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模具材料范文1
1 锁具钣金的设计要求
1.1 锁具钣金模具材料的使用性能 ①强度。强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标。冷作锁具钣金模具的设计和使用，必须保证其具有足够的强度，以防止锁具钣金模具的变形、破裂和折断。高强度的获得，主要通过适当的热处理工艺。②硬度。锁具钣金模具零件硬度的高低，对锁具钣金模具的使用寿命影响很大，因此也是锁具钣金模具设计的重要指标。③韧性。韧性是材料在冲击载荷作用下抵抗产生裂纹的一个特性，是锁具钣金模具钢的一种重要性能指标。对韧性的具体要求，应根据锁具钣金模具的工作条件考虑。对冲击载荷较大，受偏心弯曲载荷或应力集中等的锁具钣金模具，都需要足够的韧性。④耐磨性。耐磨性除影响锁具钣金模具寿命外，还影响产品的尺寸精度和表面粗糙度。一般锁具钣金模具材料的硬度要求，应高于坯料硬度的30％～50％，锁具钣金模具材料的金相组织要求，为基体上分布着细小、弥散的细颗粒状碳化物的下贝氏体或回火马氏体。⑤抗疲劳性。抗疲劳力是反映材料在交变载荷作用下，抵抗疲劳破坏的性能指标。根据不同的应用场合，分为疲劳强度、疲劳裂纹萌生力、疲劳裂纹扩展抗力、小能量多冲抗力等。⑥热稳定性。热稳定性表示锁具钣金模具在使用过程中，工作部位因受热而保持组织和性能稳定的能力。对于高速冲裁或剧烈摩擦磨损的冷作锁具钣金模具，宜选择一些具有二次硬化能力的高合金钢。
1.2 锁具钣金模具材料的工艺性能 ①锻造工艺性能。②切削加工工艺性能。③热处理工艺性能。热处理工艺的好坏，对锁具钣金模具质量有较大影响。一般要求热处理变形小，淬火温度范围宽，过热敏感性小，脱碳敏感性低，特别要有较大的淬硬性和淬透性。淬硬性，保证了锁具钣金模具的硬度和耐磨性；淬透性，保证了大尺寸模具的强韧性及断面性能的均匀性。
2 锁具钣金模具材料的种类及特性
2.1 碳素工具钢 碳素工具钢的含碳量在0.7%~1.3%范围内，价格便宜，原材料来源方便，加工性能好，热处理后可以得到高硬度和高耐磨性，用于制作尺寸不大、形状简单、受轻负荷的锁具钣金模具零件。T10A是最常用的钢材，是性能较好的代表性碳素工具钢，耐磨性也较高，经适当热处理可得到较高强度和一定韧性，合适制作要求耐磨性较高而承受冲击载荷较小的锁具钣金模具。T8A淬透性、韧性等均优于T10A，耐磨性也较高，适合制作小型拉伸、挤压模。
2.2 低合金工具钢 低合金工具钢，是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。这样可以降低淬火冷却速度，减少热应力和组织应力，减少淬火变形及开裂倾向，钢的淬透性也明显提高。用于制造锁具钣金模具的低合金钢有CrWMn、9Mn2V、9SiCr、9CrWMn、9Mn27CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiMnSiMoV(代号GD)等。
2.3 高碳高铬冷作锁具钣金模具钢 高碳高铬冷作锁具钣金模具钢包括Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2），具有高硬度、高强度、高耐磨性、易淬透、稳定性高、抗压强度高及淬火变形小等优点。高碳高铬钢经锻造后的毛坯硬度较高（大约在550HB左右），内应力较大，在室温下长期停留会发生开裂报废，为消除内应力，降低硬度，改善切削加工性能，必须进行退火处理。
2.4 高速钢 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、高寿命的冷作锁具钣金模具。钨钼系高速钢，因其含碳化物分布较均匀，颗粒细小其抗弯强度与塑性、冲击韧性等都相对较高，而硬度与二次硬化能力都得以保持。
2.5 硬质合金 硬质合金具有高的硬度、高的抗压强度和高的耐磨性，所以用其制作的锁具钣金模具坚固耐用，且制品表面质量好，故适用于大批量生产，主要用来制作多工位级进模，大直径拉深凹模镶块。缺点是脆性大，加工困难，不能锻造及热处理，且成本高，致使其应用受限制。
2.6 钢结硬质合金 钢结硬质合金是以难熔金属碳化物为硬质相，以合金为粘结剂，用粉末冶金方法生产的一种新型锁具钣金模具材料，具有硬质合金的高硬度、高耐磨性和高抗压强度，又具有钢的可加工性和热处理性。
3 锁具钣金模具材料的选用
锁具钣金模具材料的选用，不仅关系到锁具钣金模具的使用寿命，而且也直接影响到锁具钣金模具的制造成本，因此是锁具钣金模具设计中的一项重要工作。在冲压过程中，选择锁具钣金模具材料应遵循如下原则：①根据锁具钣金模具种类及其工作条件，选用材料要满足使用要求，应具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐冲击、耐疲劳性等；②根据冲压材料和冲压件生产批量选用材料；③满足加工要求，应具有良好的加工工艺性能，便于切削加工，淬透性好、热处理变形小；④满足经济性的要求。
模具材料范文2
关键词 关键因素；降低模具制造成本；提高模具加工速度；获得稳定；长寿命模具
中图分类号：TG162 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）13-0061-01
1 概述
模具材料是现代模具设计、制造的基础。由于精密成形工述况条件的要求，金属材料在当前及今后相当长时间内是模具材料的主体，其中钢铁材料占主导地位，铜及铜合金、铝及铝合金等合金材料也开始用作模具材料。高品质、高性能、低成本将主导未来模具材料研发方向，欧美日等发达国家垄断高档模具材料研发和生产的局面将被打破。
