。能。3 3）模具材料供应正常）模具材料供应正常 应考虑市场资源和现实供应情况，尽量在国内解决，少应考虑市场资源和现实供应情况，尽量在国内解决，少进口，并且品种规格相对集中。进口，并且品种规格相对集中。4 4）经济性合理）经济性合理 在满足性能和使用条件下尽量选用在满足性能和使用条件下尽量选用价格低的材料。价格低的材料。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 1414 4 4模具材料选用考虑的因素模具材料选用考虑的因素 1 1）模具的工作条件）模具的工作条件 包括承载大小和性质、工作温度、腐蚀情况等，包括承载大小和性质、工作温度、腐蚀情况等，2 2）模具的失效形式）模具的失效形式 分析弄清模具失效属于塑性变形失效、磨损失效还是断分析弄清模具失效属于塑性变形失效、磨损失效还是断裂失效等。裂失效等。3 3）模具所加工产品的特征）模具所加工产品的特征 分清产品材质、形状复杂程度、生产批量大小、品质高分清产品材质、形状复杂程度、生产批量大小、品质高低等。低等。4 4）模具自身结构）模具自身结构 模具的大小、形状、模具的不同组件和不同部位等。模具的大小、形状、模具的不同组件和不同部位等。5 5）模具的制造过程）模具的制造过程 热加工、冷加工、特种加工、热处理、表面处理等。热加工、冷加工、特种加工、热处理、表面处理等。6 6）模具的设计因素）模具的设计因素 大型模具常采用组合或镶嵌结构，工作部位和支承部位大型模具常采用组合或镶嵌结构，工作部位和支承部位材料可不相同，如大型汽车覆盖件冲压模具。也可采用材料可不相同，如大型汽车覆盖件冲压模具。也可采用低级材料进行强化处理。低级材料进行强化处理。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 1515 5 5常用的模具材料常用的模具材料1 1）冷作模具钢）冷作模具钢这类模具性能上一般要求高的硬度和耐磨性、足够的强度和适当的韧性。因这类模具性能上一般要求高的硬度和耐磨性、足够的强度和适当的韧性。因此，冷作模具钢通常以高碳为主，有时要增加韧性抗击冲击载荷。此，冷作模具钢通常以高碳为主，有时要增加韧性抗击冲击载荷。碳素工具钢：碳素工具钢：含碳量含碳量0.7%0.7%1.4%1.4%，主要有，主要有T7T7、T7AT7A、T8T8、T8AT8A、T10T10、T10AT10A、T1T12 2、T12AT12A等，一般适用于制造工作温度在等，一般适用于制造工作温度在250250以下以下、尺寸较小、形状简单、尺寸较小、形状简单、负荷较小的冷作模具负荷较小的冷作模具低合金工具钢：低合金工具钢：这类钢含有一定的合金元素，这类钢含有一定的合金元素，合金元素总量在合金元素总量在1%1%3%3%。适用适用于各种冲剪工具、精压模、冷镦模、中小批量形状较为复杂的模具。常用的于各种冲剪工具、精压模、冷镦模、中小批量形状较为复杂的模具。常用的模具材料有模具材料有9Cr29Cr2、9SiCr9SiCr、65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn、4CrW2Si4CrW2Si、CrWMnCrWMn、9Mn2V9Mn2V等。等。高合金工具钢：高合金工具钢：这类钢由于这类钢由于合金元素的大量增加（总量在合金元素的大量增加（总量在10%10%以上），以上），广泛用广泛用于承载大、冲次多、工件形状复杂的模具，常用的材料有于承载大、冲次多、工件形状复杂的模具，常用的材料有Cr12Cr12、Cr12MoVCr12MoV、CrCr5Mo1V5Mo1V等。等。高速钢：高速钢：具有具有很高的淬透性很高的淬透性(空冷即可淬硬空冷即可淬硬)，很高的抗压强度、回火稳定性，很高的抗压强度、回火稳定性和耐磨性，即使在和耐磨性，即使在600600高温下高温下仍可保持高硬度、高韧性和耐磨性。适用于制仍可保持高硬度、高韧性和耐磨性。适用于制造重载长寿命的冷挤压模、拉深模等。常用的高速钢有钨系高速钢造重载长寿命的冷挤压模、拉深模等。