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1、模具材料及模具价格估算 概 论 第1章 冷作模具材料第2章 热作模具材料第3章 塑料模具材料第4章 模具表面处理技术第5章 模具概述第6章 模具价格的技术经济分析及评价方法第7章 冲压模具价格估算第8章 型腔模具价格估算第9章 其它模具价格估算模具材料及模具价格估算 助学课件概 论0.1 模具材料在模具工业中的地位0.2 模具材料的应用状况及发展趋势0.3 模具表面处理技术0.4 本课程的性质和要求0.5 模具材料的分类0.6 模具材料的主要性能指标0.7 模具的失效形式0.8 影响模具寿命的主要因素第1章 冷作模具材料1.1 冷作模具零件的失效形式1.1.1 冷作模具的工作条件1.1.2 冷
2、作模具的失效形式1.1.3 冷作模具材料的性能要求1.2 冷作模具材料1.2.1 低淬透性冷作模具钢 1.2.2 低变形冷作模具钢1.2.3 高耐磨微变形冷作模具钢1.2.4 高强度高耐磨冷作模具钢1.2.5 高强韧性冷作模具钢1.2.6 高耐磨高强韧性冷作模具钢1.2.7 特殊用途冷作模具钢1.2.8 硬质合金1.3 冷作模具零件的热处理工艺1.3.1 冷作模具的热处理工艺1.3.2 主要冷作模具的热处理特点第2章 热作模具材料2.1 热作模具零件的失效形式2.1.1 热作模具的工作条件2.1.2 热作模具的失效形式2.1.3 热作模具材料的性能要求2.2 热作模具材料2.2.1 热作模具钢
3、的分类及钢号 2.2.2 热锻模用钢2.2.3 热挤压模用钢2.2.4 压铸模用钢2.2.5 其它热作模具材料2.3 热作模具零件的热处理工艺2.3.1 主要热作模具的制造工艺路线 2.3.2 主要热作模具的热处理特点第3章 塑料模具材料3.1 塑料模具零件的失效形式3.1.1 塑料模具的工作条件3.1.2 塑料模具的主要失效形式3.1.3 塑料模具材料的性能要求3.2 塑料模具材料3.2.1 渗碳型塑料模具用钢3.2.2 淬硬型塑料模具用钢3.2.3 预硬型塑料模具用钢3.2.4 时效硬化型塑料模具钢3.2.5 耐蚀塑料模具钢PCR3.2.6 其它塑料模具材料3.3 塑料模具零件的热处理工艺
4、3.3.1 塑料模具的制造工艺路线3.3.2 塑料模具的热处理特点3.3.3 塑料模的表面处理第4章 模具表面处理技术4.1 表面化学热处理技术4.1.1 渗碳4.1.2 钢的渗氮（氮化）4.1.3 渗硼4.1.4 碳氮共渗4.2 涂镀技术4.2.1 电镀4.2.2 电刷镀4.2.3 化学镀4.2.4 热浸镀4.3 气相沉积技术4.3.1 化学气相沉积4.3.2 物理气相沉积4.4 其它表面处理技术4.4.1 热喷涂4.4.2 激光表面处理4.4.3 离子注入4.4.4 电子束表面处理第5章 模具概述5.1 模具的基本知识5.1.1 模具成形工艺特点5.1.2 模具的分类5.2 模具设计及其特
5、点5.2.1 模具设计5.2.2 模具设计特点5.3 模具制造及其特点5.3.1 模具制造方法5.3.2 模具制造特点5.3.3 模具制造的工艺特点5.3.4 模具制造的发展方向第6章 模具价格的技术经济分析及评价方法6.1 模具的技术经济指标6.2 模具价格的构成6.2.1 模具生产的一般过程6.2.2 模具价格的基本构成及计算公式6.2.3 模具价格的基本构成费用分解6.3 模具价格的评价方法6.4 模具估价与报价关系6.5 模具报价单的填写第7章 冲压模具价格估算7.1 冲压模具概述7.1.1 冲压模具的分类7.1.2 冲压模具的经济特点7.2 小型冲压模具价格估算7.2.1 小型冲压模
6、具的特点7.2.2 小型冲压模具的种类7.2.3 小型冲压模具的制造工艺7.2.4 小型冲压模具价格估算方法适用范围7.2.5 小型冲压模具价格的构成7.2.6 小型冲压模具价格估算方法7.2.7 小型冲压模具价格估算步骤7.3 中、大型冲压模具销售价格估算 7.3.1 中、大型冲压模具的特点7.3.2 中、大型冲压模具的种类7.3.3 中、大型冲压模具的制造特点及工艺顺序7.3.4 中、大型冲压模具价格估算方法适用范围7.3.5 中、大型冲压模具价格的构成7.3.6 中、大型冲压模具价格估算方法7.3.7 中、大型冲压模具价格估算步骤第8章 型腔模具价格估算8.1 型腔模具概述8.1.1 型