热处理技术是提高复杂、精密、长寿命模具水平的关键因素。热处理及表面改性技术将围绕最大限度实现材料特性、降低模具制造成本、提高模具加工速度、获得稳定、长寿命模具，在大型无氧化热处理装备技术，微变形热处理工艺技术和高效清洁耐磨的表面改性技术将在未来20年内得到充分发展。
2 未来市场需求及产品
2008年国内模具材料产量近60万t，到2015年模具钢的市场需求将不低于100万t。预计到2020年，在中高端模具材料市场实现完全替代进口材料目标，模具材料的市场需求将会达到150万t。
将材料性能、制备技术、热处理技术进行标准化。长寿命、低成本、高品质、高性能模具材料将具有广阔的市场需求。
3 关键技术
3.1 高寿命专用模具材料的开发与制备技术
1）现状。实际工况中可选用的模具材料范围很小，基本为通用型模具材料，无法将材料特点、工况条件、使用寿命综合考虑，使模具材料无法充分发挥性能效率。
2）挑战。将工况条件、失效特征、寿命指标与材料性能特点建立关系图，完成材料产品系列化、性能系列化、应用系列化；将材料性能与模具工况实现最佳对接，实现材料性能的最佳发挥、模具寿命的最优体现。
3）目标。通过对模具材料的系列化开发，实现各类模具使用条件与材料性能特点的对接，专材专用，既充分发挥材料的性能特点，又有效提高模具的使用寿命，还大大降低材料的生产成本。
3.2 高品质优质模具材料的开发与制备技术
1）现状。与国外模具材料相比较，国内模具材料最大的差距是材料性能的稳定性，严重制约国内模具材料在中高端模具中的使用。
2）挑战。对材料各向同性、原始晶粒度、成分均匀性提出要求。实现冶炼、高温扩散、多向锻造、预处理全方位研究，结合生产装备现代化水平的提高，实现高品质优质模具材料的生产。
3）目标。在高端模具材料制备技术上全面赶超发达国家，使国内高、中端模具材料国产化。
3.3 高性能特种模具材料的开发与制备技术
1）现状。极端工况条件下的材料无合适材料选用。如温锻、镁合金压铸、高速镦锻、钢管挤压顶头等。
2）挑战。针对极端工况条件下模具对材料性能的苛刻要求，研发性能特点突出的模具新材料及相应的制备和处理技术。
3）目标。高性能特种模具材料全面应用于工业生产，满足各种极端工况条件下的模具寿命要求。
3.4 大型、复杂模具微变形、无氧化热处理技术
1）现状。在设备和工艺上已实现对中小模具的微变形、无氧化热处理。对于大型模具的热处理要对热处理装备、工艺开展研究。
2）挑战。大型真空高压气淬炉和高精度可控气氛保护设备为实现大型复杂模具的微变形、无氧化处理创造了条件。实现装备、工艺和后续精加工配套协调的大型复杂模具的快速、经济制造。
3）目标。全面实现大型复杂模具热处理后表面无氧化，变形小，使后续精加工做到少切削或无切削，缩短模具加工周期30%。
3.5 高效、环保、耐磨表面改性技术
1）现状。有效用于模具表面改性提高模具寿命的主要技术有：氮化（氮碳共渗）技术、表面渗金属（TD）、气相沉积、表面涂覆、离子注入等。
2）挑战。实现高效率、清洁、大型化模具的表面改性技术，增强表面硬化层与基体的结合力，大幅度提高模具使用寿命。
3）目标。渗层组织、渗层厚度、结合力、耐磨性能、模具寿命的集成化控制，实现小镶块解决大模具长寿命问题。
3.6 模具材料规模化精确预处理技术
1）现状。随着模具加工设备的自动化、多功能化和加工速度的大幅度提高，使模具制造工艺有了根本的变革，许多模具的大型化、复杂化及短周期制造成为未来模具技术的发展趋势，要求模具材料产品直接预处理，满足模具工作性能要求和组织要求。该项技术目前只有在塑料模具材料上有一定应用。
2）挑战。如何实现大规格、大批量模具材料的预硬化处理、组织超细化处理、组织均匀化处理，其热处理设备保障、处理工艺研究技术和材料性能稳定性保障都将是关键难点。
3）目标。通过设备和工艺研究，对模具材料进行精确预处理控制并实现规模化生产。为减少或消除模具热处理后的精加工程序做好铺垫，从而大大提高模具的制造效率，降低生产成本。
参考文献
[1]工业和信息化部装备工业司.模具行业“十二五”发展规划[Z].北京：工业和信息化部，2011.
[2]李志刚.模具制造业信息化的现状与发展[M].中国模具工业协会，中国模具工业年鉴2008.北京：机械工业出版社，2008.
[3]李志刚.国内外汽车模具行业发展状况及趋势[J].中国模具信息，2011.
模具材料范文3
【关键字】模具材料 热处理工艺 设计选用
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450－9889(2012)03C－0190－03
一、影响模具设计选用的基本因素
近几年来，我国模具工业发展迅速，每年保持15％左右的增长速度，但模具的制造水平和使用性能与世界上发达国家相比，还有很大的差距。模具市场竞争激烈，努力缩短模具的生产周期、提高模具的质量、延长模具的性能直接和间接带来的社会效益和经济效益是难以估量的。模具的质量包括模具的精度、表面光洁度和模具性能三个方面。模具的精度和光洁度主要由机加工决定，而模具的性能取决于设计、加工、材料、热处理和使用操作等多个因素，其中材料和热处理是影响模具使用性能最重要的内在因素。
模具材料对模具性能的影响反映在模具材料的选择是正确、材质是否良好和使用是否合理三个方面。选材时应兼顾模具使用性能要求。热处理不当是导致模具早期失效的重要因素。热处理模具性能的影响主要反映在热处理技术要求不合理和热处质量不良两个方面。统计资料表明，由于选材和热处理不当。致使模具早期失效的约占接近70％，其中热处理不当约占45％，选材不当、模具结构不合理约占25％。由此可见模具材料与热处理是影响模具性能诸因素中的主要因素。
二、模具材料简介
