《模具学习报告》word版.doc

模具专业知识学习报告关于模具的专业知识学习，分为以下几部分内容：模具的定义、模具的分类、模具的设计、模具的制造和模具的材料。1. 模具的定义在工业生产中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属和非金属材料制出所需形状的零件制品，这种专用工具统称为模具。2模具的分类模具总体上可分为两大类，分别为金属材料制件成形模具、非金属材料制件成形模具。金属材料制件成形模具，如冲压模具、锻造模具、压铸模具、挤压模具、拉丝模具、粉末冶金模具等。金属材料制件成形模具又可分为金属体积成型模具、金属板材成型模具。非金属材料制件成形模具，如塑料注射，橡胶制件、玻璃制件和陶瓷制件成形模具等。模具的具体分类方法如下：按模具结构形式分，冲压模具分为简单模、连续模和复合模；注塑模具分为单分型面和双分型面注塑模具等。按工艺性质分，冲压模具分为冲孔模、落料模、拉深模、弯曲模；注塑模具分为压塑模、传递模、注射模等。在种类繁多的模具中，目前应用较多的是冷冲模和塑料模。综合归纳分类列表如下：表1 金属体积成型模 金属体积成型模压铸模热压室压铸机用压铸模冷压室压铸机用压铸模铝合金压铸模铜合金压铸模锌合金压铸模黑色金属压铸模锻造成型模具压力机用锻模摩擦压力机用锻模平锻机用锻模辊锻机用锻模高速锤机用锻模开（闭）式锻模校正模压印模切边模冲孔模精锻模多向锻模胎模闭塞锻模冷镦模挤压模拉丝模粉末冶金成型模具锻造金属成型模具通用模具与经济模具表2金属板材成型模 金属板材成型模冲裁模单工序模复合冲模级进冲模汽车覆盖件冲模硅钢片冲模硬质合金冲模微型冲件用精密冲模表3非金属材料制品成型模 非金属材料制品成型模塑料成型模具塑料注射模压缩模挤塑模挤出模发泡膜吹（吸）塑模封塑模滚塑模其他成型模具玻璃制品成型模具橡胶制品成型模具陶瓷模具3模具的设计模具设计是随工业产品零件的形状、尺寸与尺寸精度、表面质量要求以及成型工艺条件的变化而变化的，所以每副模具都必须进行创造性的设计。模具设计常分为制件工艺分析与设计、模具总体方案设计、总体结构设计、零件图设计四个阶段。首先在设计零件时应使其具有良好的工艺性，因为良好的工艺性可以减少材料的消耗、使工序数目减少、占用设备数量减少、使模具结构简单而寿命高、产品质量稳定和操作简单等。因此，如果发现零件的工艺性较差，则应会同设计人员，在保证产品使用要求的前提下，对零件的形状、尺寸、精度等进行必要的合理的修改，最终提出各种可行的成型工艺方案。要从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造难易程度和寿命的高低、工艺成本、操作方便与安全程度等方面，进行综合分析比较，确定适合于所给生产条件的最佳工艺方案。根据确定的工艺方案和零件的形状特点、精度要求、生产批量、加工条件、操作方便与安全程度要求以及利用现有通用机械化自动化装置的可能等，选定模具类型及结构型式。最后进行必要的设计计算。目前，常用的模具软件主要有以下几种：3.1 CAD（计算机辅助设计）计算机辅助设计（CAD）是人和计算机相结合，各尽所长的设计方法。在CAD运行过程中，人可以评价设计结果，控制设计过程；计算机可以发挥其计算和存储信息的能力，完成信息管理、绘图、模拟、优化和其他数值分析任务。计算机辅助制造（CAM）是通过计算机进行数控加工自动编程，并对加工过程进行模拟。CAD与CAM关系十分密切，形成计算机辅助设计与计算机辅助制造系统，简称CAD/CAM系统。以CAD/CAM系统为基础，产生了一系列相关的概念和技术，如计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺设计（CAPP）、柔性制造系统（FMS）、快速成型技术（RP）、计算机集成制造系统（CIMS）、反向工程（RE）、并行工程（CE）、敏捷制造（AM）和虚拟制造（VM）等。3.2 Pro/ENGINEERPro/ENGINEER软件将使用者的设计概念以最真实的模型在计算机上呈现出来，随时计算出产品的体积、面积、质心、重量、惯性矩等，用以了解产品的真实性，并补足传统面架构、线架构的不足。