模具的加热、保温与冷却
锻造工艺过程及模具设计第3章锻造的加热
3.6.2 锻件的冷却规范
1．空冷 ：在空气中冷却，速度较快 。
2．坑（箱）冷：锻件锻后放到地坑 或铁箱中封闭冷却，或埋入坑中砂 子、石灰或炉渣内冷却。
3．炉冷：锻件锻后直接装入炉中按 一定的冷却规范缓慢冷却。
3.7 中小钢锻件的热处理
3.7.1 退火 退火是将钢加热到一定的温度，保温
1）反应是可逆反应，向右：氧化反应，向左：
还原反应。 2）加热时，与空气消耗系数有关。
空气消耗系数：又称空气过剩系数，是燃料燃 烧实际供给的空气量与理论计算空气量之比。 3）空气充足时，炉气呈氧化性，空气不足时， 炉 气呈还原性。 4）控制反应前后的生成物与反应物的浓度比。
炉气和被加热钢材的平衡图如下：
• 电热体材料：铁铬铝合金 镍铬合金 碳化硅元件 二硅化钼
图3.1 电阻炉原理图 1－电热体 2－坯料 3－变压器
●盐浴炉加热原理： 电流通过炉内电极产生
的热量把导电介质——盐熔 融，通过高温介质的对流与 传导将埋入介质中的金属加 热。 ●盐浴炉的分类：按照热源的 位置分外热式和内热式。 ●盐浴炉加热的优点：
、
辐射加热坯料。
燃料来源方便、加热炉修造容易、
加热费低、适应性强。
缺点：：劳动条件差，加热速度慢， 质量低、热效率低。
应用范围：大、中、小型坯料。
2 电加热 利用电能转换热能来加热坯料。
1）电阻加热 电阻加热与火焰加热原理相同，根据
发热元件的不同分为： 电阻炉加热、 盐浴炉加热、接触电
加热
• 电阻炉加热原理：利用电 流通过炉内的电热体产生 的能量，加热炉内的金属 坯料。原理如图3.1。
升温快、加热均匀，可 以实现 金属坯料整体或局 部的无氧化加热。 ●盐浴炉加热的缺点：
h13模具钢球化退火工艺曲线
h13模具钢球化退火工艺曲线H13模具钢是一种常用的工具钢，其具有良好的热强度和热稳定性，广泛应用于热压模具、挤压模具和冲压模具等领域。
然而，由于长期使用和高温工作环境的影响，H13模具钢会出现退火现象，使其力学性能和表面硬度降低，从而影响模具的使用寿命和加工质量。
因此，针对H13模具钢的退火工艺研究和优化，对于提高模具使用寿命和加工效率具有重要意义。
H13模具钢的退火工艺可以分为两个阶段，分别是加热和冷却。
在加热阶段，要控制加热温度和时间，以保证钢材均匀加热，并使其达到适当的退火温度。
在冷却阶段，要选择合适的冷却介质，以快速冷却并锁定钢材的组织结构。
下面将对H13模具钢球化退火工艺曲线进行详细介绍。
退火温度一般选择在760-870℃之间，退火时间根据钢材的厚度和尺寸来确定。
H13模具钢球化退火工艺曲线是一种控制加热和冷却过程的曲线，通常分为加热段、保温段和冷却段，具体如下所示：1. 加热段：将H13模具钢放入加热炉中，加热速度一般为30-50℃/h，直至达到退火温度。
加热速度不宜过快，以免出现温度梯度过大造成内部应力过大的问题，也不宜过慢，以免影响生产效率。
在加热段，应根据钢材的厚度和尺寸合理控制加热温度和时间，一般加热温度控制在760-870℃之间，加热时间根据钢材的厚度和尺寸来确定。
2. 保温段：将H13模具钢保温在退火温度下，保持一定的时间。
保温时间一般取决于钢材的厚度和尺寸，一般为1-2小时。
保温段的目的是使钢材逐渐达到均匀的退火温度，并保持一定时间，使钢材的组织结构得以改善和稳定。
3. 冷却段：将H13模具钢从加热炉中取出，放入冷却介质中快速冷却，一般可选择水、空气或油等冷却介质。
冷却速度要适中，既要保证快速冷却，又要避免冷却过快引起组织结构的改变。
冷却介质的选择要根据钢材的性能要求和使用环境来确定。
H13模具钢球化退火的目的是通过控制加热温度、时间和冷却速度等工艺参数，使钢材的组织结构得到改善和稳定，达到提高强度和硬度，提高抗冲击性和耐磨性等性能的目的。