目前，模具材料大致分为冷作模具、热作模具、塑料模具、玻璃模具四大类，并且都有专门模具材料。
(一)冷作模具材料
冷作模具种类较多，形状结构差异较大，工作条件和性能要求不一，因此冷作模具选材比较复杂，必须综合考虑，才能发挥材料的潜能。目前，我国常用冷作模具材料大致分为四大类：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金。市场流通以Crl2MoV、CrWMn、T10A等传统材料为主，比较新的模具钢，如DS、GD、CH、LD、C-M、ER5、65Nb、012AL、LMI、LM2和RM2等20多种牌号及粉末高速钢、钢结硬质合金等高档的模具材料，应用并不普遍。
(二)热作模具材料
热作模具一般在600℃左右的高温下工作，要求模具材料具有较高的强度、硬度、耐磨性、抗冷热疲劳性能、抗氧化性能和抗特殊介质腐蚀性能，用于制造锻压、热挤压、压铸、热镦模和高温超塑成形用模具。
为了适应压力加工新技术、新设备对模具材料在强韧性和热稳定性方面的高要求，国内外研制了许多新型热作模具钢，现正在生产中发挥着作用，其中有5CrNiMoV、5Cr2NiMoVSi、3Cr2MoWVNi、3Cr3M03W2V、3Cr3M03VNb、4Cr3M03SiV、4Cr3M03W4VNb、4Cr3M02MnVNbB、6W8Cr4VTi、4Cr5M02MnVSi、4Cr3M02NiVNb、4Cr3M02WVMn等材料，随着一些新的热加工技术的发展新的模具材料也应运而生，如铁基高温合金、镍基高温合金和难熔合金做高温的热作模具材料。若模具工作温度超过1000℃，一般采用钼基或钨基难熔合金制造。我国有关单位曾选择27种成熟热作模具钢材料，对其力学性能、工艺性能和使用性能进行测试和对比，并提出了各类热作模具钢的选材准则，可供借鉴。
(三)塑料模具材料
随着石化工业的迅速发展，塑料已成为十分重要的工业原料。塑料制品越来越多，用于制品的塑料模具钢消耗量达到模具钢总量的50％以上。与热作模具、冷作模具相比，塑料模具使用性能特殊，具体表现为：一是较高的硬度、一般的耐磨性、足够的硬化深度，心部要有足够的强韧性。二是较低的耐热性，在200℃～250℃的温度下长期工作，不氧化、不变形，尺寸稳定性好。三是有一定的耐蚀性。纳入国家标准的有3Cr2Mo等两个牌号，行业标准有SM5等20多个牌号，已在生产中推广使用的新钢种有10多个，初步形成了我国的塑料模具钢系列。
(四)玻璃模具材料
大多采用铸铁或铸造不锈钢，也有采用耐热钢或热作模具钢，国内有些单位正在研制新的玻璃模具钢。
三、模具热处理工艺概览
(一)热处理工艺在模具制造中的应用
1.采用锻造余热球化退火、循环退火及双细化处理工艺。20世纪80年代研制开发的模具钢快速细化退火处理新工艺，在理论和工艺上均不同于传统的高温加热缓冷(冷速＜30℃/h)球化退火和等温球化工艺，具有可消除链状碳化物，缩短退火周期，节能减排，减少氧化脱碳，球化组织细小匀圆，最终热处理后强韧性高，模具使用性能高等优点，有较好的技术经济效益。一些企业采用这一工艺满足了美国客商对模具金相组织的要求。
2.固溶双细化工艺。固溶双细化工艺完全利用热处理方法，使碳化物细化、棱角圆整化，同时使奥氏体晶粒超细化。其工艺的主要措施是高温固溶和循环细化。高温固溶可以改善碳化物的形态和粒度；循环细化的目的在于使奥氏体晶粒超细化。
3.非常规热处理工艺的运用。以下列举三类非常规工艺在模具热处理中的应用：一是热作模具钢改常规的高温回火为中温回火处理。二是3C~W8V等部分热作模具钢超高温淬火对某些模具收到奇效。三是高速钢制作的模具低温淬火性能高。
4.增加调质预处理。模具的预处理很少调质，实际上对于某些模具增加调质工序，很有好处。5CrW2Si钢制冷剪刀片，在600t废钢剪切机上使用，剪切12～25mm普通碳钢时，比未调质的性能提高5倍；Crl2钢制44mmx 85mm冷挤冲头，原工艺980℃淬火，280℃回火，硬度60～62HRC，性能7000～8000件，改为调质取代球化，性能提高到10万件以上。
5.真空及保护气氛热处理。该方法要求高精度、高性能的模具拟采用真空热处理或保护气氛热处理。
6.深冷处理。模具淬火后总会保留一定数量的残留奥氏体，为了减少或消除这些残留奥氏体，应在淬火后1h内进行深冷处理，以提高模具的硬度、耐磨性和尺寸稳定性。M12螺母冷镦模淬火后经－190℃深冷处理，性能提高两倍。
(二)模具热处理件结构工艺性
热处理模具的结构工艺性，是指在设计热处理模具，特别是淬火件时，一方面，应满足热处理模具的使用性能要求；另一方面，应考虑热处理工艺对模具结构的要求，不然会使热处理操作困难、增加淬火变形、开裂，使模具报废。因此设计人员需考虑热处理模具的结构工艺性，尽量考虑以下原则：零件设计时应尽量减小截面尺寸的差异，避免薄片和尖角。必要的截面变化应平滑过渡，形状尽可能对称，有时可适当增加工艺孔。
1.避免尖角和棱角。模具的尖角、
棱角部分是产生淬火应力最为集中的地方，往往成为淬火裂纹的起点，因此，在设计时应尽量避免，而设计成圆角或倒角。
2.截面变化应平滑过渡。厚薄悬殊的模具，在淬火冷却时，由于冷却不均匀而导致热处理变形与开裂。在模具结构设计中应采取措施开工艺孔，并合理安排孔的位置；加厚模具太薄的部分；避免盲孔和死角，盲孔和死角都使淬火时的气体无法逸出，造成硬度不均匀和淬火开裂，故应在盲孔处设置工艺排气孔或变盲孔为通孔。
3.尽量采用封闭对称结构。模具形状为开口或不对称结构时，导致淬火应力分布不均匀，容易引起变形因结构需要必须开口，制造时则应先加工成封闭结构，淬火、回火后成形开口，弹簧夹头大多采用封闭结构，淬火、回火后再用线切割切开槽口。对于完全对称的二件模具，可以先将二件加工成整体，热处理后再沿对称轴线切开。