常用的高速钢有钨系高速钢W18Cr4VW18Cr4V和和钼系高速钢钼系高速钢W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 1616 2 2）热作模具钢）热作模具钢热作模具钢的共同特点是：大多数为热作模具钢的共同特点是：大多数为合金工具钢合金工具钢，少数为，少数为高温合金高温合金和硬质合金和硬质合金；钢的碳质量分数皆偏低，多为；钢的碳质量分数皆偏低，多为中碳成分中碳成分，以满足高韧，以满足高韧性、导热性的要求；性、导热性的要求；为了提高淬透性、抗热性和耐磨性以及抗氧化为了提高淬透性、抗热性和耐磨性以及抗氧化性，材料中的合金元素主要为性，材料中的合金元素主要为CrCr、W W、MoMo、NiNi、V V、MnMn、SiSi等。等。低耐热高韧性钢低耐热高韧性钢：属于高韧性钢，具有较高的冲击韧性和高的疲劳：属于高韧性钢，具有较高的冲击韧性和高的疲劳强度，淬透性较高，有一定的回火稳定性和高温强度，具有良好的强度，淬透性较高，有一定的回火稳定性和高温强度，具有良好的导热性和抗氧化性，能在导热性和抗氧化性，能在500500600600的条件下工作，加工性能好。的条件下工作，加工性能好。但相对于其它热作模具钢，耐热性能低。典型材料有锤锻模用的但相对于其它热作模具钢，耐热性能低。典型材料有锤锻模用的5C5CrNiMorNiMo、5CrMnMo5CrMnMo以及以及4CrMnSiMoV4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoV5Cr2NiMoV等。等。中耐热性钢中耐热性钢：具有中等耐热性，工作温度为：具有中等耐热性，工作温度为600600650650，最高可达，最高可达660660。钢的淬透性好，小于。钢的淬透性好，小于100mm100mm内的工件能空冷淬透，热处理内的工件能空冷淬透，热处理变形小。与变形小。与5CrNiMo5CrNiMo相比韧性大致相等而硬度、热硬性和耐磨性高相比韧性大致相等而硬度、热硬性和耐磨性高。这类材料综合性能好，在最佳热处理状态下可做到高强度、高硬。这类材料综合性能好，在最佳热处理状态下可做到高强度、高硬度、高韧性和高塑性的匹配。此类模具材料有：度、高韧性和高塑性的匹配。此类模具材料有：4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV、4Cr5W4Cr5W2SiV2SiV、4Cr5MoSiV14Cr5MoSiV1、4Cr4MoWSiV4Cr4MoWSiV等。等。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 1717 高耐热性钢：高耐热性钢：具有较高的高温强度和高温硬度，可在具有较高的高温强度和高温硬度，可在60600 0700700高温下工作。淬透性好，小于高温下工作。淬透性好，小于150mm150mm内的工内的工件空冷可淬透，并具有二次硬化，回火抗力高，高耐磨件空冷可淬透，并具有二次硬化，回火抗力高，高耐磨、高抗疲劳。此类模具材料有、高抗疲劳。此类模具材料有3Cr2W8V3Cr2W8V、4Cr3Mo3W2V4Cr3Mo3W2V、5 5Cr4Mo2W2VSiCr4Mo2W2VSi和和5Cr4W5Mo2V5Cr4W5Mo2V等。等。特殊用途热作模具钢：特殊用途热作模具钢：主要包括超高强度钢、高速工具主要包括超高强度钢、高速工具钢、马氏体时效钢、耐热不锈钢、耐热合金等，用它们钢、马氏体时效钢、耐热不锈钢、耐热合金等，用它们制造模具可满足热加工新工艺对材料性能的要求，并可制造模具可满足热加工新工艺对材料性能的要求，并可大大提高模具寿命。大大提高模具寿命。此外，国内外用作热作模具钢的材料还有此外，国内外用作热作模具钢的材料还有H10H10（4Cr5Mo24Cr5Mo2MnVSiMnVSi）、）、H13H13（4Cr5MoSiV14Cr5MoSiV1）、）、HM1HM1（35Cr3Mo3W2V35Cr3Mo3W2V）、）、HM3HM3（25Cr3Mo3VNb25Cr3Mo3VNb）、）、RM2RM2（5Cr4W5Mo2V5Cr4W5Mo2V）、）、GRGR（4Cr3M4Cr3Mo3W4VTiNbo3W4VTiNb）、）、TMTM（4Cr2Mo2VMnW4Cr2Mo2VMnW）、）、HDHD（4Cr3Mo2NiVNb4Cr3Mo2NiVNb）等钢以及）等钢以及H10H10改进型钢改进型钢ER8ER8和用于和用于高速锤锻模的无铬镍高速锤锻模的无铬镍模模具钢具钢4SiMnW3MoVN4SiMnW3MoVN。