模锻成形工序分析
模锻成形工序分析模锻成形是一种将金属坯料加热至一定温度，然后在模具中施加压力使其在一定形状下完成塑性变形的金属加工方法。
模锻成形主要用于制造高负荷、高强度和高精度要求的机械零件，常应用于汽车、航空航天、船舶等重工业领域。
以下是对模锻成形工序的详细分析。
一、模锻成形的工作原理模锻成形的基本原理是在模具中施加压力使金属坯料在一定的形状下发生塑性变形，从而得到所需的零件。
具体步骤如下：1.准备工作：选取适当的金属坯料和模具，将金属坯料放入加热炉中进行加热。
2.加热：加热炉中的温度要根据不同的金属材料和所需零件的要求进行调整，一般情况下，金属坯料的温度应达到其热塑性变形温度。
3.开模：将金属坯料从加热炉中取出，放入模具中，保证金属坯料与模具接触良好。
4.施加压力：通过液压等力学手段，对模具施加压力，使金属坯料在模具的作用下按照所需形状发生塑性变形。
5.保温冷却：待金属坯料完成塑性变形后，保持一定时间使其冷却固化。
6.去除零件：将成品零件从模具中取出，进行表面处理和后续加工。
二、模锻成形的优势和适用范围模锻成形相比其他金属加工方法具有以下优势：1.高精度：模锻成形可以制造出形状复杂、精度高的零件，尤其适用于制造需要高度精确的机械零件。
2.高质量：模锻成形可以在一定程度上改善金属内部组织，提高零件的机械性能和耐磨性。
3.高利用率：模锻成形可以使金属材料得到充分利用，减少废料的产生，提高材料利用率。
4.篡改性强：模锻成形可以通过改变模具的结构和形状，实现多种形状、尺寸和材质的零件生产。
模锻成形主要适用于以下范围：1.制造大件和中小件：模锻成形适用于制造大型或中小型紧固件、曲轴、连杆、齿轮等零件。
2.制造高强度零件：模锻成形适用于制造需要高强度和高韧性的机械零件，如轴承、销轴和齿轮。
3.制造高温环境下使用的零件：由于模锻成形可以改善金属的内部组织，提高其耐热性和高温性能，因此适用于制造在高温环境下使用的零件，如航空发动机零件等。
SMC模具结构设计SMCMol
SMC模具结构设计SMC制品模压模具制作流程一、接受任务书成型SMC制件的任务书通常由制件设计者提出，其内容如下： 1. 经过审签的正规制件图纸，并注明采用产品的牌号、技术参数等。
2. SMC制件说明书或技术要求。
3. 生产产量。
4. SMC制件样品。
通常模具设计任务书由SMC制件工艺员根据成型SMC 制件的任务书提出，模具设计人员以成型SMC制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。
二、收集、分析、消化原始资料收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用。
1. 消化SMC制件图，了解制件的用途，分析SMC制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。
例如SMC制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，SMC件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。
选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于SMC制件的公差，能否成型出合乎要求的SMC制件来。
此外，还要了解SMC产品的固化及成型工艺参数。
2. 消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。
成型材料应当满足SMC制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。