可随时由3D实体模型产生2D工程图，而且自动标注工程图尺寸。在3D或2D图形上作尺寸修改时，其相关2D图形或3D实体模型均自动修改，同时组合、制造等相关设计也会自动修改，可确保资料的正确性，并避免反复修正的耗时性。利用Pro/ENGINEER软件，设计者只需更改尺寸参数，几何图形立即依照尺寸变更，可以实现设计工作的一致性，避免发生人为改图的疏漏情形，减少人为改图的工作时间与人力消耗。3.3 CAM（计算机辅助制造）目前，应用较多的CAD/CAM软件有Pro/ENGINEER、I-Deas和Unigraphics等。Mastercam是目前应用较为广泛、经济实惠的CAM软件。Mastercam将CAD和CAM这两大功能综合在一起，具有较好的实用性。Mastercam除了可以产生NC程序外，本身也具有CAD功能，可直接在系统上设计图形并转换成NC加工程序，也可以进行一些常用的图形文件格式的转换。 Mastercam设有刀具库及材料库，能根据被加工制件材料及刀具规格尺寸自动确定进给率、转速等加工参数，具有较强的数控编程功能。3.4 CNC（计算机数控）计算机数控（Computerized numerical control,简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。3.5 Mastercam CAD/CAM集成软件Mastercam CAD/CAM的集成软件，包含CAPP，利用这个软件可以辅助使用者完成产品的“设计工艺规划制造”。它包含四个模块：Design设计模块、Mill铣削模块、Lathe车削模块、Wire线切割模块。4模具的制造模具的普通机加工，一般是模具零件的粗加工，针对结构不是很复杂，或模具零件的硬度不是很大的加工对象。它的加工方法主要包括车、铣、刨、磨、钻、插、镗等，还包括钳工方法的锉、刮、锯、研磨等。模具零件的特种加工方法主要有电火花、电火花线切割、超声加工、化学与电化学加工等。对高硬或超硬材料的加工效果很好，同时适用于一些薄壁小零件、结构复杂的模具零件。现代模具制造技术朝着加快信息驱动、提高制造柔性、敏捷化制造及系统化集成的方向发展，主要表现在以下方面： 4.1 高速铣削高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量，而且与传统的切削加工相比具有温升低（加工工件只升高3），热变形小，因而适合于温度和热变形敏感材料（如镁合金等）加工；还由于切削力小，可适用于薄壁及刚性差的零件加工；合理选用刀具和切削用量，可实现硬材料（HRC60）加工等一系列优点。因此，高速铣削加工技术仍是当前的热门话题，它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展，成为第三代制模技术。 4.2 电火花铣削 从目前电加工机床来看，不论从性能、工艺指标、智能化、自动化程度都已达到了相当高的水平。现在正在进行的电火花铣削加工技术（电火花创成加工技术）的研究开发，是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是用高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。4.3 新一代模具CAD/CAM软件技术 目前，英、美、德等国及我国一些高等院校和科研院所开发的模具软件，具有新一代模具CAD/CAM软件的智能化、集成化、模具可制造性评价等特点。新一代模具软件以立体的思想、直观的感觉来设计模具结构，所生成的三维结构信息能方便地用于模具可制造性评价和数控加工，这就要求模具软件在三维参数化特征造型、成型过程模拟、数控加工过程仿真及信息交流和组织与管理方面达到相当完善的程度，并有较高的集成化水平。衡量软件集成化程度的高低，不仅要看功能模块是否齐全，而且要看这些功能模块是否共用同一数据模型，是否以统一的方式形成全局动态数据库，实现信息的综合管理与共享，以支持模具设计、制造、装配、检验、测试及投产的全过程。