模具选材及热处理(工艺)
我国模具材料的选择及热处理工艺的发展
我国模具材料的选择及热处理工艺的发展摘要：近年来，我国模具工业的发展很快，模具水平也在不断提高。
本文介绍了当前我国模具材料的先进选择方法及热处理工艺的发展状况，并预测未来模具的发展方向。
关键词：模具；材料选择；热处理；方向0 引言模具是工业生产的基础工艺装备，被称为”工业之母”。
75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。
作为国民经济的基础工业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛[1]。
中国的模具工业正步入了高速发展时期，模具材料的选择及热处理工艺作为模具工业两个关键环节，在模具工业中起着越来越重要的作用。
1 模具材料选用原则模具的选材过程是一个系统工程，它的影响因素很多。
一般来说，在选材过程中，模具材料应能达到使用性能足够、工艺性能良好、经济性合理的要求[2]。
1.1 满足使用性能要求模具材料的使用性能包括耐磨性、强韧性、疲劳断裂性能、高温性能、耐冷热疲劳性能、耐蚀性等性能。
在选材过程中首先要考虑的便是材料的使用性能要求，它模具材料的选用原则中是最基本的，也是最重要的。
1.2 满足工艺性能要求模具材料的工艺性能包括可锻性、退火工艺性、切削加工性、氧化脱碳敏感性、淬硬性、淬透性、淬火变形开裂倾向以及可磨削性能等。
材料的工艺性能决定了材料在加工过程的难易程度以及热处理性质等。
对模具材料的选择具有重要的决定作用，同时也是模具材料的选用原则中是最基本的要求。
1.3 满足经济性要求在给模具选材时，必须考虑经济性这一原则，尽可能地降低制造成本。
因此，在满足使用性能和工艺性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料。
2 模具材料选用方法在以往的模具设计过程中，设计者往往根据自己的经验判断。
对模具设计者而言，要想获得最佳的选材方案，则应该对材料性能有综合的把握能力并具有丰富的选材经验。
即便如此，在实际操作中仍有可能出现偏差。
模具制造的工艺流程
模具制造的工艺流程模具制造的工艺流程是一个复杂且精细的过程，它涉及到多个阶段，每个阶段都有其独特的作用和重要性。
下面将详细介绍这一过程，确保逻辑通顺、内容完整且没有重复。
1. 设计阶段模具制造的第一步是进行设计。
设计师根据产品的形状、尺寸和性能要求，使用CAD（计算机辅助设计）软件绘制出模具的三维模型。
在设计过程中，需要考虑材料的选择、模具的结构、加工方法等因素。
设计师还需与产品工程师和客户沟通，确保模具设计满足所有需求。
2. 材料选择与准备设计完成后，需要选择合适的材料来制造模具。
模具材料的选择取决于产品的性质、生产数量以及成本要求。
常见的模具材料有工具钢、铝合金、镁合金等。
材料准备好后，需要进行热处理、切割和打磨等预处理，以提高材料的性能。
3. 加工阶段加工是模具制造的核心环节。
它包括粗加工、半精加工和精加工三个阶段。
粗加工主要是通过铣削、车削等方法去除大部分余量，形成模具的基本形状。
半精加工则是对模具进行进一步的修整，使其接近最终形状。
精加工则是最后的修整过程，通过磨削、抛光等方法使模具达到设计要求。
4. 装配与调试加工完成后，需要将各个部件装配在一起，形成完整的模具。
装配过程中需要注意各部件之间的配合间隙和位置精度。
装配完成后，需要进行调试，检查模具的动作是否顺畅、尺寸是否合格等。
5. 试模与修正调试合格后，开始进行试模。
试模是在生产条件下模拟实际生产过程，以检验模具的性能和可靠性。
试模过程中可能会发现一些问题，如尺寸超差、表面质量不佳等。
这时需要对模具进行修正，直至达到生产要求。
