模具制造工艺讲解

1、 复习复习 Review 模具制造工艺模具制造工艺 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采用模具成形零件的技术代替 传统的切削加工技术，可以传统的切削加工技术，可以提高生产效率、保证零件品质、节约材料提高生产效率、保

2、证零件品质、节约材料 、降低生产成本，取得很高的经济效益、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，它对于保业上进行成批或大批生产的主要技术手段，它对于保证制品品质，缩证制品品质，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。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 利用模具成形和利用

3、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具生产出的制件具有精度高、形状复杂、尺寸一致性好、材料利用率精度高、形状复杂、尺寸一致性好、材料利用率 高、生产效率高、能耗低高、生产效率高、能耗低等优点。是其它加工制造方法不能比拟的。等优点。是其它加工制造方法不能比拟的。 模具的基本结构与组成模具的基本结构与组成 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。

4、件冲模、硬质合金冲模等。 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、发泡包括注射模、压缩模、挤塑模、吹塑模、发泡 模等。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。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

5、模具、通用模具和经济模具 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 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：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成形零件的相对关系合理( (或间

6、隙均匀或间隙均匀) )，能准确对合，保证坯料，能准确对合，保证坯料 有一个正确的加工位置。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；也是与设备连接的接口部分。和调试；也是与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。靠工作，方便制件的取出，可

7、靠的进行手工或自动送、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。 模具的驱动及模具与设备的连接模具的驱动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，其运动和动力是由成形设备的动力和传动机构驱动和 提供的。作提供的。作为模具的运动形式也与成形工艺过程有关，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：模具运动部分的运动形式在各类模具中有以下

8、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。 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，以驱动传提供动力和旋转运动，以驱动传 动

9、机构，并通过滑块等和模具运动部分相连，驱动模具动机构，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定向运动，并传递动力给模具作用于材料进行成形加工 。如各类。如各类曲柄压力机、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，使模具力，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 施加压力进行成形加工。如各类施

10、加压力进行成形加工。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。 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

11、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

12、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。 模具的通用技术要求模具的通用技术要求 模

13、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

14、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

15、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 模具材料与模具寿命模具材料与模具寿命 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：类别可分为：冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具 材料、其它模具材料材料、其它模具材料。按材料的类别可分为：。按材料的类别可分为：钢铁材料钢铁材料 、非铁金属材料和非金属材料。、非铁金属材料和非金属材料

16、。 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，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。精度要求高，并且要求具有一定的使用寿命。 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一定的硬度和耐磨性，才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

17、料具有良好的要求模具材料具有良好的 塑性，提高其塑性，提高其抗脆断能力抗脆断能力；要求具有高强度、高韧性和；要求具有高强度、高韧性和 高的高的抗疲劳强度抗疲劳强度，满足模具在工作时能，满足模具在工作时能承受高压和冲击承受高压和冲击 循环载荷。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高温作用或直接 在高温工作在高温工作。冷作模具（冷挤压模）在强烈摩擦时，局。冷作模具（冷挤压模）在强烈摩擦时，局 部的温升可达部的温升可达400400以上，热作模具的温升更高，锻模以上，热作模具的温升更高，锻模 可达可达500500600600，热挤压模具可达，热挤压模

18、具可达800800850850，压铸模，压铸模 达达30030010001000。这就要求模具具备一定的抗热性能。这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等。疲劳抗力和抗粘着性等。 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、锻造性铸造性能、锻造性 能和焊接性能。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、研磨切削、抛光、研磨 等性能。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淬透性

19、和淬硬性 ，要求热处理变形小，淬火温度范围宽，要求热处理变形小，淬火温度范围宽， 过热敏感性低。过热敏感性低。 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件，失效形式，寿命要求，可靠性等提出材料的强度、强度、 硬度、塑性、韧性等指标，提出时要考虑尺寸效应及主硬度、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。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制造工艺过程 应具

