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1、第1章 模具的基本概念,学习目标,1理解模具的概念 2理解模具的功能和作用 3掌握模具的分类方式 4学会模具的制造特点 5了解模具零件的标准化情况 6了解常用模具材料的性能 7学会模具材料的选用 8学会常用模具材料的热处理方法 9学会模具材料的选用,1.1 模具的概念及分类,1.1.1 模具的概念及作用 1模具的概念 在工业生产中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属或非金属材料制成所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。用模具成形制造出来的零件通常称为“制件”。,2模具的功能和作用 模具在工业生产中使用极为广泛，采用模具生产零部件，具有高效、节材、成本低、保证质量等一系
2、列优点，是当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。 在工业生产中，产品的更新换代少不了模具。试制新产品，少不了模具，如果模具供应不及时，很可能造成停产；如果,模具精度不高，产品质量就得不到保证；如果模具结构及生产工艺落后，产品产量就难以提高。许多现代工业生产的发展和技术水平的高低，直接影响到工业产品的发展。模具是发展和实现切削技术不可缺少的工具，也是工业生产中应用极为广泛的主要工艺装备。,1.1.2 模具的种类及制造特点 1模具的分类 在工业生产中，模具的用途广泛、种类繁多，常见的分类方式有：按模具结构形式分为冲模、塑料模具、锻模和压铸模等。冲模又分为单工序模、复合模、级进模等；塑料模具可分为单
3、分型面注射模和双分型面注射型等。按模具使用对象可分,为电工模、汽车模、机壳模、玩具模等。按工艺性质划分，冲模分为冲孔模、落料模、拉深模、弯曲模。塑料模具分为压缩模、压注模、注射模、挤出模、吹塑模等。采用综合归纳法，将模具分为10大类，各大类按其使用对象、材料、功能和模具制造方法，及工艺性质等，再分成若干小类和品种，如表1-1所示。,表1-1 模具分类及用途,续表,续表,2模具的制造特点,模具生产制造技术集中了机械加工的精华，即是机电结合加工，也离不开模具钳工的操作，其特点如下。 （1）模具生产的工艺特点。一套模具制出后，通过它可以生产出数十万件零件或制品。但是制造模具自身，只能是单件生产。,（
4、2）模具制造的特点。 模具制造对工人的技术等级要求较高。 模具生产周期一般较长，成本较高。 制造模具的过程中，同一工序的加工往往内容较多，因而生产效率较低。 模具在加工中，某些工作部分的位置和尺寸，应经过试验才能确定。 装配后，模具必须试模和调整。 模具生产是典型的单件生产，因此，生产工艺、管理方式、模具制造工艺等都有独特的适应性与规律。,1.2.1 模具标准化 1模具标准化的意义 （1）提高使用性能和质量。 （2）节约工时和原材料，缩短生产周期。 （3）现代化生产技术需要标准化。 （4）可有效降低生产成本，简化生产管理和减少企业库存，是提高企业经济、技术效益的有力措施和保证。,1.2 模具标
5、准化及标准件,2模具技术标准及依据 模具技术标准是模具企业必须遵守的行业或专业规范，也是一种社会规范。自1983年9月全国模具标准化技术委员会成立以来，其组织制订的国家标准和行业标准940项，300余标准号。一些使用量大、面广的模具基本上都制订了标准。,3模具技术标准分类及标准体系 模具技术标准共分4类：模具产品标准（含标准零、部件标准等）、模具工艺质量标准（含技术条件标准等）、模具基础标准（含名词术语标准等）和相关标准。 标准体系表是计划与规范性的文件。 模具体系表主要是计划或规划制订的标准项目及项目系列；是制订模具标准项目年度计划的依据。,模具体系表分4层。第1层：模具；第2层：模具类别（