6. 验收与交付修正完成后，模具需要进行验收。
验收包括外观检查、尺寸测量、性能测试等多个方面。
验收合格后，模具就可以交付给客户使用了。
交付时，需要提供相关的技术文件和操作说明书，以便客户能够正确地使用和维护模具。
7. 维护与保养模具在使用过程中，需要定期进行维护和保养。
这包括清洁模具表面、检查模具的磨损情况、润滑模具的运动部件等。
SKD11、Cr12MoV材料TD处理
SKD11、Cr12MoV材料TD处理SKD11、Cr12MoV模具材料做TD处理时其前期热处理工艺选择由于车型单一产量的增加，高强度板的采用，汽车结构件模具采用TD处理是势在必行和迫在眉睫。
汽车结构件模具采用TD处理时，其模具设计、材料的选用及锻造、TD前的热处理工艺应考虑下列因素：一、模具材料选用：选进口材料还是选国产材料模具如果不做TD，则优选进口材料。
如SKD11、KD11S、SLD （HITACHI）、DC53、D2、XW42（ASSAB）、ASSAB88等。
如选择TD处理，进口材料与国产材料的差异不大。
因为决定TD质量优劣的最直接的因素是金属材料的碳含量。
如使用国产材料，优选Cr12MoV和Cr12Mo1V1，次选Cr12。
二、国内Cr12MoV生产厂家选择推荐（排名不分先后）上五钢（宝钢集团）大冶特钢（冶钢股份）抚顺特钢长城特钢（攀钢集团）三、Cr12MoV的锻造工艺通常情况下，Cr12MoV锻造包括：加热均质、锻造变形、锻后冷却、等温球化退火（一）、加热均质：锻坯随炉缓慢初始升温到500~600℃预热保温1-2小时，800-900℃二级预热，保温1-2小时；再以80-100℃/h 的升温速度，升温至1000-1100℃，保温2-3小时，保温期间将锻坯进行一次翻身；（二）、锻造变形：开锻温度1000-1100℃，终锻温度900-950℃，反复镦拔4-5次，当锻件温度低于900-950℃范围时，将其加热到1000-1100℃，保温2-3小时后再进行锻造；（三）、锻后冷却：以30℃/h的降温速度将锻件冷却到60-100℃；（四）、等温球化退火：850~870℃×2~4h，炉冷至740-760℃×4-6h，炉冷至≤500℃出炉空冷，硬度为220~280HBS。
四、Cr12MoV淬火出现开裂成因通常情况下分为淬火开裂和非淬火开裂。
（一）、非淬火开裂形成因：锻造缺陷。
锻造工艺不符合工艺要求，过程失控，锻造时就已出现显微裂纹。
热加工模具的材料选择及热处理
热加工模具的材料选择及热处理随着社会的发展，科学的发展，热加工用模也有了很迅速的发展。
本毕业设计从理论与实践的角度对热加工模模具进行阐述，针对热加工模用料及热处理进行分析，从以下几方面进行论述：热加工类模具用钢的材料分析热加工模是工业产品生产中不可缺少的工艺方法之一。
它主要用于制造业和加工业。
它是和冲压、锻造、铸造成型机械，同时和塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成型加工用的成形机械相配套，作为成形工具来使用的。
热加工模具属于精密机械产品，因为它主要由机械零件和机构组成，如成形工作零件（凸模、凹模），导向零件（导柱、导套等），支承零件（模座等），定位零件等；送料机构，抽芯机构，推料机构，检测与安全机构等。
为提高模具的质量，性能，精度和生产效率，缩短制造周期，其零、部件（又称模具组合），多由标准零、部件组成。
所以，模具应属于标准化程度较高的产品。
一副中小型冲模或塑料注射模，其构成的标准零、部件可达90%，其工时节约率可达25%~45%。
一、热加工用模模具的功能和作用现代产品生产中，热加工模具由于其加工效率高，互换性好，节约原材料，所以得到很广泛的应用。