20、有良好的加工性能。应具有良好的加工性能。 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。，尽量在国内解决，少进口，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价 格低的材料。格低的材料。 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、工作温包括承载大小和性质、工作温 度、腐蚀情况等，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

21、塑性变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。形失效、磨损失效还是断裂失效等。 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、形状复杂分清产品材质、形状复杂 程度、生产批量大小、品质高低等。程度、生产批量大小、品质高低等。 4 4）模具自身结构）模具自身结构 模具的大小、形状、模具的不同模具的大小、形状、模具的不同 组件和不同部位等。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、热加工、冷加工、特种加工、 热处理、表面处理等。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大

22、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。也可采用低级材料进行强化处理。盖件冲压模具。也可采用低级材料进行强化处理。 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

23、要有，主要有T7T7、T7AT7A、T8T8、T8AT8A、T10T10、T10AT10A、 T12T12、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、9SiC

24、r9SiCr、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、 Cr5Mo1VCr5Mo1V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

25、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。 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

26、，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。

27、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 5CrNiMo5CrNiMo、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

28、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、 4Cr5W2SiV4Cr5W2SiV、4Cr5MoSiV14Cr5MoSiV1、4Cr4MoWSiV4Cr4MoWSiV等。等。 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 600600700700高温下工作。淬透性好，小于高温下工作

29、。淬透性好，小于150mm150mm内的内的 工件空冷可淬透，并具有二次硬化，回火抗力高，高耐工件空冷可淬透，并具有二次硬化，回火抗力高，高耐 磨、高抗疲劳。此类模具材料有磨、高抗疲劳。此类模具材料有3Cr2W8V3Cr2W8V、4Cr3Mo3W2V4Cr3Mo3W2V 、5Cr4Mo2W2VSi5Cr4Mo2W2VSi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

30、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（ 4Cr5Mo2MnVSi4Cr5Mo2MnVSi）、）、H13H13（4Cr5MoSiV14Cr5MoSiV1）、）、HM1HM1（ 35Cr3Mo3W2V35Cr3Mo3W2V）、）、HM3HM3（25Cr3Mo3VNb25Cr3Mo3VNb）、）、RM2RM2（ 5Cr4W5Mo2V5Cr4W5Mo2V）、）、GRGR（4Cr3Mo3W4VTiNb4Cr3Mo3W4VTiNb）、）、TMTM（ 4

31、Cr2Mo2VMnW4Cr2Mo2VMnW）、）、HDHD（4Cr3Mo2NiVNb4Cr3Mo2NiVNb）等钢以及）等钢以及H10H10改进改进 型钢型钢ER8ER8和用于和用于高速锤锻模的无铬镍模高速锤锻模的无铬镍模具钢具钢4SiMnW3MoVN4SiMnW3MoVN 。 热作模具钢热作模具钢 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.

32、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、 12CrNi312CrNi3、12Cr2Ni412Cr2Ni4、20Cr2Ni420Cr2Ni4等合金渗碳钢制造表面要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。求高硬度、耐磨性好的塑料模具及配件。 调质钢：调质钢：调质后一般

33、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 4545、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 40Cr40Cr、4Cr3MoSiV4Cr3MoSiV、4Cr5MnSiV4Cr5MnSiV、4Cr5MoSiV14Cr5MoSiV1等淬透性好，等淬透性好， 热处理方便，强韧性好、耐磨，加工性能好。多用于热处理方便，强韧性好、耐磨，加工性能好。多用于软质软质 塑料成型模，塑料成型模，如注射、挤压等塑料模。如注射

34、、挤压等塑料模。 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

35、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。 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

36、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 HT250HT250，其它还有球墨铸铁、耐热铸铁、低，其它还有球墨铸铁、耐热铸铁、低 合金铸铁等。合金铸铁等。 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