模具可制造性评价功能在新一代模具软件中的作用十分重要，既可对多方案进行筛选，又可对模具设计过程中的合理性和经济性进行评估，并为模具设计者提供修改依据。4.4 先进的快速模具制造技术激光快速成型技术（RPM）发展迅速，我国已达到国际水平，并逐步实现商品化。世界上已经商业化的快速成形工艺主要有SLA（立体光刻）、LOM（分层分体制造）、SLS（选择性激光烧结）、3D-P（三维印刷）等。无模多点成形技术是用高度可调的冲头群体代替传统模具进行板材曲面成形的又一先进制造技术，无模多点成形系统以CAD/CAM/CAT技术为主要手段，快速经济地实现三维曲面的自动成形。 4.5 现场化的模具检测技术 精密模具的发展，对测量的要求越来越高。精密的三坐标测量机，长期以来受环境的限制，很少在生产现场使用。新一代三坐标测量机基本上都具有温度补偿及采用抗振材料，改善防尘措施，提高环境适应性和使用可靠性，使其能方便地安装在车间使用，以实现测量现场化的特点。 4.6 镜面抛光的模具表面工程技术 模具抛光技术是模具表面工程的重要组成部分，是模具制造过程中后处理的重要工艺。目前，国内模具抛光至Ra 0.05m的抛光设备、磨具磨料及工艺，可基本满足需要，而要抛光至Ra 0.025m的镜面抛光设备、磨具磨料及工艺尚处在摸索阶段。随着镜面注塑模具在生产中的大规模应用，模具抛光技术就成为模具生产的关键问题。由于国内抛光工艺技术及材料等方面还存在一定问题，所以如傻瓜相机镜头注塑模、CD、VCD光盘及工具透明度要求高的注塑模仍有很大一部分依赖进口。 5. 模具的材料 模具材料的品种繁多，根据用途主要分为：冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。5.1 冷作模具钢常用的冷作模具钢是低合金工具钢CrWMn、高碳高铬钢Cr12、Cr12MoV等。CrWMn钢具有较好的淬透性，淬火变形小，但耐磨性、强韧性、变形要求等仍不能满足形状复杂的冷作模具的需要。Cr12钢具有较高的耐磨性，但碳化物不均匀性比较严重，使用中脆断倾向很大。为改善这些性能，出现了一些新型钢种，如LD （7Cr7Mo2V2Si）钢、GM （9CrW3Mo2V2）钢和ER5 （Cr8MoWV3Si）钢等。在这些钢中适当降低了碳和铬的含量以改善碳化物偏析，与Cr12型模具钢相比，这类钢的碳化物偏析有所改善，有较高的韧性和耐磨性，更适合于高速多工位冲床上使用。5.1.1 高强韧性的冷作模具钢基体钢基体钢是指成分与高速钢淬火后的基体组织成分大致相同、性能有所改善的一类钢，由于减少了共晶碳化物，并使其分布均匀，从而提高了韧性。使用较多的基体钢有：65Nb、CG2、012Al、LD1等。6Cr4W3Mo2VNb钢（65Nb），由于V、Nb的加入，可细化晶粒和提高耐磨性和强韧性。退火后硬度可达180-200HBS。可代替Cr12MoV、W18Cr4V和3Cr2W8V 钢，用于制造强韧性要求较高的冷挤压模具及冷镦模具。5Cr4Mo3SiMnVAl钢（012Al），是一种可代替Cr12MoV 和3Cr2W8V钢的冷热模兼用钢，其较低的含碳量和较高的合金元素含量，能提高热疲劳性。加Al，可细化晶粒，提高韧性。这种钢多用于制造冷冲头，如冷孔冲头、内外六角冲头、十字槽螺钉冲头等。 近年来，随着高速多工位自动冷镦机的普遍使用，以及高强度钢和高韧性不锈钢冲压件的广泛应用，冷冲模工作条件更加恶劣，其承受的冲击频率上升到100-500次/min，而采用电渣重熔并进行复合强化的012Al基体钢冷冲模，可显著提高使用寿命。6Cr4Mo3Ni2WV钢（CG2），也是一种冷热兼用模具钢，增加Mo量同时减少W量，可降低碳化物的偏析，细化共晶碳化物，提高断裂韧度、冲击韧度，但锻造性较差，因而适用于制造冷镦、冷冲和冷挤压模。7Cr7Mo3V2Si钢（LD1），在高速钢的基础上减少W，增加Cr、V的含量，提高了强韧性和耐磨性。若采用真空处理，代替Cr12MoV钢，寿命可提高2-5倍。同类型还有7Cr5Mo3SiV钢，已在冷挤压模、冷冲模上应用效果良好，较Cr12和Cr12MoV钢模具寿命有显著提高。