4.采用组合结构。针对某些有淬裂倾向而各部分工作条件要求不同的模具或形状复杂的模具，在可能条件下可采用组合结构或镶拼结构。
总之，钢的淬火应力是由于淬火加热或冷却过程中工件内外温度差造成的。凡是增大工件内外温差的因素都增大工件中的淬火应力，反之亦然。
四、模具材料选择与热处理工艺选择例证
(一)低淬透性冷作模具钢及其热处理工艺
满足这些性能要求的冷作模具材料有低淬透性冷作模具钢、低变形冷作模具钢、高合金工具钢等，其中碳素工具钢是使用最多的低淬透性冷作模具钢，其特点是含碳量高，马氏体转变温度点(以下简称Ms点)低，临界冷却速度快，在快速淬火冷却时，产生热应力变形，使模具沿主导方向收缩变形，材料的含碳量越高，收缩量越大。这种收缩会在模具内部产生很大的内应力，必须通过回火或其他的方法有效地消除内应力。当然这种变形量的大小要受模具截面尺寸、淬火加热温度、淬火冷却方式和回火温度等因素的影响。因此，淬火和回火工艺是影响低淬透性冷作模具性能的主要因素。因为碳素工具钢模具多为中、小截面(10mm～50mm)。为减小淬火变形，T10A，T12A一般选择较低的淬火温度。当采用硝盐浴或碱浴冷却时，淬火加热温度可选择810～820℃；如果是水一油冷却，加热温度为760～780℃。对于T8A钢，根据模具截面尺寸的增大适当提高淬火温度以提高模具的淬火后硬度。采用水淬时，对于截面厚度t小于15ram的制件，加热温度应选择800～820℃；截面厚度t在30～50mm时，加热温度应选择820～830℃。采用硝盐浴分级淬火时，可在以上所述淬火温度上做适当调整。碳素工具钢的硬度随回火温度的升高而下降，当回火温度超过200℃时硬度就会明显下降。而且当回火温度在200～250℃时，会产生回火脆性，导致韧性下降。因此，韧性要求比较高的碳索工具钢模具应该避免在此温度回火。同时，采用250℃回火时，淬火马氏体会产生不同程度的分解，使模具产生收缩变形。因此，为了减少收缩变形，在保证模具使用性能的条件下。应尽可能降低回火温度。
(二)低变形冷作模具钢及其热处理工艺
低变形冷作模具钢是在碳素工具钢基础上加入少量合金元素发展起来的，CrWMn是其典型钢种。CrWMn钢具有高淬透性，淬火时不需要强烈的冷却，淬火变形比碳素工具钢明显减少。但是，这类钢的变形同样受到淬火加热温度、冷却方法、回火工艺和模具截面尺寸的影响。该钢淬火温度的选择，由于钨形式碳化物，所以这种钢在淬火及低温回火后具有比铬钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度。当采用800℃加热淬火时，既能获得较高的硬度(63HRC)还可以获得较高的抗弯强度和韧性。如果继续提高淬火温度，硬度上升但冲击韧度、抗弯强度会降低。当淬火温度大于850℃时，硬度也开始下降。因此，为减小变形并获得高的耐磨性，由这些钢制造的模具，其淬火加热温度不宜过高。CrWMn钢淬火常用的冷却介质是硝盐浴和矿物油，其中硝盐浴的使用温度较高而冷却能力却比油大。对于精度要求高的模具，根据硬度要求选择不同的温度进行等温淬火，等温时间不宜过长，等温后随硝盐浴一起缓冷。这样不仅能显著减小组织应力，还能有效控制变形量。CrWMn钢等温淬火后比普通淬火的强韧性高，对于易产生断裂的模具可采用等温淬火。该钢淬火后于150℃～160℃回火，可使原来淬火后膨胀的体积产生收缩。回火温度升高到220℃～240℃，又开始出现尺寸膨胀，在260℃～320℃回火时，会出现尺寸膨胀的最大值，而继续提高温度，变形又趋于收缩。当CrWMn钢要获得大于60HRC的硬度时，回火温度应不超过200℃～220℃。因此，在选择回火温度时应根据模具的结构、尺寸和硬度要求合理选择回火温度。选择合理的回火温度可以最大限度地消除由淬火产生的内应力，有效提高模具的寿命。
(三)高合金工具钢及其热处理
高耐磨微变形冷作模具钢、高强度高耐磨冷作模具钢、高强韧性冷作模具钢等主要是高合金工具钢。高耐磨微变形冷作模具钢的常用牌号有Crl2、Crl2MoV、Cr6WV、CrSMolV和Cr4W2MoV等。这类钢的含碳量高，同时含有太量的碳化物形成元素，具有高的淬透性、耐磨性和热硬性。高合金工具钢由于淬透性高淬火时不需要快速冷却，因此产生的内应力小。高合金钢模具淬火温度的选择应首先考虑控制淬火变形。试验证明：当淬火温度为1030℃～1040℃时模具的变形量最小，接近于零。低于这个温度淬火，制件发生胀大变形；高于这个温度淬火，制件收缩变形。淬火温度为1100℃时，收缩量会急剧增大。为防止模具在高温下氧化和脱碳，一般应在盐浴炉中加热。冷却方法的选择则根据模具的具体情况和要求而定。截面尺寸大的模具可用150℃～200℃的油来充当淬火冷却介质。停留一段时间出油后空冷；大多数中、小尺寸的模具可以采用250℃～300℃的硝盐浴分级冷却；精度要求高、形状不对称的模具可以采用540℃～600℃的氯化盐和250℃～300℃的硝盐浴2次分级冷却；精度要求很高，需要严格控制变形的模具，可以采用2次分级冷却，并在硝盐浴中停留一段时间后随硝盐浴一起缓慢冷却，这样可以最大限度地减小内应力，避免模具开裂或产生细小的裂纹，从而提高模具的使用寿命。高碳高铬钢的回火抗力高，回火时马氏体的分解和残余奥氏体的转变是影响模具尺寸变形的两个主要因素。Crl2MoV钢采用低温淬火和低温回火时，可以获得高度硬度、强度和断裂韧度；若采用高温淬火与高温回火，将获得良好的热硬性，其耐磨性、硬度也较高，但抗压强度和断裂韧度较低；而采用中温淬火与中温回火，可以获得最好的强韧性配合。在生产中，采用何种淬火、回火工艺，应根据模具的工作条件及具体性能要求来确定。
(四)热作模具钢热处理工艺