37、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

38、。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、 TiCTiC）作硬质相，用粉末冶金工艺过程生产的一种新型工模具）作硬质相，用粉末冶金工艺过程生产的一种新型工模具 钢钢。该钢可进行锻造、机械加工、热处理等，热处理变形小，。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 越来越广泛应用。目前已成功用于制造冷镦模、冷挤压模、拉越来越广泛应用。目前已成功用于

39、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。深模、拉丝模、热镦模、热及模、粉末冶金模和陶瓷模。 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

40、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。 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

41、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

42、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。 模具的基本失效形式有磨损、断裂及开裂、疲劳及冷热模具的基本失效形式有磨损、断裂及开裂、疲劳及冷热 疲劳、变形、腐蚀。疲劳、变形、腐蚀。 a）折断 b）劈裂 c）崩块 d）龟裂 e）热裂 f）镦粗变形 磨损失效磨

43、损失效 模具在工作过程中，与成形坯料接触，产生相模具在工作过程中，与成形坯料接触，产生相 对运动，造成对运动，造成磨损磨损。当这种。当这种磨损使模具的尺寸磨损使模具的尺寸 发生变化或改变了模具的表面状态使之不能继发生变化或改变了模具的表面状态使之不能继 续服役时续服役时，称为模具的，称为模具的磨损失效磨损失效。磨损失效按。磨损失效按 磨损的机理又可分为以下几种。磨损的机理又可分为以下几种。 （1 1）磨粒磨损）磨粒磨损 （2 2）粘着磨损）粘着磨损 （3 3）疲劳磨损）疲劳磨损 （4 4）气蚀磨损和冲蚀磨损）气蚀磨损和冲蚀磨损 （5 5）腐蚀磨损）腐蚀磨损 断裂失效断裂失效 模具出现大裂纹或分

44、离为两部分或数个部分，丧失服役模具出现大裂纹或分离为两部分或数个部分，丧失服役 能力时能力时，称为，称为断裂失效断裂失效。对模具来说断裂是最严重的失。对模具来说断裂是最严重的失 效形式，它是效形式，它是各种因素产生的裂纹扩展的归宿各种因素产生的裂纹扩展的归宿。若按断。若按断 裂性质可分为裂性质可分为塑性断裂、脆性断裂塑性断裂、脆性断裂；若按断裂路径可分；若按断裂路径可分 为为穿晶断裂、沿晶断裂和混晶断裂穿晶断裂、沿晶断裂和混晶断裂；若按断裂机理可分；若按断裂机理可分 为为一次性断裂和疲劳断裂。一次性断裂和疲劳断裂。 脆性断裂脆性断裂是指是指断裂时不发生或发生较小的宏观塑性变形断裂时不发生或发生

45、较小的宏观塑性变形 的断裂。的断裂。 一次性断裂一次性断裂是指在是指在承受很大变形力或冲击载荷的作用下承受很大变形力或冲击载荷的作用下 ，裂纹产生并迅速扩展造成的断裂，断口为结晶状。，裂纹产生并迅速扩展造成的断裂，断口为结晶状。 疲劳断裂疲劳断裂是指是指在较低的应力下，经多次使用，裂纹缓慢在较低的应力下，经多次使用，裂纹缓慢 扩展后发生的断裂，断口为纤维状。扩展后发生的断裂，断口为纤维状。 塑性变形失效塑性变形失效 c c）弯曲）弯曲 a a）塌陷）塌陷 b b）镦粗）镦粗 模具在使用过程中，发生塑性变形，改变了零件的几何形模具在使用过程中，发生塑性变形，改变了零件的几何形 状或尺寸，而不能修