根据SMC制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。
3. 确定成型方法采用直压法、铸压法还是注射法。
4、选择成型设备根据成型设备的种类来进行模具，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。
例如对于模压机来说，在规格方面应当了解以下内容：模压容量、模压力、速度、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、开模方式、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见相关参数。
要初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的模压机上安装和使用。
8566模具钢热处理工艺
8566模具钢热处理工艺模具钢是一种常用的模具钢材料，其主要成分为碳、硅、锰、铬、钼等元素。
由于其具有良好的硬度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，因此在模具制造行业中得到广泛应用。
而模具的热处理工艺对其性能的影响至关重要，本文将对8566模具钢的热处理工艺进行详细介绍。
1. 热处理工艺分类热处理工艺主要分为三类：退火、正火和淬火。
8566模具钢的热处理工艺也是遵循这三类工艺进行的。
1.1 退火工艺退火是将金属材料加热到一定温度，然后缓慢冷却的过程。
8566模具钢的退火工艺主要是为了消除内部应力，改善组织和提高可加工性。
具体工艺参数如下：加热温度：750℃-800℃保温时间：2-4小时冷却方式：炉冷或空冷1.2 正火工艺正火是将金属材料加热到一定温度，然后在空气中自然冷却的过程。
8566模具钢的正火工艺主要是为了提高硬度和强度。
具体工艺参数如下：加热温度：860℃-900℃保温时间：1小时/25mm冷却方式：自然冷却1.3 淬火工艺淬火是将金属材料加热到一定温度，然后迅速浸入冷却介质中，使其迅速冷却的过程。
8566模具钢的淬火工艺主要是为了提高硬度和耐磨性。
具体工艺参数如下：加热温度：860℃-900℃保温时间：1小时/25mm冷却介质：水或油2. 热处理工艺影响因素2.1 加热温度加热温度是影响热处理效果的重要因素之一。
加热温度过低，会影响组织的稳定性和完整性；加热温度过高，会导致组织粗大，硬度下降。
对于8566模具钢的热处理工艺，加热温度一般在860℃-900℃之间。
2.2 保温时间保温时间是指金属材料保持加热温度的时间。
保温时间过短，会导致组织未完全转变，硬度不足；保温时间过长，会导致组织粗大，硬度下降。
对于8566模具钢的热处理工艺，保温时间一般为1小时/25mm。
2.3 冷却方式冷却方式是指金属材料在退火、正火和淬火过程中的冷却方式。
不同的冷却方式会对金属材料的性能产生不同的影响。
8566模具钢的热处理工艺中，冷却方式分为炉冷、空冷、自然冷却、水淬和油淬等多种方式。
热处理的方式详解
碳钢 合金钢
①单液淬火→加热A化后的钢件放入水或油中连续冷却 至室温的方法。
（水淬应力大，工件易变形、开裂；油淬冷却速度慢，碳钢 油淬无法全部获得M）
②双液淬火→加热A化后的钢件先放入水中冷却至接近 Ms后再放入油中冷却至室温。
（在油中缓慢实现M转变，淬火应力小，可防止工件变形和开 裂。但水中停留的时间较难把握。用于形状复杂件防开裂）
光镜下形貌
电镜下形貌
索氏体形貌像
光镜形貌
电镜形貌
屈氏体形貌像
光镜形貌 电镜形貌
贝氏体转变 ➢550～350℃: B上; 40～45HRC;
1）贝氏体B ----含碳略微过饱和的铁素体与弥
散分布的微细渗碳体的混合物。 2）过冷奥氏体在550℃ ~ Ms之间发生的转变 3）根据转变温度的不同，B分为上B和下B。