热作模具钢主要用于制造高温状态下进行压力加工的模具，如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦模具等。热作模具在工作时承受着很大的冲击力，模腔和高温金属接触后，局部可达500℃～700℃，有的甚至达到1000℃左右，同时还经受着反复的加热和冷却，使模具的工作表面容易产生热疲劳裂纹，另外炙热金属被强制变形时，与模具型腔，表面摩擦，模具极易磨损并且硬度降低。因此，热作模具钢要求能稳定地保持各种力学性能，特别是应该具备较高的热强性、高的热疲劳性、良好的韧性和耐磨性。
第一代热作模具钢主要包括5CrNi－Mo、5CrMnMo和3Cr2W8V钢，自上世纪30年代初在工业中应用后至今仍广为应用，已经积累了丰富的冶炼、锻造、机械加工和热处理工艺经验；第二代热作模具钢则是以美国的AISIHl0、Hll、H12、H13钢系列为代表，尤其以H13钢最受欢迎。H13钢的热处理新工艺，双重淬火是用高温淬火――高温回火(1160℃淬火＋720℃回火)取代普通球化退火，再进行常规热处理。工艺结果显示，随奥氏体化温度升高，H13钢硬度及断裂韧性升高，但冲击韧性下降；而经双重淬火的可在几乎不降低韧性的条件下得到最大的断裂韧性，硬度值也高于普通淬火。双重淬火能改善断裂韧性，是因孪晶马氏体和未溶碳化物量的减少及残余奥氏体量的增加所致。断裂韧性的改善，有利于提高H13钢热作模具的疲劳裂纹扩展能力和热疲劳开裂能力，抑制热裂纹扩展。
模具材料范文4
关键词：塑料、模具钢、性能
一、塑料模具钢材料的分类
1.塑料模具材料的种类
塑料模具材料的种类可分为：传统模具钢、有色金属合金钢、钢结硬质合金钢、镍基合金钢。其中传统模具钢分为：渗碳钢、预硬型钢、时效硬化钢、耐腐蚀型钢、非调质钢。
2.常见的塑料钢模具材料
二、塑料模具钢材料性能的技术要求
1.锻造加工性能强
塑料模具需要根据塑料成型的图案而制作，需要经过电火花加工或者钳工、铣工的工艺，同时需要考虑加工工具的寿命，以降低生产成本，这要求塑料模具用钢的硬度便于加工，因此塑料模具材料拥有良好的锻造加工性能。例如，在小型塑料模具制作时，其模仁、滑块、镶件等零件需要加工的地方特别多，只有拥有良好的锻造加工性能的模具材料，才能满足产品设计要求。又例如，在中型塑料模具的制作中，要采用铣削加工的方式处理模具外表及粗铣型腔，在选用模具材料的时候必须考虑加工刀具的寿命和承受加工材料硬度的能力。
2.良好的耐磨和耐腐蚀性
塑料模具在工作时需要承受各种压力和摩擦力，为了保证塑料成型的形状和尺寸的精度符合要求，塑料模具材料应该拥有足够的硬度，以保证塑料模具的耐磨性，避免因塑料模具材料的耐磨性不够而造成生产的塑料产品无法到达设计标准，使公司遭受经济损失。同时，塑料模具材料的耐磨性也影响这塑料模具的使用寿命，从制造成本的角度出发，也应选择良好的耐磨性的模具材料。除此之外，塑料模具还应拥有良好的耐腐蚀性。在塑料模具的使用过程中，不可避免的受到具有较强化学活性的物质的腐蚀，会对模具产生局部腐蚀点或面，造成塑料模具不符合技术标准要求，对产品的质量产生严重的影响。
3.良好的抛光性能和刻蚀性
随着科技的发展，社会对塑料产品的质量要求越来越高，高质量的塑料产品生产需要塑料模具型腔表面光滑，即要求模具的粗糙度值小。例如，注塑模型的塑料模具的表面粗糙度值要求小于Ra0.1～0.25，而要求抛光成镜面的塑料模具，其表面粗糙度要低于Ra0.4μm。塑料模具材料的抛光性能，不能关系到塑料制品的外观，而且关系的其能否顺利并脱模。塑料模具材料还要拥有良好的刻蚀性，因为塑料制品的形状越来越复杂，若塑料模具材料没有良好的刻蚀性，便不能满足市场对塑料模具设计精度要求，这将不利于企业的生产发展。
三、目前塑料模具钢材料应用的情况
1.行业技术标准的塑料模具钢材料概况
（1）GB1299―85中的3Cr2Mo钢是我国唯一国家标准的塑料模具钢。3Cr2Mo钢是由C、Si、 Mn、Cr、 Mo、P、S这几种化学元素组成，其锻造、退火、淬火及回火和化学热处理的生产工艺性能良好。3Cr2Mo钢广泛用于大型家用电器外壳的塑料模具制造。
（2）JB/T 6057―92是我国机电部行业标准，其包含了以下塑料模具钢：20钢、20Cr、45钢、40Cr、3Cr2NiMnMo、2Cr13、3Cr17Mo、4Cr13、1Cr18Ni9、5CrNiMnMoVSCa、8Cr2MnWMoVS、T10、CrWMn、9SiCr和9Mn2V。
（3）YB/T094―1997是我国冶金部行业用扁钢的标准，其包含了以下塑料模具钢：SM45，SM50和SM1CrNi3等钢。
（4）YB/T107―1997是我国冶金部行业塑料模具用热轧厚钢板的标准，其包含了以下塑料模具钢： SM45、SM48、SM50、SM53、SM55、SM3Cr2Mo和SM3Cr2-Ni1Mo。
2.新型的塑料模具钢材料概况
随着塑料制品市场的发展，塑料模具的需求已向专用型发展，为满足模具市场的需求，国内出现了多种新型的塑料模具钢材料，例如：P20BSCa，P20SRe，FT，0Cr4NiMoV（LJ），10Ni3MnCuAlMo （PMS）钢，0Cr16Ni4Cu3Nb（PCR）钢，06Ni6CrMoVTiAl钢，空冷12钢，Y82钢，Y55CrNiMnMoV （SM1），Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢和4Cr5MoSiVS（H11 + S）钢等钢材料。这些新型的模具钢材料拥有满足某一方面的塑料模具需要的优良性能。例如：P20BSCa是大截面易切削预硬钢 ，其拥有良好的淬透性和强韧性 ，是制造大型或超大型塑料模具的钢材料。
四、塑料模具钢材料的研制与应用的发展方向
1.拥有良好抛光性、便于加工的材料的研制趋势