现代工业产品的零件，广泛采用冲击、成型锻造、压铸成形、挤压成形、塑料注射或其他成形加工方法，和成形模具相配套，经单工序或多道成形工序，使材料或胚料成形加工成符合产品要求的零件，或成分精加工前的半成品件。
如汽车覆盖件，须采用多副模具，进行冲孔、拉深、翻边、弯曲、切边、修边、整形等多道工序，成形加工为合格零件；电视机外壳洗衣机内桶是采用塑料注射方法，经一次注射成型为合格零件的；发动机的曲轴连杆是采用锻造成形模具，经滚锻和模锻成形加工为精密机械加工前的半成品胚件的。
高精度、高效率、长寿命的冲模、塑料注射成形模具，可成形加工几十万，甚至几千万产品零件，如一副硬质合金模具，可冲压硅钢片零件（E型片、电机定转子片）上亿件，称这类模具为大批量生产用模具。
适用于多品种、少批量或产品试制的模具有：组合冲模、快换冲模、叠层冲模或成型冲模，低熔点合金成型模具等，在现代加工业中，具有重要的经济价值，称这类模具为通用、经济模具。
冲压模具金属材料及热处理工艺技术要点
冲压模具金属材料及热处理工艺技术要点摘要：冲压模具常用金属材料热处理工艺，需要严格控制各个环节质量，保证金属材料性能的基础上，经过热处理后经过冲压处理成为设备零部件，促进设备抗磨损与耐压性能提升，延长设备使用寿命。
但金属材料热处理过程中容易出现变形问题，变形严重时直接造成材料开裂，影响到材料质量，本文就此展开论述。
关键词：冲压模具；热处理工艺；技术控制1、冷冲压模具常用金属材料1.1碳素工具钢材料在我国碳素工具钢的产量非常大，使用也非常广泛。
这主要是因为碳素工具钢具备一些显而易见的优点：第一，可锻性好，方便锻造成所需的形状；第二、退火易软化，退火之后迅速软化，便于下一步的加工流程；第三、切削加工性好，因为碳素工具钢硬度小，非常容易进行切削处理；第四、价格便宜，这是决定碳素工具钢得以广泛使用的根本原因。
但同时，碳素工具钢也还存在许多不足之处，比如淬透性低，需额外通过水作为加工过程中的冷却剂，如此就会造成碳素工具钢发生更多的变形及断裂等问题。
因为碳素工具钢具备的这些优缺点，它适用的模具一般都具有这样的特点：尺寸较小，受力不大，形状较为简单，且对形状的变行要求不是很高，用碳素工具钢制作这样的模具，可以节省大量资源，但对于那些大受力、形状复杂、形状变形要求高的模具用碳素工具钢并不适合。
1.2高碳高铬模具钢材料与碳素工具钢相比，高碳高铬模具钢表现出了更好的淬硬性、淬透性、耐磨性，高碳高铬模具钢因为本身不容易发生变形等特性，被看作是高耐磨及微变形模具钢，高碳高铬模具钢要比高速钢在承载能力方面稍低。
高碳高铬模具钢的缺点是碳化物有比较严重的偏析问题，在实际冲压过程中必须对其反复进行改锻、镦拔，以逐步改善材料内碳化物的均匀水平，如此才会提升高碳高铬模具钢的使用性能。
1.3高速钢材料目前使用的高速钢，多是通过添加钼系元素等方式锻造出来的，高速钢因而具有非常优秀的使用性能，优势最明显的地方就是热塑性及强韧性都非常高，也因此获得非常大的发展空间，在冷作模具高精度及大批量工业化生产中，占有非常重要的地位。
冲压模具常用材料种类及热处理
冲压模具常用材料种类及特性如何合理选取模具钢材?（1）模具的选材在设计模具时,合理选取材料是关系到模具寿命和成本的一项重要工作,模具的成形零件凸、凹模材料的选取尤应慎重,通常应考虑以下几点:①生产批量当冲压件的生产批量很大时,凸、凹模材料应选取质量高、耐磨性好的模具钢,对于模具的其他工艺零件的材料要求,也要相应地提高；在少量生产中,可采用成本低耐磨性较差的材料。
②被冲压材料性能、工序性质和凸、凹模工作条件当被冲材料较硬或变形抗力较大时,其凸、凹模应选取耐磨性好、强度高的材料；对于凸、凹模工作条件较差的冷挤模,应选取有足够硬度、强度、韧性、耐磨性等综合力学性能较好的模具钢,同时应具有一定的硬性和耐热、抗疲劳强度。