➢650～600℃ : 细片状P---索氏体(S); 片间距为0.2～0.4μm (1000×); 25～36HRC。
➢600～550℃:极细片状P---屈氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
层片间距越小（即从P→S →T），材 料的强度、硬度、塑性、韧性越高。
珠光体形貌像
*本质晶粒度反映了钢在一定条件下奥氏体晶粒
长大的倾向性。其与起始晶粒度和实际晶粒度 是完全不同的概念。
Review
标准晶粒度1～4级 的为本质粗晶粒钢
标准晶粒度5～8级 的为本质细晶粒钢
本质粗晶粒钢：奥氏 体随温度的升高迅速 长大的钢。如经锰硅 脱氧的钢、沸腾钢等
本质细晶粒钢： 奥氏体晶粒长大 倾向小，加热到 较高温度才显著 长大的钢。如经 铝脱氧的钢、镇 静钢等
③分级淬火→加热A化后的钢件先放在略高于Ms点的 恒温盐浴或碱浴中保温一段时间（使内 外均温），取出后在空气中冷至室温。
合金工具钢的热处理工艺分析
合金工具钢的热处理工艺分析引言热处理是指通过控制合金工具钢的加热和冷却过程，改变其物理性质和组织结构，从而获得所需的力学性能和耐磨性等特性。
合金工具钢是一种应用广泛的材料，被广泛应用于模具制造、刀具制造、轴承制造等领域。
本文将从加热、保温、冷却三个方面，对合金工具钢的热处理工艺进行分析。
加热工艺合金工具钢的加热过程是至关重要的，它可以影响到合金工具钢的组织结构和性能。
常用的加热方式包括逐渐加热和快速加热两种。
逐渐加热是指将合金工具钢放入预热炉中进行加热，通常使用接触加热法。
这种方式能够保证钢材温度的均匀性，避免产生过大的热应力，有利于减小工件变形的可能性，同时也可以避免过热造成的晶粒长大。
快速加热是指使用高频感应加热、电子束加热等方式，使合金工具钢迅速达到所需的温度。
这种方式能够更好地控制加热速率，缩短加热时间，提高生产效率。
但是由于快速加热过程存在温度梯度，容易产生应力集中，因此在操作时需要注意加热速率的控制。
保温工艺保温是指在加热到所需温度之后，将合金工具钢保持在一定温度下一段时间，使其达到均匀的温度分布，并完成相变。
常见的保温方法有空气冷却、油浸和盐浴等。
空气冷却是将加热到所需温度的合金工具钢放入恒温电炉中，在空气中冷却至室温。
这种方法比较简单，但是冷却速度较慢，容易产生大量的晶粒。
油浸是将加热到所需温度的合金工具钢迅速放入预热好的温度恒定的油中。
由于油的导热性较好，能够更快地吸收热量，使合金工具钢迅速冷却。
但是由于油的冷却速度较慢，可能会产生较大的晶粒。
盐浴是将加热到所需温度的合金工具钢放入盐浴中保温。
盐浴可以提供更高的冷却速度，因此能够获得更细小的晶粒。
但是由于盐浴中含有盐，对设备有一定的腐蚀性，需要注意设备的保护。
冷却工艺冷却是指将保温后的合金工具钢迅速冷却到室温。
合金工具钢的冷却速率和方式对其物理性能和组织结构具有重要影响。
常见的冷却方法有水冷却、风冷却和盐浴冷却等。
水冷却是将加热后的合金工具钢迅速浸入冷却水中，以达到快速冷却的目的。
模具保养作业中的材料退火与应力消除
模具保养作业中的材料退火与应力消除在模具加工与使用过程中，由于应力的积累和热处理工艺的不当，模具材料会产生应力和变形，从而影响其使用寿命和加工精度。
为了解决这一问题，进行材料退火与应力消除是非常必要的。
本文将探讨模具保养作业中的材料退火与应力消除的技术与方法。
一、材料退火的原理与方法材料的退火是指将材料加热至一定温度，然后控制冷却速度，以达到减缓或消除材料内部应力和固溶体析出的效果。
退火的目的是使材料的晶粒细化、提高韧性、消除应力，从而提高模具的使用寿命和加工精度。
常见的退火方法有两种：全退火和局部退火。
全退火是将整个模具材料加热至退火温度，保持一定时间后再慢慢冷却。