46、复再服役时状或尺寸，而不能修复再服役时称为称为塑性变形失效。塑性变形失效。 影响模具寿命的因素影响模具寿命的因素 1 1）模具结构的影响）模具结构的影响 a）整体式凹模 b）凹模早期断裂 c）组合式凹模 模具圆角模具圆角 模具圆角半径 圆角半径对模具寿命的影响 几何形状几何形状 凸端型 b）尖端型 c）平端型 模具零件的电火花加工模具零件的电火花加工 电火花加工电火花加工是指是指在一定介质中，通过工具电极和工件电在一定介质中，通过工具电极和工件电 极之间脉冲放电时的电腐蚀作用而去除材料的一种工艺极之间脉冲放电时的电腐蚀作用而去除材料的一种工艺 方法。可以加工各种高熔点、高硬度、高强度、高纯度方

47、法。可以加工各种高熔点、高硬度、高强度、高纯度 、高韧性的材料。、高韧性的材料。 图10电火花成形加工原理图 1-脉冲电源 2-电极 3-工件 4-工作液 实现电火花加工的基本条件实现电火花加工的基本条件 （1 1）脉冲电源：）脉冲电源：必须具有必须具有波形为单向的脉冲电源，波形为单向的脉冲电源，脉冲宽度脉冲宽度 小于小于1010-3 -3s s，放电时产生的热量来不及传散到材料内部，保证 ，放电时产生的热量来不及传散到材料内部，保证 良好的加工精度和表面品质。同时，先后两次放电之间，必须良好的加工精度和表面品质。同时，先后两次放电之间，必须 要有足够的停歇时间使极间介电液充分消电离，恢复其介

48、电性要有足够的停歇时间使极间介电液充分消电离，恢复其介电性 能，保证每次脉冲放电不在同一点重复进行，避免发生局部烧能，保证每次脉冲放电不在同一点重复进行，避免发生局部烧 伤现象。伤现象。 （2 2）足够的放电能量：）足够的放电能量：保证在脉冲放电点有足够的放电强度保证在脉冲放电点有足够的放电强度 使使局部金属熔化和气化。局部金属熔化和气化。 （3 3）放电间隙：）放电间隙：电极与工件之间必须始终电极与工件之间必须始终维持一定的间隙。维持一定的间隙。 间隙与工作介质、加工电压有关，一般为间隙与工作介质、加工电压有关，一般为0.010.010.1mm0.1mm。 （4 4）绝缘介质：）绝缘介质：为

49、了使脉冲放电能重复进行，极间必须充有为了使脉冲放电能重复进行，极间必须充有 绝缘介质，同时，绝缘介质还有绝缘介质，同时，绝缘介质还有排出放电间隙中的电蚀物和冷排出放电间隙中的电蚀物和冷 却电极的作用，却电极的作用，常用的绝缘介质有煤油、皂化液、水基液等。常用的绝缘介质有煤油、皂化液、水基液等。 电火花成形加工的特点电火花成形加工的特点 （1 1）由于脉冲放电的能量密度很高，可加工用切削方）由于脉冲放电的能量密度很高，可加工用切削方 法难以加工或无法加工的法难以加工或无法加工的高熔点、高硬度、高强度、高高熔点、高硬度、高强度、高 韧性、脆性大的材料以及形状复杂的零件，从而扩大了韧性、脆性大的材料

50、以及形状复杂的零件，从而扩大了 模具材料的选用范围。模具材料的选用范围。 （2 2）加工时，工件与电极不接触，二者之间不存在明）加工时，工件与电极不接触，二者之间不存在明 显的作用力，不受刚度和强度影响，电极材料也不需要显的作用力，不受刚度和强度影响，电极材料也不需要 比工件材料硬度高。这不仅有助于比工件材料硬度高。这不仅有助于电极的制造，而且也电极的制造，而且也 有利于加工包括小孔、窄槽在内的各种型孔、立体曲面有利于加工包括小孔、窄槽在内的各种型孔、立体曲面 及复杂形状，能一次加工完成；尺寸小至几微米，大至及复杂形状，能一次加工完成；尺寸小至几微米，大至 几米。几米。 电火花成形加工的特点电