7、腔模具的分类8.1.2 注塑模具概述8.1.3 型腔模具的制造特点8.1.4 注塑模具的制造工艺8.2 注塑模具价格估算方法适用范围8.3 注塑模具价格的构成8.4 注塑模具价格估算方法8.5 注塑模具价格估算步骤第9章 其它模具价格估算9.1 锻造模具价格估算9.2 粉末冶金模具价格估算9.3 冷挤压模具价格估算9.4 玻璃模具价格估算9.5 橡胶模具价格估算9.5.1 依据材料费用估算橡胶模价格9.5.2 类比法估算橡胶压制成形模具价格9.6 简易冲压模具价格估算 0.1 模具材料在模具工业中的地位 模具是制造技术的核心，工业要发展，首先要发展模具工业。模具作为国民经济的基础工业，涉及机械
8、、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，量大面广，品种繁多。 “模具是工业之母”，模具性能好坏，寿命高低，直接影响产品的质量和经济效益。而模具材料与热处理、表面处理是影响模具寿命诸因素中的主要因素。所以，目前世界各国都在不断地开发模具新材料，改进热处理工艺和表面强化技术。（1）在冷作模具钢方面：开发了一批高性能的新钢种，如7CrSiMnMoV(CH-1)、Cr12Mo1V1(D2)钢等。（2）在热作模具钢方面：研制新钢种，如4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi(5Cr2)；热锻、热挤、精锻、辊锻用的4Cr3Mo3W4VNb（GR）等；冷热兼用的5Cr4Mo3SiMnVAl（01
9、2Al）等。这些钢具有高的热稳定性、高温强度、热疲劳性及耐磨性。（3）塑料模用钢方面：开发了如预硬钢3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo(718)等，时效硬化钢25CrNi3MoAl(25CrNi3)；耐蚀钢0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)；镜面塑料模具钢10Ni3CuAlMoS（PMS）等。这些钢种强韧性适当，热处理工艺较简便，变形小，易于切削加工。0.2 模具材料的应用状况及发展趋势0.3 模具表面处理技术 采用表面处理技术可以延缓和控制表面的破坏，成为提高模具寿命的有效方法，在解决问题的同时，促进了表面处理技术的发展。 目前表面处理技术发展的主攻方向为以下三方面技术：（1）离子技
10、术：包括等离子和离子束技术。（2）激光技术：包括激光涂镀、激光热处理、激光熔融。（3）复合技术：复合技术大多是为涂镀耐磨层而开发的。0.4 本课程的性质和要求知识教学目标: （1）了解当前模具材料的现状和发展趋势。（2）模具材料及表面处理与模具使用性能、寿命、成本间的关系。（3）初步掌握常用冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料的牌号、性能特点及工艺特点。（4）熟悉常见的模具表面处理方法。能力培养目标：（1）具有合理选用模具材料的初步能力。（2）具备正确制订常用模具材料热处理工艺的初步能力。（3）具备根据模具要求，合理选用模具表面处理方法的初步能力。 本课程是模具设计与制造专业的专业课程。课
11、程任务是使学生具有必需的模具材料及表面处理方面的基本知识和基本技能。0.5 模具材料的分类 模具材料的品种繁多、分类方法也不尽相同。由于模具钢是制造模具的主要材料，所以我们可将材料分类如下：模具材料模具钢其它模具材料冷作模具钢塑料模具钢热作模具钢铸铁非金属材料硬质合金有色金属及其合金根据模具的工作条件不同，一般把模具钢分为三类根据模具的工作条件不同，一般把模具钢分为三类: :1.冷作模具钢2.热作模具钢3.塑料模具钢。0.6 模具材料的主要性能指标（1）强度:表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标。（2）硬度:衡量材料软硬程度的性能指标，实际上它是表征着材料对变形和接触应力的抗力。（3）塑性:衡
12、量模具钢塑性通常采用断后伸长率和断面收缩率两个指标。（4）韧性:材料在冲击载荷作用下抵抗产生裂纹的特性，反映了模具的脆断抗力。（5）疲劳抗力：材料在交变载荷作用下抵抗疲劳破坏的性能指标。a.洛氏硬度HRb.布氏硬度HBc.维氏硬度HV0.7 模具的失效形式 模具失效是指模具丧失正常工作能力。具体是指模具工作部分发生严重磨损或损坏而不能用一般修复方法（刃磨、抛磨）使其重新服役的现象。 模具寿命是指模具自正常服役至必然失效期间内所能完成制件加工的次数。 模具的主要失效形式是断裂、过量变形、表面损伤和冷热疲劳。0.8 影响模具寿命的主要因素（1）模具结构设计对模具寿命的影响（2）模具材料对模具寿命的