③加工规格一般来料都没有加工,这些材料叫坯料,但坯料加工首先要经过铣床、磨床来达到一定尺寸之后才能制造模具。
（2）模具寿命与模具材料的关系①模具凹模刃口高度的估算方法a) 规定模具寿命为2000000~3000000次时,刃口每次研磨量为ffice:smarttags" />0.2mm,每次研磨后的生产量为200000~300000次。
刃口直身高度为2.5~3mm。
b) 若要模具寿命为5000000次,则刃口高度应取4~5mm。
②模具寿命与模具材料的关系凸模凹模通常采用的材料为XW-10、XW-5、XW-41、XW-42、SKD11（Cr12MoV）、ASP23。
以上四种主要钢材特性见表注: 1.以上各种参数均以XW-41为标准的比较值。
2.当冲件材料为SECC、SPCC、SPTE、T3时，通常选凸凹模材料为XW-41。
3.当冲件材料为不锈钢时，通常选凸凹模材料为ASP23。
金属材料现场快速鉴别的方法有哪几种？(1) 火花鉴别火花鉴别是将钢铁材料轻轻压在砂轮上打磨,观察所迸射出的火花形状和颜色,以判断钢铁成分范围的方法、材料不同,其火花也不同。
①20钢流线多、带红色,火束长,芒线稍粗。
模具材料及热处理新工艺新技术
模具材料及热处理新工艺新技术模具材料及热处理是现代制造业中非常重要的关键技术。
随着制造业的不断发展和进步，对模具材料和加工工艺的要求也越来越高。
新的工艺和技术在模具材料的选用和热处理工艺上有着重要的应用和意义。
下面将介绍一些模具材料及热处理新工艺新技术的应用和发展。
首先，关于模具材料的选用，传统的模具材料主要包括工具钢、冷作模具钢、高速钢等。
这些材料具有一定的硬度和耐磨性，但在一些特殊环境下存在一些问题。
例如，高速钢在高温条件下容易软化，而工具钢和冷作模具钢在高温应力作用下容易发生开裂。
因此，为了解决这些问题，一些新型模具材料开始被广泛应用。
新型模具材料主要包括硬质合金、陶瓷材料和复合材料等。
硬质合金具有高硬度、高强度和优异的耐磨性，广泛用于冲压模和挤压模等高磨损模具。
陶瓷模具材料具有优异的高温性能和化学稳定性，广泛用于注塑模、压铸模和玻璃模等高温环境下的模具。
复合材料具有优异的机械性能、耐磨性和抗腐蚀性能，广泛应用于塑料模具、铸造模具和压力机模具等。
其次，关于模具材料热处理工艺的发展，传统的热处理工艺主要包括淬火、回火和正火等。
然而，随着模具工艺的不断发展，传统的热处理工艺已经无法满足对模具材料性能的要求。
因此，一些新的热处理工艺开始被广泛应用。
新的热处理工艺主要包括表面改性技术和热处理参数优化技术等。
表面改性技术包括氮化、渗碳、氧化和涂层等。
这些技术能够在材料表面形成一层硬度高、耐磨性好和抗腐蚀性强的保护层，提高模具的使用寿命和工作性能。
热处理参数优化技术通过对热处理工艺参数的优化调整，可以使模具材料在保持高硬度的同时，具有更好的韧性和抗裂性能等。
总之，模具材料及热处理新工艺新技术在现代制造业中有着非常重要的应用和发展。
通过选用新型模具材料和优化热处理工艺参数，可以提高模具的使用寿命和工作性能，从而降低生产成本，提高生产效率。
随着制造业的不断发展和进步，模具材料及热处理新工艺新技术将会得到进一步的完善和应用。
热作模具钢及其热处理
1050~1100 1050~1100 1050~1100 1140~1160 1050~1100 1070~1100 1080~1120 1080~1120 1050~1100 1080~1130 l 140~1160
800~850 800~850
≥850 850~900 850~900 850~900 850~900 850~950
3Cr3Mo3W2V 5Cr4W5Mo2V
0.3~0.4 0.32~0.42
0.4~0.5
≤0.4 0.6~0.9
≤0.4
≤0.4 ≤0.65 ≤0.4