随着科技的发展，人们对塑料制品的质量要求越来越高，从而对塑料模具的光滑性提出更高的要求，拥有良好的粗糙度性能的塑料模具已经成为塑料模具市场的主流需求，这使得拥有良好抛光性能的塑料模具钢材料是塑料模具钢材料的研制与应用的发展方向。同时，人们对塑料制品的形状需要也变得多样化，而且目前的塑料制品更新换代的节奏加快，从而使得塑料模具使用寿命大大缩短，这样对塑料模具的生产周期产生严重影响，塑料模具加工时间耗费长的材料已跟不上市场的需求，必然会被淘汰，而便于加工的材料会得很好应用。
2.专用模具钢材料成为主要发展方向
随着人们对塑料制品的形状需要多样化，塑料模具钢材料的品种、规格迅速向多样化、精料化、制品化方向发展，一套模具百家用的岁月将不复存在。例如，在电子产品行业，曾经流行着“公模”这个词语，其实意思是很多电子产品设计公司都在采用相同模具，因为采购一套塑料模具的费用昂贵，如今随着科技的发展，模具的制造成本大幅下降，同时塑料制品的消费市场对其形状的需求日益多元化，再用同样的模具已经满足不了市场的需求了，因此，专用模具钢材料成为主要发展方向。
五、结束语
高质量和高性价比的塑料模具将成为模具市场的发展趋势，然而我国的塑料模具制造水平相比发达国家而言，还是有明显的差距，我们应加大对塑料模具钢材料的研发，以满足我国塑料模具对钢材料的需求。
参考文献：
模具材料范文5
［关键词］CDIO 成型工艺模具设计课程群
［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）02-0123-02
一、引言
CDIO（Conceive - Design - Implement - Operate）是由美国麻省理工学院、瑞典哥德堡查尔姆斯技术学院、瑞典皇家技术学院和瑞典林克平大学等四所大学于2001年开发的一项工程教育改革计划，它是最近十余年来国际工程教育的一种创新模式，高度概括和体现了“做”中“学”、“学”中“做”以及项目化教育教学，强调以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，因而受到国内外工科教育界的普遍认可。2005年顾佩华院士首次将CDIO教学理念引入中国，2008年我国专门成立了《中国CDIO工程教育模式研究与实践》课题组，组织开展了CDIO工程教育模式试点工作，目前国内已有60多所高校在机械类、电气类等专业开展了试点。
基于CDIO工程教育理念西安工程大学立项开展了“材料成型及控制工程专业CDIO人才培养模式研究与实践”教学改革工作，通过构建CDIO模式的模具专业方向课程群和教学实践，将项目实施的主线贯穿于课程教学的整个过程，以“课程群”的方式将材料成型专业中模具方向的主干课程有机地结合起来，避免了专业课程之间的内容重复或割裂，使学生能以联想的方式掌握专业知识，取得了良好的教学效果。
二、构建以模具项目设计为核心的课程群
西安工程大学2005年设立材料成型及控制工程专业，并将专业培养目标定位为工程应用型人才。经过近年来的实践和修改，逐渐形成了以材料科学基础、工程材料及性能、塑性成型工程基础、模具设计、模具制造工艺、模具CAD/ CAE/CAM、复合材料成形工艺、铸造工程基础、焊接工程基础、特种加工、数控技术及应用等课程为中心的专业课程体系。
表1模具设计专业方向课程群教学计划进程表
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基于CDIO的课程群围绕学科来组织，同时与CDIO的活动交织，所以学科间相互支持和交叉。在本次专业教学计划调整中，项目组将模具专业方向核心课作为一个“课程群”来统筹建设，彻底改变了原教学计划中各门课程自成体系和知识零碎及割裂的缺陷。重新构建了模具专业课程结构体系，并更新了课程大纲，按照各门课程在培养学生知识能力结构中的任务和作用，进行了功能划分，使教学内容有机地联系起来，强化了各门课程之间的互补和整合，避免了空白和过多的重复，构建了系统完善的新型课程体系（如表1所示）。
通过对模具设计、模具制造工艺学、模具CAD/CAE/CAM、塑性成型工程基础、数控技术及应用、特种加工等多门主干课程的教学大纲进行修改，重点加强了CAD、CAE、CAM等先进软件知识内容，旨在使学生在系统的学习过程中，既学习了系统的专业理论知识，又掌握了先进的计算机辅助设计技术，通过专业课程设计项目教学环节的实施和考核，使学生具备了较强的模具项目综合开发能力。
三、创设以模具项目为主线的教学流程
在课程改革中，项目组要求各任课教师互相沟通，通盘考虑“课程群”中六门主干课程的内容整合和重组，重新制定课程教学大纲，合理安排课程进程，并结合CDIO模式下的人才培养目标，要求将项目实施的主线贯穿于课程教学的全过程。模具专业方向“课程群”以各种类型模具设计项目（金属模、塑料模等）命题作为教学的载体，并按模具设计开发项目的实施规律和要求安排主干课程的教学，各门主干课程的教学均要注重实践动手能力的培养。经改革后的模具专业方向“课程群”教学流程如图1所示。
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图1模具设计专业方向课程群教学流程
在专业主干课程学习初期提出模具设计题目，使学生对模具有了初步认识；在各门主干课程的教学过程中教师有意识地结合模具设计题目进行授课、实验和布置练习作业，并要求学生掌握必要的计算机辅助设计工具软件；随着模具设计、塑性成型工程基础等课程教学的结束，要求学生必须完成模具设计项目的方案设计；待模具制造工艺学、模具CAD/CAE/CAM等课程教学的结束，学生完成项目的论证和优化设计，随着数控技术及应用、特种加工等课程在课程群教学全部结束后，再进行三周专业课程设计集中训练，完成具体的设计和加工制作，采用答辩和注射（冲压）实验方式对成果进行评定，对教学效果进行测评和反馈。