13、影响（3）模具制造质量对模具寿命的影响（4）模具的热处理质量与表面强化对模具寿命的影响（5）模具的使用对模具寿命的影响a.模具零件加工精度的影响b.模腔表面粗糙度的影响c.模具硬度均匀性的影响d.模具装配精度的影响a.机床设备的特性。b.被加工材料的性质。c.模具的安装和使用条件。d.模具的操作规程及维护。1.1 冷作模具零件的失效形式冷作模具主要有如下几种类形：冷作模具主要有如下几种类形：冷冲裁模、冷挤压模、冷镦模、拉深模、冷弯曲模等。冷作模具的材料有：冷作模具的材料有：冷作模具钢、硬质合金、铸铁、铜合金、锌基合金等。 冷作模具主要用于完成金属和非金属材料的冲裁、弯曲、拉深、镦锻、挤压等工序
14、。由于加载形式和被加工材料的性质、规格不同，因而各种模具的工作条件差别很大，故其失效形式也不相同。1.1.1 冷作模具的工作条件1.1.冷冲裁模的工作条件冷冲裁模的工作条件 冷冲裁模主要用于各种板材的冲切及成形。模具的工作部位是凸、凹模的刃口，刃口工作时受到压力及摩擦力的作用。根据被切板料的厚度，冷冲裁模具分为薄板冲裁模（板厚1.5mm）和厚板冲裁模（板厚1.5mm）两种，在冲裁软质薄板时，冲头的压力并不大。在冲裁中、厚钢板时，尤其是在厚钢板上冲小孔，冲头所承受的单位压力很大，对模具要求更高。1.1.1 冷作模具的工作条件2.2.冷弯曲模的工作条件冷弯曲模的工作条件 冷弯曲模主要用于各种金属零
15、件的弯曲成形，作用于模具的力量不很大。但对有些模具的形状过于复杂，而造成巨大的应力集中时，则要求具有高的断裂抗力。1.1.1 冷作模具的工作条件3.3.冷拉深模的工作条件冷拉深模的工作条件 冷拉深模主要用于软质板材的冷拉深成形，这一工序的工作应力不大，要求模具的工作面保持较低数值粗糙度不发生黏附磨损和擦伤。如果被拉深的板材较薄、强度较低、塑性较高、模具承受载荷较轻时，属于轻载拉深；如被拉深材料强度较高或板材较厚时，则模具承受载荷较大，属于重载拉深。1.1.1 冷作模具的工作条件4.4.冷镦模的工作条件冷镦模的工作条件 冷镦成形工艺主要用在紧固件、滚动轴承、滚子链条、汽车零件等。零件的冷镦成形在
16、冷镦机上进行，冷镦频率为60120次/min，冲击力从300KN到2500K。冷镦凸模承受强烈的冲击力，又由于被镦材料硬度不均，坯料端面不平，冷镦机精度不够等原因，还可使凸模产生弯曲应力；凸模表面还承受剧烈的冲击性摩擦，可使凸模面磨损。冷镦凹模的型腔承受冲击性胀力，型腔表面还承受强烈的摩擦和压力。1.1.1 冷作模具的工作条件5.5.冷挤压模的工作条件冷挤压模的工作条件 冷挤压成形时,凸模受到巨大的压应力，当毛坯端面不平整，凸模和凹模不同心时，凸模必然会受到弯曲应力的作用，此外，脱模时由于毛坯与凸模之间的摩擦，使凸模还受到拉应力的作用。因此，在多种作用力的叠加作用下，在凸模应力集中处，极易发生
17、脆性断裂（折断、劈裂）等。同时，凹模内壁受到变形金属的强烈摩擦，容易导致磨损，此外，凹模还受到切向应力的作用，有胀裂的可能。1.1.2 冷作模具的失效形式1.1.冷作模具的主要失效形式冷作模具的主要失效形式（1 1）断裂失效断裂失效（2 2）变形失效变形失效（3 3）磨损失效磨损失效（4 4）咬合失效咬合失效（5 5）啃伤失效啃伤失效（1 1）断裂失效）断裂失效 模具在使用中突然出现裂纹或发生破损而失效，按其损坏情况可分为局部破损（剥落、崩刃、掉牙等）和整体性破损（如碎裂、断裂、胀裂、劈裂等）。它们的特点是破损大多产生在受力最大的工作部位，或是在截面变化的应力集中处。按断裂过程特征可分为脆性断
18、裂和疲劳断裂两种形式。1）脆断失效:主要是由于模具存在冶金缺陷。2）疲劳断裂失效:主要是由于循环应力所造成，其断裂过程要比脆断失效缓慢的多。（2 2）变形失效）变形失效 模具在使用过程中发生塑性变形，失去原有的几何形状，通常发生在硬度偏低或淬硬层太薄的模具，具体表现为凸模镦粗、弯曲；凹模型腔下沉塌陷、棱角堆塌、模孔胀大等。 （3 3）磨损失效）磨损失效 冷作模具在工作时，坯料沿着模具表面既滑动又流动，使模具与坯料间产生了很大摩擦力，造成模具表面被划出或多或少的凹凸痕迹，这些痕迹与坯料表面的凹凸不平相咬合，在模具表面逐渐产生了机械破损而磨损。如果在凸凹模之间夹有细而硬的夹杂物如氧化物等，将导致模
19、具磨损加剧，以致于使模具和坯料表面刮伤或黏着等。 在模具中常遇到的磨损形式有，磨料磨损、黏着磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损等。（4 4）咬合失效）咬合失效 当坯料与模具表面接触时，在高压摩擦下，润滑油膜破坏，发生咬合。此时，金属坯料“冷焊”在模具型腔表面上，使后续加工的工件表面就会被冷焊在型腔表面的金属瘤划出道痕。造成工件表面粗糙度值变大，甚至出现沟槽。 在弯曲、拉深、冷镦、冷挤压等成形中，咬合是最常见的一种失效形式。当工件表面出现划痕和拉沟时，模具必须进行研磨与抛光，特别是在拉深成形中出现咬合现象时，模具必须经过修整后才能继续生产。（5 5）啃伤失效）啃伤失效 当冲头与凹模直接碰撞时，将出现啃伤失