2.2~2.7 2.8~3.3 3.4~4.4
— 2.5~3.0 1.5~2.1
0.2~0.5 0.8~1.2 0.7~1.1
W 3.5~9.0 W 1.2~1.8 W 4.5~5.3
0.33/0.43 0.32/0.45 0.32/0.42
0.8/1.2 0.8/1.2 0.8/1.2
0.2/0.5 0.2/0.5 ≤0.4
4.75/5.5 1.1/1.6
4.75/5.5 1.1/1.75
4.5/5.5
—
0.3/0.6 0.8/1.2 0.6/1.0
— — W 1.6/2.4
钨钼系热作模具钢 3Cr2W8V
4.1 热作模具的工作条件与性能要求
4.1.1 热作模具的工作条件
2.热作模具的工作条件如何？ (1) 型腔表层工作温度高。
挤压GCr15轴承套圈，钢坯加热至1050~1100℃，挤压力为2000~2500 MPa， 凹、凸模的瞬时温度高达600~650℃，甚至超过700℃。
尽管热锻模具不同，型腔表层金属受热温度也不相同，但是最低也有几百摄 氏度;热挤压模具与压铸模具型腔表层温度更高。
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52HRC范围内，塑料模具通常在45～60HRC内考虑。 ☆ 硬度是衡量材料软硬程度的一种性能指标，是指材料
抵 抗局部变形，特别是塑形变形、压痕或划痕的能力。它是强度、 塑性、韧性、耐磨性等指标的综合反映，因此在零件图上常常 标注硬度值，作为技术要求。
模具的选材和其他零件选材一样，都要符合选材的一般原则， 它要求所选材料应满足：
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果
（二）工艺性能要求 1. 热加工工艺性能 包括锻轧、铸造、焊接等性能。根据模具的不同制造工
艺，可提出不同的加工性能要求，这些性能要求受到模具材料 的化学成分、冶金质量、组织状态等因素的影响。
2. 冷加工工艺性能 包括切削、抛光、研磨、冷挤压和冷拉等性能。模具制品 有时要求很高的表面质量、低的表面粗糙度及高的精度，所以 对切削性能和抛光性能均有较高要求。
圆形截面的拉伸Biblioteka 样4. 疲劳抗力--反映材料在交变载荷作用下，抵抗疲劳破 坏的性能指标。
热作模具常常是在急冷急热的条件下工作，必定发生不同 程度的冷热疲劳现象，出现龟裂，因此希望有高的冷热疲劳抗 力，以免早期失效。
Titanic沉没原因
Titanic ——含硫高 的钢板，韧性很差， 特别是在低温呈脆性。 所以，冲击试样是典 型的脆性断口。近代 船用钢板的冲击试样 则具有相当好的韧性。
举例:
汽车模具系列
反光镜玻璃模
绝缘陶瓷模
保险杠注射模
密封圈挤出模
轮毂压铸模
轮胎橡胶模
大型覆盖件模
二、 模具失效的概念
1. 模具的服役：模具经安装、调试后，正常生产合格产品 的过程称为模具的服役。
2. 模具的损伤：模具在使用过程中，虽然出现尺寸变化 （变形、磨损等）、微裂纹等缺陷，但没有丧失服役能力的状 态。—称为有病状态，要及时维修。
第八章 模具材料及热处理
第一节 模具材料概述
一、 模具的分类
根据模具的工作条件，可将模具分为以下三大类：
1. 冷作模具：包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉 深模、拉丝模、滚丝模、剪切模等。
2. 热作模具：包括热锻压模（热锻模、高速锤锻模、 精密锻造模）、热挤压模、热冲裁模、压铸模等。
3. 成形模具：包括塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃 模、粉末冶金模具等。