局部退火是对模具局部区域进行退火处理，主要是针对应力过大或形变较大的区域进行处理。
在模具保养作业中，针对不同材料和工艺要求，可以选择合适的退火方法。
例如，对于高碳铬钢材料，可以采用全退火的方法，将材料加热至800℃左右，保温时间约为2小时，然后慢慢冷却至室温。
对于局部应力较大的区域，可以采用局部退火的方法，将区域加热至适当温度，保温时间根据材料和应力情况灵活确定。
二、应力消除的技术与方法除了退火处理，应力消除也是模具保养作业中重要的一环。
应力的积累会导致模具材料的变形和疲劳断裂，因此消除应力对于提高模具的使用寿命和加工精度至关重要。
常见的应力消除方法有两种：机械方法和热处理方法。
机械方法主要是通过切割、磨削等方式，将应力集中区域的材料去除，从而消除应力。
热处理方法主要是利用热膨胀的原理，通过适当的加热和冷却来消除应力。
机械方法适用于局部应力集中的区域，例如模腔、模芯等。
通过切割或磨削的方式，将应力集中区域的材料去除，从而减缓或消除应力。
这种方法需要根据具体情况进行操作，保证消除应力的同时不破坏模具的结构。
热处理方法适用于全局应力分布较均匀的情况。
常见的热处理方法包括低温退火和高温回火。
低温退火是将模具材料加热至临界温度以下，保持一定时间后慢慢冷却。
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模具的加热、保温与冷却
l、概述
模压成型工艺是塑性材料最常见、历史最
悠久的成型方法之一，并且是研究材料性能最常
采用的一种工艺方法。它具有成型装置简单、设
备投资小、模具结构简单等特点，在机械化、自
动化生产高度发达的今天，仍是一种最为普及的
生产手段之一。然而，进行压缩模塑成型的模具
设计能参考的文献除了教科书、几位前辈所著的
专著、模具设计图例以外，少有人总结模具设计
中的关键技巧。 模具的加热、保温与冷却及装
夹结构是复合材料模具设计不可或缺的一部分。
结构设计直接影响到产品的外观及内在质量均
匀性，同时还影响产品的成型效率。
2、加热、保温与冷却设计
2．1 加热管的设计要求
钢制加热是几乎所有塑料成型模具设计必
须采用的加热手段，可设计为单向接线、双向接
线等多种形式，材质上可采用有缝管、无缝管、
不锈钢管等，特点是热损失小、热效率高、排线
简单，可根据需要设计为220V或380V，接线为
式灵活多样。但由于其材料和加工工艺的限制，
模具设计中要注意它向身特点。
（l）加热管在两端通常有较长的冷端，并不
能起到加热的作用。
（2）加热段的功率设计尽量不超过10瓦特
／厘米的限制。如30厘米长的加热管，功率尽
可能不要超过300瓦。如果设计功率超过这个限
制，加热管表面负荷较高，钢管易氧化腐蚀，造
成短路。
（3）对于温度高于250℃的模具设计，采用
加热管有一定难度。
我曾经利用加热管升温达到420℃，但是这种成
型温度对加热管质量要求较高，需要经常检查电
路的通畅与短路与否。因为这种条件下加热管、
接线端子、连接用的铜线、钢片等介质非常易于
氧化，从而导致断路。因此对电传输介质需要进
行特殊处理，尽量避免使传导电线暴露在空气
中，延长导线的使用寿命。烙铁芯通常也被作为
模具加热管的一种，特点是单位长度功率高（通
常直径10mm，长8cm规格的烙铁芯可以达到150
瓦的输出功率），耐用，安全性好，不易形成击
穿短路，可以通过钻盲孔来埋设，缺点是难以定
制设计，拆换时易碎、断。 电路设计中不可缺
少保险、空气开关等保险措施，操作地由要保持
干净整洁，绝缘良好，操作中勤于检查电气故障，
防止不必要的危险。
2．2 加热管的安装钻孔
从传热角度上理解，加热管的安装要与模
具表面尽可能贴合，以利于加热管的热量尽快传
递到模具上。而实际上加热管与模具并没有多大
接触面积，传热的本质是辐射，传导是次要的。