20、效。其表现形式为模具刃口崩裂，使冲件的毛刺突然增大。一旦出现啃伤后，模具的修磨量剧增到0.50.2mm，才能去除损伤部分恢复锐利的刃口。2.2.各类冷作模具的失效特点各类冷作模具的失效特点（1 1）冷冲裁模冷冲裁模（2 2）冷拉深模冷拉深模 （3 3）冷镦模冷镦模 （4 4）冷挤压模冷挤压模 1.1.2 冷作模具的失效形式（1 1）冷冲裁模）冷冲裁模 磨损是冲裁模最基本的失效形式，当刃口磨损严重时，会使冲件产生毛刺，此时模具就会因磨损超差而不能再用。当冲件厚度大或具有较强的磨粒磨损作用（如硅钢片等）或咬合倾向（如奥氏体钢）时，都会加快磨损失效。薄板冷冲裁模的主要失效形式是磨损，极少情况是脆断失
21、效，脆断的原因主要是热处理不当或操作失误；厚板冲裁模除磨损外，还可能发生崩刃、断裂等。（2 2）冷拉深模）冷拉深模 在拉深外观要求光滑的各种仪表、电器、汽车、轻工产品的工件时，模具主要是由于咬合而失效。黏附是拉深过程常出现的问题，是造成模具咬合失效的重要原因，模具表面越硬，越光洁，如在润滑条件较好的条件下拉深，则越不易发生黏附现象。（3 3）冷镦模）冷镦模 冷镦模主要的失效方式是开裂、折断，即由韧性不足引起的损伤占有很大比例，因上述原因导致的失效占90%以上，材料韧性不足极大影响着模具寿命。 （4 4）冷挤压模）冷挤压模 冷挤凸模的失效形式有折断、疲劳断裂、塑性变形及磨损；凹模的失效形式主要是
22、胀裂及磨损。 1.1.3 冷作模具材料的性能要求 冷作模具在工作中由于承受拉伸、压缩、弯曲、冲击、疲劳等机械力的作用，从而发生脆断、堆塌、磨损、咬合、啃伤、软化等现象。因此，冷作模具材料应具有高的磨损抗力、断裂抗力、疲劳抗力、抗咬合能力等。1.1.冷作模具材料的主要性能指标冷作模具材料的主要性能指标（1 1）耐磨性能耐磨性能（2 2）变形抗力变形抗力（3 3）断裂抗力断裂抗力（4 4）咬合抗力咬合抗力（5 5）受热软化抗力受热软化抗力1.1.3 冷作模具材料的性能要求（1 1）耐磨性能）耐磨性能 材料的耐磨性能好坏与材料的硬度及组织有关。一般条件下，材料的硬度愈高，耐磨性愈好。另外，软的基体与
23、分布均匀的硬质点的材料组织，其耐磨性能较好。 （2 2）变形抗力）变形抗力 表征冷作模具材料变形抗力的指标，主要有硬度、拉伸屈服点、压缩屈服点、弯曲屈服点。1）硬度：在一定硬度范围内，硬度与变形抗力成正比。实践表明，在同一硬度条件下，不同冷作模具材料在使用过程中所表现的变形抗力，有明显的差别。因此单纯用硬度指标并不能充分反映各种模具材料的变形抗力。2）压缩屈服点：压缩屈服点是衡量冷作模具材料变形抗力的主要指标。3）弯曲屈服点：弯曲试验的优点是测试方便，应变量的绝对值大，能灵敏地反映出不同钢材之间，以及在不同热处理条件下的变形抗力的差别。（3 3）断裂抗力）断裂抗力1）一次性脆断抗力：能表征一次
24、性脆断抗力的指标为：一次冲击断裂功，抗压强度和抗弯强度。上述指标可反映冲头在过载时的断裂抗力。2）疲劳断裂抗力：由在一定的循环载荷下所表现的断裂循环次数或在规定的循环次数导致试样断裂的载荷值来表征，可用下列指标来反映：小能量多次冲击断裂功或多次冲击断裂寿命；拉-压疲劳强度或疲劳寿命；接触疲劳强度或接触疲劳寿命。3）裂纹断裂抗力：当模具中已存在微裂纹后，其断裂抗力大大减弱。因此，不能采用光滑试样测试的各种断裂抗力，来评价裂纹体的断裂抗力。根据断裂力学理论，可采用断裂韧度指标来表征裂纹体的断裂抗力。（4 4）咬合抗力）咬合抗力 咬合抗力实际就是对发生“冷焊”的抵抗能力。通常在干摩擦条件下，把被试验
25、模具钢的试样，与具有咬合倾向的材料（如奥氏体钢），进行恒速对偶摩擦运动，以一定速度逐渐增大载荷，此时转矩也相应增大，当载荷加大到某一临界数值时，转矩突然急剧增大。这意味着已发生咬合。这一载荷称为“咬合临界载荷”。临界载荷愈高，标志着咬合抗力愈强。 (5)(5)受热软化抗力受热软化抗力 受热软化抗力，反映冷作模具在承载时的温升对硬度、变形抗力及耐磨性的影响。表征冷作模具钢受热软化抗力的指标主要有两项：软化温度（）；二次硬化硬度（HRC）如表1-2。1.1.3 冷作模具材料的性能要求2.2.各类冷作模具的材料性能要求各类冷作模具的材料性能要求（1 1）冷冲裁模冷冲裁模（2 2）冷拉深模冷拉深模（3