6、10大类）、模具名称；第3层：每类模具须制订的标准类别，包括：基础标准、产品标准、工艺与质量标准、相关标准共4类标准的名称；第4层：在每类模具及其标准类别下，列出具体须制订的模具标准项目系列及其名称。,1.2.2 模具标准件 在标准化的基础上，使标准文件中规定的每项标准均成为社会产品和人的实践行为，即组织生产为标准件，并转化为工业产品，实现商品化，以供企业或用户选购使用。,标准件的生产须具备的条件。 （1）要有一定的生产规模，并能产生规模效益，其效益指标反映在质量和创利两方面。 （2）保证标准件稳定的质量，须采取措施保证标准件的使用互换性和稳定的可靠性，因此，标准件生产工艺管理须规范和科学，须
7、采用保证高精、高效的生产装备。 （3）销售服务须完善，其基本条件，在保证一定库存，使用户实现无库存管理，保证用户定量、定期获得供应。建立合作伙伴关系。,1.3 模具材料及热处理,1.3.1 常用模具材料 模具零件种类繁多，功能各异，故选用的材料品种也很多。随着新材料的不断问世，模具材料也不断更新。根据工作条件的不同，模具材料可分为金属在常温（冷态）下成形的材料，称为冷作模具钢；在加热状态下成形的材料，称为热作模具钢。目前模具所用材料有各种碳素工具钢、合金工具钢、铸铁、硬质合金等。,（1）碳素工具钢为高碳钢，含碳量为0.7%1.4%，主要牌号有T7、T7A、T8、T8A、T10、T12、T12A
8、等。这类钢切削性能良好，淬火后有较高的硬度和良好的耐磨性，但其淬透性差，淬火时须急冷，变形开裂倾向大，回火稳定性差，热硬性低。适用于制造尺寸小，形状简单的冷作模具。,（2）合金工具钢是在碳钢的基础上加入一种或几种合金元素冶炼而成的钢。常用合金工具钢有低合金工具钢与高合金工具钢。 （3）高速钢目前常用的有钨系高速钢（WC）W18Cr4V和钼系高速钢（MoC）W6Mo5 Cr4V2。高速钢具有良好的淬透性，在空气中即可淬硬，在600左右仍保持高硬度、高强度和良好的韧性、耐磨性。高速钢适用于制造冷挤压模、热挤压模。,（4）铸铁的主要特点是铸造性能好，容易成形，铸造工艺与设备简单。铸铁具有优良的减震性
9、、耐磨性和切削加工性。除灰铸铁可用在制造冲模的上、下模座外，还可以代替模具钢制造模具主要工作部分的受力零件。 （5）硬质合金是以金属碳化物做硬质相，以铁族金属作为粘结相，用粉末冶金方法生产的一种多相组合材料。,常用硬质合金有钨钴（YG）、钨钴钛（YT）和万能硬质合金（YW）3类。钨钴类强度较高，韧性好，钨钴钛类则具有较好的热硬性和抗氧化性。制造模具主要采用钨钴类硬质合金。随着含钴量的增加，硬质合金承受冲击载荷的能力逐渐提高，但硬度和耐磨性下降。因此，应根据模具的工作条件合理选用。硬质合金可用于制造高速冲模、冷热挤压模等。,（6）无磁模具钢是在强磁场中不被磁化，与磁性材料没有吸引力。主要用于制造
10、压制成形磁性材料和磁性塑料的模具，由于没有磁力，所以便于脱模。无磁模具钢具有稳定的奥氏体组织，其磁导率要求等于1.051.10（Gs/Oe），具有较高的硬度和耐磨性。,（7）新型模具钢具有较高的韧性、冲击韧度和断裂韧度，其高温强度、热稳定性及热疲劳性都较好的特点，可提高模具的寿命。常用国内外新型模具钢特点及应用，如表1-2所示；国内外合金工具钢牌号对照，如表1-3所示；K类与G类硬质合金牌号近似对照，如表1-4所示；碳素工具钢牌号近似对照如表1-5所示。,表1-2 新型模具钢,续表,1模具材料的一般性能要求 模具材料的性能包括力学性能、高温性能、表面性能、工艺性能及经济性能等。各种模具的工作条
11、件不同，对材料性能的要求也各有差异。 （1）对冷作模具要求具有较高的硬度和强度，以及良好的耐磨性，还要具有高的抗压强度和良好的韧性及耐疲劳性。,1.3.2 模具材料的选用,（2）对热作模具除要求具有一般常温性能外，还要具有良好的耐蚀性、回火稳定性、抗高温氧化性和耐热疲劳性，同时还要求具有较小的热膨胀系数和较好的导热性，模腔表面要有足够的硬度，而且既要有韧性，又要耐磨损。 （3）压铸模的工作条件恶劣，因此，一般要求具有较好的耐磨、耐热、抗压缩、抗氧化性能等。,2模具材料选用原则 （1）模具材料应满足模具的使用性能要求。 （2）模具材料应具有良好的工艺性能。 （3）模具材料要考虑经济性和市场性。