因此大部分用于模具安装的加热管表面都涂有
增强红外辐射的涂层，同时也采用限制设计功率
（10瓦特／厘米）的办法以增长加热管的使用寿
命。 因此在加工加热管孔时，尤其是长加热管
孔的加工没必要设计太小的配合间隙，有效的设
计方法是在孔的两端尽可能能与加热管严密配
合，可以采用填塞、封堵或设计挡片等办法。这
种做法可以有效减小加热管的散热面积以及辐
射热量的损失。
2．3 加热管的埋放
埋放的加热管，最好采用与管内介质相同
的氧化镁粉进行充填，以降低加热管表面的热负
荷，这种方法可以减少管的表面氧化，有效延长
管的使用寿命。有条件的话，加热管的安装孔也
最好灌入的氧化镁粉。
2．4 模具保温方法
加强模具的保温措施可以减少模具的热损
失，可使模具在较短的时间内达到预定的生产温
度，减少能源浪费。每个工程技术人员对这个问
题都有一套独特的解决办法，我只谈谈我的经
验。
2．4．l 加热板的保温措施
加热板保温通常采用石棉板或石棉布保
温，但石棉布不易摆放平整，对压板的平行度保
证也有定的影响。石棉板的种类很多，最常见的
是橡胶石棉板，但这种石棉板却不对以用于密封
隔热用的材料，具有一定的可压级胜，同时在高
温时会释放出一种十分难闻的气味，影响操作环
境及操作人的身体健康。 加热板的保温宜采用
石棉纸板，常见的规格是1000x1000，3－5mm厚，
板体较为规整，平行度较好，可压缩性比较平均，
高温下无异味产生。
2．4．2 模具的保温措施
模具的保温措施很多，可用石棉布或玻璃
布包裹氢氧化铝保温棉进行保温。现在市场上还
有一种保温涂料是目前用作模具保温的理想材
料，它由中长纤维、浆料及一种保温泡沫材料混
合而成，粘性适中，易于涂抹。这种材料常用作
化工、采暖管道的保温层材料，略含碱性（易腐
蚀模具）。经在150℃条件下使用没发现有烧焦、
熔化、气味等负面影响。同时材料很轻，可塑性
较强，容易形成较为美观的模具表面。
2．5 模具的冷却方法
水冷却是大多数模具采用的冷却方式，但
也有其缺点；要求管道密封性要好，上下水管路
必须通畅，对水资源的浪费较大。当冷却温度超
过100℃时，易产生蒸汽爆炸。优点是热容较大，
可实现快速降温。 风冷却是一种比较理想的冷
却方法，和水冷正相反，它不需要严密的管道密
封，不存在资源浪费，可以冷却温度高于100℃
的模具，可以通过气体的流量来确定冷却的速
度，并且来源简洁方便，有一定规模的生产车间
都能取得比较方便的气源。
3、模具的装夹
模具的装夹结构与模具的加热、保温与冷
却系统密切相关，同时为模具的更换、装卸提供
一定的方便特性。多数设计者为图方便，只简单
地将模具上打几个安装孔用以固定。例是多数的
压模都不单独设计加热装置，而是在压机上下压
板上安装加热板以简化中小型模具的加工。模具
结构中就只剩下构成型腔主体结构的模块。这时
模具可以采用注塑模具的固定办法——用压板
将模具固定在上下模板上。在加热板模具上设计
好固定压板的空间即可。这种设计不仅可以用于
移动式压模，也可用于带有简单项出机构的压
模。仅需要在加热板的设计中才考虑到顶杆的位
置与加热管不相冲突即可。也可以利用一种模具
的模架对多个模具进行通用性改造，以简化模具
制造成本。
如果供具较高，单纯的加热板加热已经不能满足
均匀加热的需要，这时需要在模具上安装辅助加
热系统，可以山加热片、加热管及烙铁芯构成。
对于结构简单、尺寸较小的模具，采用加热板加
热会造成大过的热量损失，在模具尸设计简单的
加热系统就能够满足要求。需要注意的是在模具
和压机固定板之间要添加隔热物（通常来采用石
棉纸板）来保温，同时需要注意电源线的排布整
齐和电偶孔的位置。这种设）；由于热容较小，
特别适用于需要反复加热冷却或快速加热冷却
的小型模具。
4、结语
本文是实际工程应用中的总结，经实践文中
涉及的多种技巧和办法可行。