26、 3）冷镦模冷镦模（4 4）冷挤压模冷挤压模（1 1）冷冲裁模：）冷冲裁模： 通过对冷冲裁模工作条件及失效形式的分析，对薄板冲裁模具用钢则要求具有高的耐磨性，而对厚板冲裁模除要求具有高的耐磨性、抗压屈服点外，为防止模具崩刃或断裂，还应具有高的强韧性。（2 2）冷拉深模：）冷拉深模： 对冷拉深模用钢的性能要求，主要是模具应有高的强度和耐磨性，在工作时不发生黏附和划伤，具有一定韧性及较好的切削加工性能，并要求热处理时模具变形小。（3 3）冷镦模：）冷镦模： 冷镦模具除应具备高硬度，高强度和高的耐磨性外，还需有高的冲击韧度以增强模具在冲击载荷作用下的断裂抗力和疲劳抗力。 （4 4）冷挤压模：）冷挤压
27、模： 制作冷挤压模具的材料必须具有高的强韧性及良好的耐磨性。一般要求硬度6163HRC，硬度过高，模具容易碎裂、崩块；硬度不够，模具容易磨损，也可能发生压塌及变形。1.2 冷作模具材料 冷作模具钢是应用最广的冷作模具材料。按化学成分、工艺性能和承载能力可将冷作模具钢分类为表1-3所示。 类 形钢 号低淬透性冷作模具钢T7A、T8A、T10A、T12A、8MnSi、Cr2、9Cr2、Cr06、W、GCr15、V、CrW5低变形冷作模具钢9Mn2V、CrWMn、9SiCr、9CrWMn、9Mn2、MnCrWV、SiMnMo高耐磨微变形冷作模具钢Cr12、Cr12Mo1V1（D2）、Cr12MoV、
28、Cr5Mo1V、Cr4W2MoV、Cr12Mn2SiWMoV、Cr6WV、Cr6W3Mo2.5V2.5高强度高耐磨冷作模具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N高强韧性冷作模具钢6W6Mo5Cr4V、65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（LD）、7CrSiMnMoV（CH-1）、5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）、6CrNiSiMnMoV（GD）、8Cr2MnWMoVS高耐磨高强韧性冷作模具钢9Cr6W3Mo2V2（GM）、Cr8MoWV3Si（ER5）特殊用途冷作模具钢9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4、1Cr
29、18Ni9Ti、5Cr21Mn9Ni4W、7Mn15Cr2Al3V2WMo1.1.碳素工具钢碳素工具钢 常用的碳素工具钢有T7A、T8A、T10A、T12A，其中T7A为亚共析钢，T8A为共析钢。（1）钢的力学性能（2）工艺性能（3）碳素工具钢的选用2.GCr152.GCr15钢钢 GCr15钢是专用的轴承钢之一，但也常用来制造冷作模具，如落料模、冷挤压模和成形模等。该钢具有过共析成分，并加入少量的铬以提高淬透性和耐回火性。 （1）钢的力学性能（2）钢的工艺性能1.2.1 低淬透性冷作模具钢 1.2.2 低变形冷作模具钢 低变形冷作模具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的铬、钼、钨、钒、硅、锰
30、等合金元素，可以降低淬火冷却速度，减少了热应力和组织应力，减少了淬火变形及开裂倾向，钢的淬透性也明显提高。因此，碳素工具钢不能胜任的模具，可考虑用高碳低合金来制作。 低变形冷作模具钢常用的钢号有：CrWMn、9Mn2V、9SiCr、9CrWMn、9Mn2、MnCrWV、SiMnMo等。这里仅介绍前面三种。 1.2.2 低变形冷作模具钢 1.1.化学成分及相变点化学成分及相变点 冷作模具钢的化学成分及相变点见表1-10和表1-11。 2.2.力学性能力学性能 CrWMn、9Mn2V、9SiCr具有较高的硬度和耐磨性。钨还能细化晶粒，使钢具有较好的韧性。3.3.工艺性能工艺性能 （1）锻造工艺（2
31、）退火工艺（3）淬火工艺（4）回火工艺4.4.使用范围使用范围CrWMn主要用作轻载拉深模及弯曲翻边模等。9Mn2V适于制造一般要求的尺寸较小的冷冲压模、雕刻模等。9SiCr适于制作冲模及打印模等。1.2.3 高耐磨微变形冷作模具钢 高耐磨微变形钢常用钢号有：Cr12 、Cr12MoV 、Cr12Mo1V1（D2）、Cr5Mo1V、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV、Cr6WV、Cr6W3Mo2.5V2.5，这里主要介绍高碳高铬的Cr12形三种钢。 1.2.3 高耐磨微变形冷作模具钢1.Cr12形高碳高铬钢的化学成分及相变点2.组织与性能 硬度高、耐磨性高、淬透性好，加入Mo和V的Cr