51、火花成形加工的特点 （3 3）电火花加工时，脉冲）电火花加工时，脉冲放电时间短，热量传散放电时间短，热量传散 范围小，工件上的热影响区也小。范围小，工件上的热影响区也小。 （4 4）脉冲参数可调，在同一台机床上可连续进行脉冲参数可调，在同一台机床上可连续进行 粗、中、精及精微加工，粗、中、精及精微加工，精加工时精度可达小于精加工时精度可达小于 0.01mm0.01mm、表面粗糙度、表面粗糙度R Ra0.63a0.631.25m1.25m，精微加，精微加 工时精度可达工时精度可达0.0020.0020.004mm0.004mm、表面粗糙度、表面粗糙度 R Ra0.04a0.040.16m0.16

52、m。 （5 5）直接利用电能加工，便于实现自动化。）直接利用电能加工，便于实现自动化。 （6 6）加工速度慢、效率低，需要制作电极，加工）加工速度慢、效率低，需要制作电极，加工 准备时间长，并存在电极损耗准备时间长，并存在电极损耗 电火花线切割加工电火花线切割加工 电火花线切割加工原理与电火花成形加工原理相同，都电火花线切割加工原理与电火花成形加工原理相同，都 是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理。所不同的是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理。所不同的 是是电火花线切割加工不需要制作复杂的成形电极，而是电火花线切割加工不需要制作复杂的成形电极，而是 用不断移动的电极丝作为工具，工件则按预定

53、的轨迹进用不断移动的电极丝作为工具，工件则按预定的轨迹进 行运动而切割出所需的复杂零件形状。行运动而切割出所需的复杂零件形状。 电火花线切割加工的特点：电火花线切割加工的特点： （1 1）不需要制造专用的电极，可）不需要制造专用的电极，可降低模具成本，缩短生产周降低模具成本，缩短生产周 期期 （2 2）能用很细的丝电极）能用很细的丝电极加工出复杂形状的工件、细小通孔、加工出复杂形状的工件、细小通孔、 窄缝和外表面等。窄缝和外表面等。 （3 3）加工过程中，电极损耗小（可忽略不计），可获得较高）加工过程中，电极损耗小（可忽略不计），可获得较高 的加工精度。的加工精度。 （4 4）由于丝电极直径很

54、小，）由于丝电极直径很小，蚀除金属量少蚀除金属量少，对贵重金属的加，对贵重金属的加 工更具意义。工更具意义。 （5 5）自动化程度高，操作简便自动化程度高，操作简便。 （6 6）脉冲电源的加工电流较小，脉冲宽度较窄，属）脉冲电源的加工电流较小，脉冲宽度较窄，属中、精加中、精加 工范畴。工范畴。电火花线切割加工基本是电火花线切割加工基本是一次加工成型一次加工成型，一般不要中，一般不要中 途转换规准。途转换规准。 （7 7）只能加工以直线为母线的曲面而）只能加工以直线为母线的曲面而不能加工空间曲面不能加工空间曲面。 其它模具技术其它模具技术 模具的超声波加工模具的超声波加工 利用工具端面作超声频振

55、动，并通过悬浮液中的磨料加利用工具端面作超声频振动，并通过悬浮液中的磨料加 工工件的方法工工件的方法叫叫超声波加工。超声波加工。 （1 1）适于加工各种硬质材料，特别是一些不导电的非）适于加工各种硬质材料，特别是一些不导电的非 金属材料，扩大了模具材料的选材范围。金属材料，扩大了模具材料的选材范围。 （2 2）工具可用较软的材料做成较复杂的形状来加工型）工具可用较软的材料做成较复杂的形状来加工型 面和型腔，不需要工具相对于工件作复杂的运动，面和型腔，不需要工具相对于工件作复杂的运动，机床结机床结 构简单，操作方便，构简单，操作方便， （3 3）由于去除加工材料是靠细微磨粒的瞬时撞击作用，）由于