四、搭建实训平台创设新型学习模式
（一） 更新实验设备设施，搭建实验实训平台
在材料成型及控制工程专业建设中，我校创建了微型成型及模具实验室，购置了微型注射成型机、微型冲压机、微型挤出和吸塑成型机等设备，添置了二十余套可拆装铝合金模具和十余套可动态演示的原理展示柜。在模具专业方向“课程群”的实验内容设置中，结合实验室具体情况，增加了许多新的实验项目。在教学中依托这些实验平台，学生可以开展自主设计实验，确定需要测量的数据和实验结果分析，以激发实验兴趣、加强学生创新实验能力和动手能力的培养。
（二） 采用小组合作方式 培养学生团队精神
模具设计课题从方案提出，到各组成部件的设计加工，再到模具的使用验证，具有一定的综合性和系统性，常常需要不同能力的多名学生组成团队，才能很好地开展模具项目的全生命周期教学。因此，在教学实践中，由3~ 4个学生组成学习小组，学生可自由组合并确定组长，采用分工合作、研讨式的教学模式。这种学习模式，既激发了学生的创新意识，又培养了学生的沟通能力与团队合作能力。
（三） 采用自主探究方式，激发学生学习兴趣
教学内容在实施过程中，学生都以团队内协作竞争的方式进行自主探究式学习，在整个学习和工作过程中，老师仅起指导作用，引导学生由“被动”学习向“主动”学习转变，强调课堂教学与课余学习相结合。要求每位学生必须参与完成一套模具项目设计开发的全过程，具体包括塑件或钣金件的设计（采用CAD软件完成）、成型工艺方案制订（必须提出多套方案）、模具设计（采用CAD软件完成）、模具制造工艺规程编制（要求规范的格式）、模具材料的选择与处理、模具加工与装配（要求给出数控加工方案，采用CAM软件完成数控自动编程）、模具试模与返修等部分（要求CAE软件分析和实验验证相结合）。每位教师负责指导5~10位学生，要求4~5位学生完成一副模具的设计和制造任务。
（四）采用汇报交流方式, 培养表达沟通能力
在模具项目的实施过程中，要求各项目小组采用PPT进行项目汇报，内容包括项目构思、设计方案、加工工艺、功效成本等，并要求全体学生进行评价，只有评价合格的学生才可以进入后续操作，对不合格的项目小组责令重新提出构思与设计，直至通过为止。另外，课程的考核也采用汇报交流方式，可使学生之间实现经验分享、拓展专业知识、培养语言表达和协调沟通能力。
五、结束语
总之，我校材料成型及控制工程专业借鉴CDIO工程教育模式，开展了模具专业方向“课程群”建设与研究，解决了模具专业课程教学中过去多门课程自成体系、知识零碎，不能有机联系和综合应用的缺陷。围绕模具项目开发全过程主线，开展课程群的教学流程。采用小组探究式学习模式，使学生将课程学习和项目开发紧密联系起来，既激发了学生的学习兴趣，提高了学习的目的性，又培养了学生的创新意识，强化了动手能力，项目的实施取得了良好的教学效果。
［参考文献］
［1］顾佩华,沈民奋,陆小华.重新认识工程教育―国际CDIO培养模式与方法［M］.北京：高等教育出版社,2009.
［2］潘越,徐辉,高瑞贞.基于CDIO的机械设计专业方向课程群新体系研究［J］.河北工程大学学报（社会科学版）,2012,29（1）.
模具材料范文6
【关键词】课堂教学 转变角色
《材料成型工艺与模具设计》是高职高专模具设计与制造专业的一门核心专业技术课，具有很强的实践性和综合性。教学内容包括冲压成形工艺和冲压模具设计两大部分。因于受教学和实验条件限制，过去几乎所有的本科院校和高职高专都是侧重课本的章、节内容，用传统的黑板式理论教学，按照章、节顺序由基础理论到专业理论，由简单理论到复杂理论进行讲授，实践性环节和现场教学极少，学生普遍反映冲压成形工艺部分理论深奥、难懂，冲压模具设计部分内容抽象、实践性较强，学生对该课程学习效率不高，理论知识和实践技能掌握不足，产生“学与用，理论与实际应用”的严重脱节。在顶岗实习和毕业后的工作中的实际效果不佳。因此如何采用多种先进的教学方法及手段，摆脱章节黑板式讲授的传统习惯，有效地调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发了学生的学习潜能，是当前高职高专教学中亟待解决的问题。更是实践性极强的模具专业的急需解决的问题。我们根据多年的实践教学经验，从完善和改变教学内容、改进课堂教学方法入手，以实际动手能力为本位，以就业为导向进行课堂教学改革，依据一个或几个相关职业群对从业者的素质要求，从众多知识、能力之中筛选出可按教学规律组织课堂教学的内容。将传统的章节式内容转换成项目案例式内容。取到~半功倍的效果。
一、转化教学理念，“以人为本”
我们教师面对的是一个个有着丰富、多样思维的的学生，课堂上的教学过程其实就是师生情感交流的过程。就象一个“人”字的构架一样，“老师”与“学生”、“教”与“学”都是相互支撑着，缺一不可，所以，老师和学生应该相互尊重，授课老师应该读懂你所施教的每一个学生的个性和能力，学生也应该充分信任你的老师的职业道德和执教能力。作为一门专业学科的教学，教师不仅要通过专业知识的传授，让学生理解“以人为本”的内涵，而且在课堂教学过程中，教师要用自己的实际行动体现“以人为本”，使学生在潜移默化中形成“以人为本”的理念，为他们将来终生打下坚实的基础。深入探索以学生为主体，以发展为目标，以研究过程为主线，以质疑问难为标志，以教学民主化为保证，全面优化教学过程。
二、教学内容用项目模块化、案例型