32、12MoV及Cr12Mo1V1钢，回火稳定性和淬透性高，改善了钢的韧性。3.锻造及退火（1）锻造及改锻的必要性 （2）锻造工艺与实际操作 （3）退火工艺 4.热处理工艺（1）淬火 （2）回火 5.应用范围 几乎在所有冷作模具中均有应用。 1.2.4 高强度高耐磨冷作模具钢 高速钢具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性，采用低温淬火、快速加热淬火等工艺措施可以有效地改善其韧性。因此，高速钢越来越多地应用于要求重载荷、高寿命的冷作模具。 常用的钢号有W18Cr4V（18-4-1）、W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）、W12Mo3Cr4V3N（V3N）以及为提高韧性而研制的降碳降钒高速钢6W6Mo5C
33、r4V（低碳M2或称66），这些钢在制造重载荷的冷作模具方面取得了良好的使用效果。 1.2.4 高强度高耐磨冷作模具钢1.化学成分 2.工艺性能（1）锻造（2）退火 （3）淬火 （4）回火 （5）淬、回火注意事项3.力学性能 右图为低碳2钢不同温度回火后的力学性能。 4.应用 主要用于重载荷凸模。6W6Mo5Cr4V钢力学性能与回火温度关系（1200淬火）1.2.5 高强韧性冷作模具钢 高强韧性冷作模具钢具有最佳的强韧性配合，此类钢包括基体钢、低合金高强度钢、降碳减钒的低碳M2钢，马氏体时效钢等。基体钢是指具有高速钢正常淬火后基体成分的钢，这类钢的碳质量分数一般为0.5%左右，合金元素质量分数
34、在10%20%范围内，在具有一定耐磨性和硬度的前提下，抗弯强度的韧性得到显著改善。1.2.5 高强韧性冷作模具钢1.1.基体钢基体钢2.2.低合金高强度钢低合金高强度钢6CrNiSiMnMoV6CrNiSiMnMoV（GDGD）3.3.火焰淬火冷作模具钢火焰淬火冷作模具钢7CrSi7CrSin noVoV（CH-1CH-1） 4.4.易切削精密冷作模具钢易切削精密冷作模具钢8Cr2MnWMoVS8Cr2MnWMoVS（8Cr2S8Cr2S）1.1.基体钢基体钢（1） 65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）钢1）65Nb钢化学成分及相变点 2）工艺性能锻造 退火 淬火 回火 3）力学性能4）应用
35、范围（2） 7Cr7Mo2V2Si（LD）钢1）成分及相变点 2）工艺性能锻造 退火 淬火 回火推荐工艺 3）力学性能4）应用范围（3） 5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）钢1）成分及相变点 2）工艺性能锻造 退火 淬火 回火推荐工艺 3）力学性能4）应用范围2.2.低合金高强度钢低合金高强度钢6CrNiSiMnMoV6CrNiSiMnMoV（GDGD）（1）化学成分及相变点（2）工艺性能1）锻造2）退火3）淬火4）回火5）推荐热处理工艺（3）力学性能（4）应用范围3.3.火焰淬火冷作模具钢火焰淬火冷作模具钢7CrSi7CrSin noVoV（CH-1CH-1）（1）化学成分及相变点（
36、2）工艺性能 1）锻造工艺 2）退火 3）淬火及回火 整体淬火、回火 火焰表面淬火（3）力学性能（4）应用范围 4.4.易切削精密冷作模具钢易切削精密冷作模具钢8Cr2MnWMoVS8Cr2MnWMoVS（8Cr2S8Cr2S）（1）化学成分及相变点 （2）工艺性能 1）锻造 2）退火 3）淬火及回火（3）应用范围1.2.6 高耐磨高强韧性冷作模具钢 高强韧性钢虽然克服了高铬、高速钢的脆断倾向，但由于钢中含碳量的减少，其耐磨性不如高铬钢和高速钢。 对一些以磨损为主要失效形式的模具，上述钢种仍满足不了要求。为此研制了高耐磨、高韧性的冷作模具钢，其典形钢种主要有GM、ER5。1.2.6 高耐磨高强
37、韧性冷作模具钢1.9Cr6W3Mo2V21.9Cr6W3Mo2V2（GMGM）钢）钢 9Cr6W3Mo2V2（GM）钢的耐磨性、强韧性、加工性能都优于Cr12形钢，是较理想的精密、耐磨冷作模具钢。 2.Cr8MoWV3Si2.Cr8MoWV3Si（ER5ER5）钢）钢 ER5钢的化学成分与基体钢比较，ER5钢提高了含碳量、含钒量以及Cr、Mo、W等碳化物形成元素，因而使ER5钢具有高耐磨性及高强韧性。1.1. 9Cr6W3Mo2V2 9Cr6W3Mo2V2（GMGM）钢）钢（1）化学成分及相变点（2）工艺性能 1）锻造工艺 2）退火 3）淬火及回火（3）力学性能 1）硬度 2）抗压及抗弯性能