12、常用模具钢的性能和特点，见表1-6。,表1-6 常用模具钢的性能和特点,续表,热处理在模具制造中起着重要作用，无论模具的结构及类型、制作的材料和采用的成形方法如何，都需要用热处理使其获得较高的硬度和较好的耐磨性，及其他综合要求的力学性能。一般说来，模具的使用寿命及其制件的质量，在很大程度上取决于热处理。,1.3.3 模具热处理,1普通热处理 普通热处理包括退火、正火、淬火、回火等工艺过程。 2表面热处理 表面热处理主要是化学表面处理法，包括渗碳、渗氮、渗硼、多元共渗、离子注入等。 3采用新的热处理,为提高热处理质量，做到硬度合理、均匀、无氧化、无脱碳、消除微裂纹，避免模具的偶然失效，进一步挖掘
13、材料的潜力，从而提高模具的正常使用寿命，可采用一些新的热处理工艺，如组织预处理、真空热处理、冰冷处理、高温淬火+高温回火、低温淬火、表面强化等.,1.3.4 模具材料的检测,在模具零件进行粗加工之前，应对模具毛坯质量进行检测，检验毛坯的宏观缺陷、内部缺陷及退火硬度。对一些重要模具，还应对材料的材质进行检验，以防止不合格材料进入下道工序。模具工件经热处理后还应进行硬度检查、变形检查、外观检查、金相检查、力学性能检查等，确保热处理的质量。 表1-7为模具热处理检查内容及要求。,表1-7 模具热处理检查内容及要求,本章小结,模具具有高效、节材、成本低、保证质量等优点，是工业生产的重要手段和工艺发展方
14、向。 模具按结构形式分为冲模、塑料模具、锻模和压铸模等。 模具的制造特点是生产制造技术集中了机械加工的精华，即是机电结合加工，还要配合模具钳工的手工加工。,根据工作条件的不同，模具材料可分为冷作模具钢和热作模具钢及压铸模具钢。 模具材料的选用要综合考虑模具的工作条件、性能要求、材质、形状和结构。 模具的使用寿命及其制件的质量，在很大程度上取决于热处理的效果。,思考与练习,简答题 1简述模具的概念。 答:在工业生产中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属或非金属材料制成所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。,2简答模具的作用。 答:在工业生产中，产品的更新换代少不了模具。
15、试制新产品，少不了模具，如果模具供应不及时，很可能造成停产；如果模具精度不高，产品质量就得不到保证；如果模具结构及生产工艺落后，产品产量就难以提高。许多现代工业生产的发展和技术水平的高低，直接影响到工业产品的发展。,3简答模具的制造特点。 答:（1）模具生产的工艺特点。一套模具制出后，通过它可以生产出数十万件零件或制品。但是制造模具自身，只能是单件生产。 （2）模具制造的特点。 模具制造对工人的技术等级要求较高。, 模具生产周期一般较长，成本较高。 制造模具的过程中，同一工序的加工往往内容较多，因而生产效率较低。 模具在加工中，某些工作部分的位置和尺寸，应经过试验才能确定。 装配后，模具必须试
16、模和调整。 模具生产是典型的单件生产，因此，生产工艺、管理方式、模具制造工艺等都有独特的适应性与规律。,4简答模具材料的一般性能要求。 答：（1）对冷作模具要求具有较高的硬度和强度，以及良好的耐磨性，还要具有高的抗压强度和良好的韧性及耐疲劳性。 （2）对热作模具除要求具有一般常温性能外，还要具有良好的耐蚀性、回火稳定性、抗高温氧化性和耐热疲劳性，同时还要求具有较小的热膨胀系数和较好的导热性，模腔表面要有足够的硬度，而且既要有韧性，又要耐磨损。 （3）压铸模的工作条件恶劣，因此，一般要求具有较好的耐磨、耐热、抗压缩、抗氧化性能等。,5简述模具材料选用原则。 答：（1）模具材料应满足模具的使用性能要求。 （2）模具材料应具有良好的工艺性能。 （3）模具材料要考虑经济性和市场性。,