2 2）热作模具钢）热作模具钢材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 1818 3 3）塑料模具钢）塑料模具钢一般要求具有一定的力学强度、一定的抗热性、较高的耐一般要求具有一定的力学强度、一定的抗热性、较高的耐蚀性、较高的硬度，良好的机械加工性能和热加工性能。蚀性、较高的硬度，良好的机械加工性能和热加工性能。渗碳钢：渗碳钢：碳的质量分数为碳的质量分数为0.1%0.1%0.2%0.2%，硬度低、加工性能硬度低、加工性能良好，良好，可采用冷压成形方法制造模具。通过表面渗碳处理可采用冷压成形方法制造模具。通过表面渗碳处理淬火可获得表层高硬度、高耐磨及抛光性能好、表层强度淬火可获得表层高硬度、高耐磨及抛光性能好、表层强度高而内层韧性好的性能。常用碳素钢高而内层韧性好的性能。常用碳素钢1010、2020号钢和号钢和20Cr20Cr、1 12CrNi32CrNi3、12Cr2Ni412Cr2Ni4、20Cr2Ni420Cr2Ni4等合金渗碳钢制造表面要求等合金渗碳钢制造表面要求高硬度、耐磨性好的塑料模具及配件。高硬度、耐磨性好的塑料模具及配件。调质钢：调质钢：调质后一般不再进行其他热处理调质后一般不再进行其他热处理，如硬度不够，如硬度不够，可再进行进一步表面强化，如渗氮、碳氮共渗等。碳素钢可再进行进一步表面强化，如渗氮、碳氮共渗等。碳素钢4 45 5、5050、5555钢价廉、加工性能好、淬透性差。合金调质钢钢价廉、加工性能好、淬透性差。合金调质钢4040CrCr、4Cr3MoSiV4Cr3MoSiV、4Cr5MnSiV4Cr5MnSiV、4Cr5MoSiV14Cr5MoSiV1等淬透性好，热等淬透性好，热处理方便，强韧性好、耐磨，加工性能好。多用于处理方便，强韧性好、耐磨，加工性能好。多用于软质塑软质塑料成型模，料成型模，如注射、挤压等塑料模。如注射、挤压等塑料模。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 1919 冷作模具钢：冷作模具钢：包括碳素工具钢、高碳第合金钢、高耐磨包括碳素工具钢、高碳第合金钢、高耐磨钢等，由于热处理后可获得高硬度和高耐磨性，常用来钢等，由于热处理后可获得高硬度和高耐磨性，常用来制造制造热固性塑料模具或要求耐磨性较高的热塑性塑料模热固性塑料模具或要求耐磨性较高的热塑性塑料模具具。耐蚀钢：耐蚀钢：具有一定的硬度、强度和耐磨性，同时具有良具有一定的硬度、强度和耐磨性，同时具有良好的抗蚀性能，用于具有腐蚀介质析出的塑料加工模具好的抗蚀性能，用于具有腐蚀介质析出的塑料加工模具。如。如4Cr134Cr13、9Cr89Cr8、Cr18MoVCr18MoV等材料可用于制造生产聚氯等材料可用于制造生产聚氯乙烯或聚苯乙烯塑料件的模具。乙烯或聚苯乙烯塑料件的模具。马氏体钢：马氏体钢：具有很高的强度，良好的韧性；热胀系数小具有很高的强度，良好的韧性；热胀系数小，抗疲劳性能高，切削加工性能好，可进行时效处理提，抗疲劳性能高，切削加工性能好，可进行时效处理提高硬度，热处理变形小，表面还可渗氮处理等，常用于高硬度，热处理变形小，表面还可渗氮处理等，常用于要求要求高精度、耐磨、型腔复杂的塑料模具材料高精度、耐磨、型腔复杂的塑料模具材料。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 2020 4 4）铸铁）铸铁 铸铁作为制造模具的主要材料之一，常常铸铁作为制造模具的主要材料之一，常常制作各类制作各类冲压模冲压模、塑料模结构中的、塑料模结构中的模板、模板、模座、模柄、底板定位板、支架等模具辅模座、模柄、底板定位板、支架等模具辅助零件，助零件，并且铸铁也是玻璃成型模具的主并且铸铁也是玻璃成型模具的主要材料。通常采用的铸铁牌号为要材料。通常采用的铸铁牌号为HT200HT200和和HTHT250250，其它还有球墨铸铁、耐热铸铁、低合，其它还有球墨铸铁、耐热铸铁、低合金铸铁等。金铸铁等。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 2121 5 5）硬质合金和钢结硬质合金）硬质合金和钢结硬质合金硬质合金硬质合金是以是以难熔金属碳化物（难熔金属碳化物（WCWC、TiCTiC）作硬质相，以铁族）作硬质相，以铁族金属（金属（CoCo和和NiNi）作粘结相，用粉末冶金方法生产的一种多相组）作粘结相，用粉末冶金方法生产的一种多相组合材料，常用的有钨钴（合材料，常用的有钨钴（YGYG）、钨钴钛（）、钨钴钛（YTYT）和万能硬质合金）和万能硬质合金（YWYW）三类。