38、3）冲击韧度 4）冲击磨损性能（4）使用范围2.2.Cr8MoWV3SiCr8MoWV3Si（ER5ER5）钢）钢（1）化学成分及相变点（2）工艺性能 1）锻造工艺 2）退火 3）淬火、回火工艺 4）推荐热处理工艺（3）力学性能 1）抗拉强度 2）抗压性能 3）抗弯强度（4）使用范围1.1.耐蚀冷作模具钢耐蚀冷作模具钢 耐蚀冷作模具钢的成分特点是高碳高铬，既具有高的硬度和耐磨性，又具有良好的耐蚀性能。2.7Mn15Cr2Al3VWMo2.7Mn15Cr2Al3VWMo（7Mn157Mn15）无磁冷作模具钢）无磁冷作模具钢 作为无磁模具钢，除具备一般冷作模具钢的使用性能外，还具有在磁场中使用时不
39、被磁化的特性。该钢具有非常低的磁导率、高的硬度、强度和较好的耐磨性。（1）化学成分（2）工艺性能1）锻造2）退火3）固溶处理4）时效处理5）气体氮碳共渗（3）力学性能（4）应用 制造无磁模具，也可制造700800使用的热作模具。1.2.7 特殊用途冷作模具钢 硬质合金的种类很多，但制造模具用的硬质合金通常是金属陶瓷硬质合金和钢结硬质合金。1.金属陶瓷硬质合金2.钢结硬质合金（1）DT合金的力学性能（2）DT合金的热加工特性1）退火工艺2）淬火、回火工艺3）锻造工艺性（3）DT合金的切削加工性（4）DT合金的应用1.2.8 硬质合金1.3 冷作模具零件的热处理工艺 在模具材料选定之后，必须配以正
40、确的热处理，才能保证模具的使用性能和寿命。1.1.冷作模具的制造工艺路线冷作模具的制造工艺路线2.2.冷作模具的淬火冷作模具的淬火 3.3.冷作模具钢的强韧化处理工艺冷作模具钢的强韧化处理工艺 1.3.1 冷作模具的热处理工艺1.1.冷作模具的制造工艺路线冷作模具的制造工艺路线 模具的成形加工和热处理工序安排对模具的质量也有很大影响，在制定与实施热处理工艺时，必须予以考虑。通常冷作模具的制造工艺路线有以下几种。（1）一般成形冷作模具锻造球化退火机械加工成形淬火与回火钳修装配。（2）成形磨削及电加工冷作模具锻造球化退火机械粗加工淬火与回火精加工成形（凸模成形磨削，凹模电加工）钳修装配。（3）复杂
41、冷作模具锻造球化退火机械粗加工高温回火或调质机械加工成形钳工修配。在热处理工序安排上要注意以下几点：在热处理工序安排上要注意以下几点：对于位置公差和尺寸公差要求严格的模具，为减少热处理变形，常在机加工之后安排高温回火或调质处理；对于线切割加工模具，由于线切割加工破坏了淬硬层，增加淬硬层脆性和变形开裂的危险性，因而，线切割加工之前的淬回火，常采用分级淬火或多次回火和高温回火，以使淬火应力处于最低状态，避免模具线切割时变形、开裂；为使线切割模具尺寸相对稳定，并使表层组织有所改善，工件经线切割后应及时进行再回火，回火温度不高于淬火后的回火温度。2.2.冷作模具的淬火冷作模具的淬火 淬火是冷作模具的最
42、终热处理中最重要的操作，它对模具的使用性能影响极大。主要的工艺问题有以下几个方面主要的工艺问题有以下几个方面: :（1）合理选择淬火加热温度（2）合理选择淬火保温时间（3）合理选择淬火冷却介质（4）采用合适的淬火加热保护措施3.3.冷作模具钢的强韧化处理工艺冷作模具钢的强韧化处理工艺 冷作模具钢的强韧化处理工艺主要包括：低淬低回、高淬高回、微细化处理、等温和分级淬火等。（1）冷作模具钢的低温淬火工艺（2）冷作模具钢的高温淬火工艺（3）冷作模具钢的微细化处理（4）冷作模具钢的分级淬火和等温淬火（5）其它强韧化处理方法 模具在最终淬火、回火之前进行的正火、球化退火、调质以及低温回火等统称预备热处理
43、，而最终热处理工序是使模具获得必要的性能，保证模具寿命的重要工序。1.1.冷冲裁模具的热处理冷冲裁模具的热处理（1）薄板冲裁模的热处理（2）厚板冲裁模的热处理（3）冷剪刀的热处理（4）冲裁模的热处理操作（5） 冷冲裁模具的表面强化处理1.3.2 主要冷作模具的热处理特点2.2.冷镦模热处理特点冷镦模热处理特点 冷镦模的失效方式主要是开裂、折断，即由韧性不足导致的失效占90%以上，材料韧性不足极大影响着模具寿命。因此，如何通过热处理工艺制度的改善获得高耐磨、高强韧性是提高冷镦模寿命的关键之一。冷镦模的热处理有如下特点冷镦模的热处理有如下特点。（1）对于碳素工具钢制冷镦凹模，常采用喷水淬火法。（2
44、）冷镦模必须充分回火，回火保温时间应在2h以上，并进行多次回火，使其内应力全部释放。（3）采用中温淬火、中温回火工艺。（4）采用快速加热工艺。（5）采用表面处理。3.3.冷挤压模的热处理特点冷挤压模的热处理特点 根据冷挤压模材料的性能要求，即具有高的硬度、耐磨性、抗压强度、高强韧性，一定的抗耐热疲劳性和足够的回火抗力。（1）采用常规工艺下限温度淬火，再经回火得到高强韧性。（2）采用较长时间的回火或多次回火，消除应力，提高韧性，稳定尺寸。（3）对于以脆性破坏为主，韧性不足的采用等温淬火工艺，（4）应用表面强化处理。（5）在使用过程中进行低温去应力回火。 拉深模应具有高的硬度，良好的耐磨性和抗粘附