3. 热处理工艺性能 实际上它是一种热加工工艺性能，在模具失效事故中，热 处理所造成的因素占总失效的52%左右，热处理工艺性能的好 坏对模具质量有较大影响。它要求热处理变形小、淬火温度范 围宽、过热敏感性小，脱碳敏感性低、淬火开裂倾向低等，特 别要求要有足够的淬硬性和淬透性。
六、模具选材的一般原则
洛氏硬度测试示意图
洛
计
氏 硬
定义：每0.002mm相当
度
于洛氏1度。
洛氏硬度常用标尺有：
h1h0
B、C、A三种
①HRB 轻金属，未淬
火钢
②HRC 较硬，淬硬钢
制品
③HRA 硬、薄试件
10HRC≈HBS
(3)维氏硬度
维氏硬度的压力一般可选 5，10，20，30，50，100， 120kg等，小于10kg的压力可 以测定显微组织硬度。
3. 模具的失效：模具损坏到不可修复，且不能生产出合格
产品的状态；模具的失效按照发生时间的早晚可分为正常失效
和早期失效。
三、 常见的失效形式
塑性断裂 1.断裂失效 脆性断裂
疲劳断裂 过量弹性变形
2.过量变形失效 过量塑性变形（局部塌陷、局部镦粗、型腔胀大） 蠕变(金属在高温环境下，即使所受的力小于屈服点，也
会随时间的增长发生缓慢的永久变形的现象）超限 表面磨损（粘着、磨粒、氧化、疲劳磨损等）
3. 表面损伤 表面腐蚀（冲蚀、浸蚀、熔蚀等）
4. 疲劳及热疲劳失效—疲劳裂纹
四、模具材料
五、 模具材料的性能要求
模具的工作条件复杂，工作温度高低不一，失效形式多样， 对各类模具性能要求不同。模具的服役条件比较恶劣，一般承受 高压、冲击、振动、摩擦、弯扭、拉伸等载荷；工作温度有的很 高；精度要求很高；磨损、变形、疲劳、断裂时有发生。模具材 料的性能相对一般零件为高，一般从使用性能和工艺性能二大方 面考虑。
☆ 热硬性是指模具在受热或高温条件下保持高硬度的能 力；如热作模具和部分冷作模具要求具有一定的热硬性。
☆ 材料的硬度和热硬性主要取决于材料的成分、热处理 工
(1)布氏硬度HB
适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金 属或质地轻软的轴承合金。
布氏硬度计
适用范围: ＜650HBW; ＜450HBS;
(2)洛氏硬度
适用范围: ➢ 测量薄板类 ; ➢ HV≈HBS ;
图8-1 硬度对三种冷作模具钢抗压屈服强度的影响 1-W6Mo5Cr4V2钢; 2-Cr12MoV钢; 3-Cr5Mo1V钢
2. 耐磨性—材料抵抗磨损的能力，它是衡量模具使用寿命 的重要指标。
☆ 磨损形式不同，影响耐磨性的因素也不同，主要因素是 硬度和组织。
如：冲击载荷较小时，耐磨性和硬度成正比关系； 钢的组织中，马氏体和下贝氏体耐磨性较好； 钢中碳化物的性质、数量、形态、分布对钢的耐磨性有
显著的影响。
图8-2所示为用不同钢种制作的标准冲孔模对冷轧硅钢片进行 冲孔的试验结果，可反映各钢种的耐磨水平；试验以Cr12MoV
钢为基准（ε =1.0）。图8-3所示是标准模具进行耐磨性试验
的结果，较好地反映了工模具钢在磨粒磨损条件下的耐磨性。
图8-2 五种模具钢模拟冲裁试验其耐磨性
图8-3 工模具钢的磨粒磨损抗力 1-高碳高钒高速钢;2-高碳高钒钢; 3-低合金模具钢及碳素工具钢
3. 强度和韧性 ☆ 强度—材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力， 是衡量材料变形抗力和断裂抗力的性能指标； 如：冷作模具:变形抗力—屈服强度，断裂抗力—抗拉强度、 抗弯强度等； 热作模具:变形抗力—高温屈服强度，断裂抗力—抗拉强度、 断裂韧性等； ☆ 韧性—在冲击载荷下抵抗产生裂纹的特性，反映了材料 的脆断抗力，常用冲击韧性（αK）表示。 ☆ 材料的强度和韧性主要取决于材料的成分、冶金质量、 热处理工艺，碳化物的性质、数量、形态、分布对其也有显著的 影响。