其硬度远高于各种模具钢，有很高的耐磨性，耐三类。其硬度远高于各种模具钢，有很高的耐磨性，耐高温，热稳定性强；强度高，刚性大，热胀率小、导热率低；高温，热稳定性强；强度高，刚性大，热胀率小、导热率低；耐蚀耐氧化；不需要进行热处理等。常用于制造高速冲模、多耐蚀耐氧化；不需要进行热处理等。常用于制造高速冲模、多工位级进模、冷挤压模、热挤压模、冷镦模等。但其缺点是韧工位级进模、冷挤压模、热挤压模、冷镦模等。但其缺点是韧性差，加工困难，模具成本高。性差，加工困难，模具成本高。钢结硬质合金钢结硬质合金是以是以合金钢为基体，以难熔金属碳化物（合金钢为基体，以难熔金属碳化物（WCWC、TiTiC C）作硬质相，用粉末冶金工艺过程生产的一种新型工模具钢）作硬质相，用粉末冶金工艺过程生产的一种新型工模具钢。该钢可进行锻造、机械加工、热处理等，热处理变形小，淬。该钢可进行锻造、机械加工、热处理等，热处理变形小，淬火后具有硬质合金的硬度及良好的耐磨性和刚性，在工业上越火后具有硬质合金的硬度及良好的耐磨性和刚性，在工业上越来越广泛应用。目前已成功用于制造冷镦模、冷挤压模、拉深来越广泛应用。目前已成功用于制造冷镦模、冷挤压模、拉深模、拉丝模、热镦模、热及模、粉末冶金模和陶瓷模。模、拉丝模、热镦模、热及模、粉末冶金模和陶瓷模。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 2222 7.3.2 7.3.2 模具寿命模具寿命模具寿命模具寿命是指是指模具在保证产品零件品质的前提下，所能模具在保证产品零件品质的前提下，所能加工的制件的总数量，它包括工作面的多次修磨和易损加工的制件的总数量，它包括工作面的多次修磨和易损件更换后的寿命。件更换后的寿命。即在不发生事故的情况下，模具的自即在不发生事故的情况下，模具的自然寿命。然寿命。模具寿命工作面的一次寿命模具寿命工作面的一次寿命修磨次数修磨次数易损件的更易损件的更换次数。换次数。一般在模具设计阶段就应明确该模具所适用的一般在模具设计阶段就应明确该模具所适用的生产批量生产批量、类型或者模具生产制件的总次数，即模具的设计寿命、类型或者模具生产制件的总次数，即模具的设计寿命。模具寿命与模具寿命与模具类型和结构模具类型和结构有关，它是一定时期内对模有关，它是一定时期内对模具材料技术、模具设计与制造技术、模具热处理技术以具材料技术、模具设计与制造技术、模具热处理技术以及模具使用维护水平的综合反映。及模具使用维护水平的综合反映。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 2323 7.3.2.17.3.2.1模具的失效形式模具的失效形式所谓所谓模具失效模具失效是指是指模具受到损坏，不能通过修复而继续模具受到损坏，不能通过修复而继续服役。服役。它与模具损伤是完全不同的概念，模具损伤是指它与模具损伤是完全不同的概念，模具损伤是指模具在使用过程中，出现尺寸变化或微裂纹，但模具还模具在使用过程中，出现尺寸变化或微裂纹，但模具还未丧失服役能力。广义上讲，未丧失服役能力。广义上讲，模具的失效是指一套模具模具的失效是指一套模具完全不能再用，而在实际生产中主要指模具的工作零件完全不能再用，而在实际生产中主要指模具的工作零件不能修复再用。不能修复再用。模具类型不同、生产的产品不同，失效的形式也不同。模具类型不同、生产的产品不同，失效的形式也不同。如锻模会因锻件尺寸不符合要求或锻模破裂而失效，而如锻模会因锻件尺寸不符合要求或锻模破裂而失效，而塑料件表面要求很光的塑料模，会因模具表面粗糙度变塑料件表面要求很光的塑料模，会因模具表面粗糙度变大而失效。冷作模具容易产生脆断而不出现冷热疲劳失大而失效。冷作模具容易产生脆断而不出现冷热疲劳失效，热作模具容易产生冷热疲劳、裂纹及变形，冷、热效，热作模具容易产生冷热疲劳、裂纹及变形，冷、热模具都可能因磨损而失效。模具都可能因磨损而失效。模具失效的类型可分为模具失效的类型可分为早期失效和正常实效早期失效和正常实效。材材料料科科学学与与工工程程学学院院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r i n g Page Page 2424 模具的基本