56、去除加工材料是靠细微磨粒的瞬时撞击作用， 故工件表面的宏观作用力很小，不会引起变形和烧伤，故工件表面的宏观作用力很小，不会引起变形和烧伤，表表 面粗糙度也较好（面粗糙度也较好（R Ra a为为1 10.1m0.1m），加工精度达），加工精度达0.010.010.0. 02mm02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚性工件。，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚性工件。 模具的激光加工模具的激光加工 （1 1）不需要加工工具，不存在工具损耗问题，）不需要加工工具，不存在工具损耗问题， 很适于自动化连续加工。很适于自动化连续加工。 （2 2）激光的功率密度很高，几乎能加工所有的）激光的功率密度很高，几乎能加

57、工所有的 材料。材料。 （3 3）加工速度快，效率高，热影响区小。）加工速度快，效率高，热影响区小。 （4 4）适于加工深而小的微孔、窄缝，尺寸可小）适于加工深而小的微孔、窄缝，尺寸可小 到微米级。到微米级。 （5 5）可以透过光学透明材料对工件进行加工，）可以透过光学透明材料对工件进行加工， 特别适合有特殊要求环境下的加工。特别适合有特殊要求环境下的加工。 模具的电解加工模具的电解加工 （1 1）电解加工与被加工材料的硬度、强度、韧性等无）电解加工与被加工材料的硬度、强度、韧性等无 关，可加工任何金属材料关，可加工任何金属材料。常用于加工高温合金、钛合。常用于加工高温合金、钛合 金、硬质合金

58、等难切削加工的材料。金、硬质合金等难切削加工的材料。 （2 2）能以简单的直线进给运动，）能以简单的直线进给运动，一次加工出复杂的型一次加工出复杂的型 腔、型孔等。腔、型孔等。 （3 3）生产效率高，）生产效率高，约为电火花加工的约为电火花加工的5 51010倍，生产效倍，生产效 率不受加工精度和表面粗糙度的影响。率不受加工精度和表面粗糙度的影响。 （4 4）表面品质好，无毛刺和变质层。）表面品质好，无毛刺和变质层。表面粗糙度可达表面粗糙度可达 R Ra1.25a1.250.2m0.2m；加工精度约为；加工精度约为0.1mm0.1mm。 （5 5）加工过程中阴极电极在理论上不会损耗，）加工过程

59、中阴极电极在理论上不会损耗，可长期可长期 使用。使用。 （6 6）加工精度和加工稳定性偏低，加工不出棱角加工精度和加工稳定性偏低，加工不出棱角。设。设 备投资大，占地大，设备锈蚀严重，需要进行污染处理备投资大，占地大，设备锈蚀严重，需要进行污染处理 。 模具的电铸成形模具的电铸成形 电铸成形电铸成形是利用是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成电化学过程中的阴极沉积现象来进行成 形加工的，也就是在原模上通过电化学方法沉积金属，形加工的，也就是在原模上通过电化学方法沉积金属， 然后分离以制造或复制金属制品然后分离以制造或复制金属制品 （1 1）复制精度高。）复制精度高。 （2 2）重复精度高。）

60、重复精度高。 （3 3）原模的材料不一定是金属。）原模的材料不一定是金属。 （4 4）电铸模具有一定的抗拉强度和硬度，因此铸成之）电铸模具有一定的抗拉强度和硬度，因此铸成之 后不需要热处理。后不需要热处理。 （5 5）不需要特殊设备，操作简单。）不需要特殊设备，操作简单。 （6 6）电铸速度慢，生产周期长，尖角和凹槽部分铸层）电铸速度慢，生产周期长，尖角和凹槽部分铸层 不均匀，逐层具有一定的内应力，不均匀，逐层具有一定的内应力，不能承受冲击载荷。不能承受冲击载荷。 所以，电铸成形难于在大、中型模具制造中推广应用。所以，电铸成形难于在大、中型模具制造中推广应用。 模具模具CAD/CAE/CAMC