45、性能。（1）要避免模具表面产生氧化脱碳。氧化脱碳会造成模具淬火后硬度不足或出现软点。当表面硬度低于500HV以下时，模具表面就会出现拉毛现象。同时还要防止磨削引起二次回火使表面硬度降低。（2）为了提高拉深模表面的抗磨损和抗粘附性能，常对模具进行表面处理，如渗氮、渗硼、镀硬铬、渗钒等。拉深模的典型热处理规范见表1-55。5.综合实例 热作模具主要用于高温条件下的金属成形。 热作模具按其用途可分为锤锻模、机锻模、热挤压模、压铸模和热冲裁模等五大类。 热作模具是在机械载荷和温度均发生循环变化下工作，由于使用的成型设备和被加工材料差别，模具的工作条件存在较大差异。因此，模具的失效形式不同，对模具材料的
46、性能要求也各不相同。 2.1 热作模具零件的失效形式1.1.锤锻模的工作条件锤锻模的工作条件承受巨大的冲击载荷，又受高温的作用。2.2.压力机模具的工作条件压力机模具的工作条件受静压力，冲击成分小，模具型腔的表面温度高于锤锻模。3.3.热挤压模的工作条件热挤压模的工作条件既承受压缩应力和弯曲应力，也承受一定的拉应力，还受到冲击负荷的作用，模具受热温度比锤锻模更高。4.4.金属压铸模的工作条件金属压铸模的工作条件型腔表面承受液态金属的冲刷、侵蚀、高温及急冷急热作用。5.5.热冲裁模的工作条件热冲裁模的工作条件各种热冲裁模刃口部位所承受的热载荷和机械载荷，差别很大。热冲裁模刃口应具有足够的热强性和
47、耐磨性。2.1.1 热作模具的工作条件 1. 1.常见热作模具的失效形式常见热作模具的失效形式（1）塑性变形（2）热疲劳（3）热磨损（4）断裂（5）热熔损和冲蚀 2.2.各类热作模具失效特征及其概率统计各类热作模具失效特征及其概率统计2.1.2 热作模具的失效形式2.1.3 热作模具材料的性能要求1.1.热作模具材料的主要性能指标热作模具材料的主要性能指标室温硬度、高温硬度室温抗拉强度、高温抗拉强度室温冲击韧度、高温冲击韧度冷热疲劳抗力、断裂韧度还要求具有某些特殊性能还要求具有某些特殊性能（1）热稳定性（2）回火稳定性（3）热疲劳抗力及断裂韧度（4）高温磨损与抗氧化性能2.2.各类热作模具的材
48、料性能要求各类热作模具的材料性能要求（1）锤锻模：较高的高温强度和韧性，良好的耐磨性，还应有冷热疲劳和机械疲劳抗力的要求。此外，锤锻模尺寸比较大，还要求锤锻模用钢具有高的淬透性。（2）热挤压模：具有高的热稳定性，较高的高温强度和足够的韧性，良好的耐热疲劳性和高的耐磨性。（3）压铸模：较高的耐热性和良好的高温力学性能，优良的耐热疲劳性，高的导热性，良好的抗氧化性和耐蚀性，高的淬透性等。（4）热冲裁模：工作温度较低，应具有高的耐磨性、良好的强韧性以及加工工艺性能。2.1.3 热作模具材料的性能要求2.2 热作模具材料2.2.1 热作模具钢的分类及钢号 1.1.热作模具钢的分类热作模具钢的分类 （1
49、）按用途分类：热锻模用钢、热挤压模用钢、压铸模用钢、热冲裁模用钢。（2）按工作温度分：低耐热钢（350370）、中耐热钢（550600）、高耐热钢（580650）。（3）按性能分：高韧性热作模具钢、高热强热作模具钢、高耐磨热作模具钢。2.2.热作模具钢的标准钢号热作模具钢的标准钢号 国家标准GB129985合金工具钢技术条件列入了12个热作模具钢钢号。 锤锻模常用钢种主要有：5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV等，此外还有国内近年来研制的新钢种，如4SiMnMoV、 5Cr2NiMoVSi、 45Cr2NiMoVSi等。其中45Cr2NiMoVSi是应用比较成熟的高强韧大截面锤
50、锻模具钢。1. 5CrNiMo1. 5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMo及及4CrMnSiMoV4CrMnSiMoV钢钢（1）临界点 （2）力学性能（3）工艺性能1）锻造2）退火3）淬火4）回火（4）实际应用2.2.2 热锻模用钢2. 5Cr2NiMoVSi2. 5Cr2NiMoVSi及及45Cr2NiMoVSi45Cr2NiMoVSi钢钢（1）化学成分及临界点（2）力学性能（3）工艺性能 1）锻造 2）退火 3）淬火及回火（4）实际应用2.2.2 热锻模用钢 常用的热挤压模具用钢是钨系热作模具钢和铬系热作模具钢，还有铬钼系、钨钼系和铬钼钨系等新型的热作模具钢以及基体钢等。a.5%铬系