针对《材料成型工艺与模具设计》课程内容包括冲压成形工艺与冲压模具设计两部分，为克服冲压成形工艺课堂理论教学抽象、难懂，冲压模具设计实践性强的特点，我们在教学手段和教学内容的表现形式上进行了改革。对冲压成形工艺部分，改变重理论、轻实践的教学观点，强调冲压成形工艺在模具设计中的实际应用，淡化对公式推导过程等教学理论的要求。为加强对学生动手能力和工程实践能力的培养，提出将基本理论融入实践教学，课堂教学中将传统的章、节式内容转换成项目案例式内容，将整个课程分为“冲压认识、冲裁工艺及模具设计、弯曲工艺及模具设计、拉深工艺及模具设计、其他成形工艺及模具设计、冲压工艺规程设计” 等六个大模块。每个模块中又以若干企业生产项目作为案例进行解剖教学，将原来的各章节所要讲授的理论知识融入到各个具体的项目中，并以多媒体教学取代传统黑板教学，讲解深入浅出，条理清楚，重点突出，分析问题透彻，注重知识内在联系，对冲压加工中设备动作原理、板料毛坯的变形机理、变形过程和冲压模具的设计原理、工作过程，以及由于条件所限无法实现的一些冲压工序进行图片及动画阐释，将虚拟和现实紧密结合，既直观、易懂，又真实、可信，有效地调动了学生的学习积极性，促进了学生的积极思考，提高了学生的学习兴趣，激发了学生的学习潜能，收到较好的教学效果。
三、改变课堂授课方式，增强教学效果
在整个课堂授课过程中，将项目案例具体化、形象化，培养学生项目工程素质。对于由于条件所限无法实现的一些冲压工序进行图片及动画阐释，将虚拟和现实紧密结合，对于难以理解的知识点尽可能地采用实物进行讲授，如讲解模具的总体结构时，使用企业中某个产品零件的生产模具，将其分解，逐一讲述，既直观、易懂，又真实、可信，这样的授课方式能有效地调动学生学习的积极性，促进了学生的积极思考，使学生对这门本是枯燥无味的课程产生了较为浓厚的学习兴趣，激发了学生的学习潜能，收到良好的教学效果。
四、因人施教，实行个性化的教学
在教学过程中，将每次课（两课时）分为三个阶设来实施。
第一阶段（大约10～15分钟）学生复习前次上课的知识点，每次由4～5人上讲台讲述前次上课的重点知识点。此方法有两大目的，其一可从迫使学生必须在课外时间复习所学知识，其二上讲台可以锻炼学生在众人前面回答问题的胆量，以及分析问题和解决问题的能力。全班同学人人都要上讲台，回答不出可以求助其他同学，但帮助回答的同学必须要掌握更多的知识量，并在帮助者回答后，被帮者必须重复回答并说出为什么。同时根据回答问题的学生个体能力，分别提出难易程度不同的问题。
第二阶段（大约60～70分钟）讲授新的知识点，将该次授课的所有知识都融合在项目案例中。每一个知识点的讲授都要让学生知道为什么这样设计？还有什么更好的设计方法，举一返三，进行比较，选择最佳。让学生充分理解和掌握知识的应用。
第三阶段（大约10分钟）让学生上台总结该次课所学的重点，难点，设计方法，设计步骤，设计技巧以及企业的习惯用法，提高学生的归纳总结能力。
这种“因人施教，个性化的教学”既能将所学知识进行应用巩固，同时又能锻炼和培养学生个人胆量和胆识及个人魅力。
五、取消作业本训练，以项目设计图纸代练
在整个教学中，取消了过去以作业本做练习的惯例，完全杜绝用作业本“一问一答”或“计算题”等枯]的练习方法，根据项目中模具装配结构图和零件结构图的设计图作为学生的学习练习，每讲授一个结构或者是一个模具零件，让学生外课时间设计一张零件图或结构图，将所学的所有知识点在图纸上反映出来。例如设计一块凹模板，就必须要弄懂凸、凹模刃口的计算原则；凸、凹模的加工工艺和加工方法：设计基准；计算公式；间隙选用；外形结构尺寸确定；尺寸标注；公差配合；表面粗糙度；热处理规范；技术要求及机械制图等所有的知识点和其它相关知识点。从一张图纸上完完全全反映出该生对知识掌握的熟练程度。老师在改图时可以及时的对每个学生的错误进行修正。
通过对13级模具1、2两个班近60人的调查报告反映，学生对该教学方法评价较高，特别是那些平时不愿意听课或不愿做作业的同学产生了积极的作用。
六、考试评价
该课的评价方式采用驾证式考核方式，
应知采用在线平台阶段式考核。
应会以课程设计的形式代替考试，即给定一个企业项目产品零件，学生按照企业设计岗位的工作过程，从对产品工艺分析、工艺方案设计、工艺计算、模具装配总图设计到各零部件设计等全过程手工绘制一整套完整的模具设计图样，并撰写一份设计说明书。
七、课堂教学改革的实际效果
（1）通过实物教学与多媒体课件有机结合起来，采用“人性化教学”激发学生学习的兴趣、调动学生学习的主动性和积极性。
个别其他老师认为是“问题”学生，对该课的积极性也较高，其他课从不交作业的学生，对这门课的规定的设计图纸作业也一次不纳，而且图面质量和设计质量一次比一次要好。
（2）整个课堂教学通过革后，使复杂问题简单化、抽象内容具体化、模具动态过程可视化，采用灵活多样的教学方法。
（3）多种素材（实物、实样、照片、PPt演示和动漫播放等）辅助教学，内容丰富、教学过程生动有趣，使课堂气氛活跃，提高学生的学习兴趣和教学效果。
（4）学生上讲台，实现角色转换，提高了学生学习的自觉性，增强了学生的自信力。
（5）取消枯]的作业本练习，改用绘图形式，将所有知识融化在图纸中，改变“死记硬背”的传统，而实现了“灵活应用”的实际动手能力。使学生掌握了一定的模具设计与制造的基本技能，将理论知识直接迁移到项目中，有效地缩短了与企业岗位的距离，得到企业的高度评价。同时提高了学生顶岗实习和毕业设计的支撑能力，以及毕业后转岗、晋升的后续能力，为学生多元化选择打下了基础，提供了可能。
课堂教学改革不是一朝一夕的~，必须要经过较长时间的摸索和探讨，才能真正的探索出一套行之有效的方法。
参考文献：
[1]斯苗儿.新课程与课堂教学改革[J]人民教育出版社，2013，（2）.
[2]方元山.课堂教学改革研究[J].福建教育，2010.
[3]王旭东.国外师生关系研究[M].海南出版社，2000.
[4]滨州市教学研究室所编[J].创新教育与教学改革，2011，（6）.