6Cr4W8VTi钢和6Cr5Mo3W2VSiTi钢都属于综合性能优良的高强韧性模具钢，具有较高的淬硬性、淬透性、热硬性及优异的耐回火性和高温性能，适宜于制作高冲击载荷条件下工作的热挤压模、压铸模和要求高韧性的冷冲模等。5.1.2 微变形空淬钢这类钢有较高的淬透性，采用冷却速度缓和的淬火介质，以减少淬火应力，降低变形开裂倾向，并可在热处理淬火时通过调节残余奥氏体与马氏体相对量的比例，达到微变形，甚至几乎不变形。这类钢号主要有GD钢、CH-1钢等。6CrNiMnSiMoV钢（GD）的特点是强韧性较好、工艺性能好、淬火温度低、淬透性好，可代替CrWMn、Cr12型钢制作冷作模具，解决模具早期崩刃或断裂问题。7CrSiMnMoV钢（CH-1）属于火焰加热空冷淬硬冷冲模具钢，具有良好的强度和韧性，其综合性能好，工作时刃口不易产生开裂、崩刃现象，硬化层可提高疲劳强度，因而寿命较高，淬火变形小。机加工后，在刃口上用氧乙炔火焰加热空冷淬火，不需其它加工；修复方便，焊接性能好，可用相应的焊条进行补焊。与Cr12 钢、Cr12MoV钢相比，有更好的热处理工艺性、耐磨性、淬透性和淬硬性、碳化物细小且分布均匀，因而韧性好。广泛用于制造冷挤压的凸模和凹模。制作冷作模具，寿命比低合金工具钢、Cr12钢高1-3倍。5.2 热作模具钢热作模具钢主要指用于热变形加工和压力铸造的模具。按合金元素含量及热处理后性能可分为有低耐热高韧性钢、中耐热韧性钢和高耐热性钢。5.2.1 低耐热高韧性钢低耐热高韧性钢主要钢号有5CrNiMo、5CrMnMo和4CrMnSiMoV。这类钢具有良好的韧性、强度和耐磨性，广泛用于制造各类大、中型锻模，如高度尺寸375mm的大型锤锻模。45Cr2NiMoVSi是新型热作模具钢，降低含碳量，同时提高Cr和Mo的含量，产生二次硬化效应。其淬透性和强韧性高，热稳定性比5CrNiMo钢高150，抗热疲劳和热磨损性能也较好，可用于制造高强韧性大锤锻模。5.2.2 中耐热韧性钢中耐热韧性钢主要钢号有4Cr5MoSiV、4Cr5W2SiV、4Cr5MoSiV1、4Cr4MoWSiV。这几种钢均属于空冷硬化热作模具钢，中温下具有较好的热强度，高的韧性和耐磨性，较好的耐冷热疲劳性和回火稳定性。4Cr5MoSiV和4Cr5MoSiV1 钢有较高的韧性和塑性，广泛用于制造模锻锤的锻模、热机压模、芯棒压力机锻模、塑料模等。而4Cr5W2SiV和4Cr4MoWSiV钢有较高的强度和硬度，常用于制造热挤压用的模具和芯棒，铝、锌等轻金属的压铸模，热顶锻结构钢和耐热钢用的工具。5.2.3 高耐热性钢5Cr4Mo2W2VSi钢是一种属于基体钢类型的新型热作模具钢，经适当热处理后具有高的硬度、强度和良好的耐磨性，其加工性能也较好，且加工温度范围较宽，特别适用于高磨损、热变形难加工金属用模具，使用寿命比3Cr2W8V钢高2倍。HM1（4Cr3Mo3W2V）钢和HM3（3Cr3Mo3VNb）钢，这两种钢与3Cr2W8V钢相比，冷热加工性能好，淬火回火温度范围宽，有较高的热强性、抗冷热疲劳性，常用于镦模、压力机锻造等高温、高速、高载荷条件下工作因断裂或热疲劳失效的热作模具，也用于制造承受冲击负荷及高温且工作需水冷操作的模具。GR钢（4Cr3Mo3W2-4VTiNb）含有较多的钨和少量的钛和铌，有很高的热强性、热稳定性及良好的抗热疲劳性，适于制造温度较高且长时间与工件接触，容易引起热变形塌陷或热磨损失效的模具。新型的锤锻模具钢5Cr2NiMoVSi，有高的淬透性，其热稳定性比5CrNiMo高150，回火时有二次硬化效应及高强韧性，因此适宜于锤锻模具。 新型的热挤压模具钢有4Cr5MoSiV（H11）、4Cr5MoSiV1 （H13）、3Cr3Mo3W2V （HM1）、5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）和4Cr3Mo22VNiNb （HD），这类钢具有高淬透性、高的高温强度及韧性、高的热稳定性、良好的冷热疲劳抗力，故适宜于热挤压模具。5.3 塑料模具钢塑料模具要求材料纯洁度高，组织均匀致密，无网状及带状碳化物，无孔洞疏松及白点；要求热处理变形少，淬透性高，热处理后有高的强韧性、高的硬度和耐磨性；在硬化状态下有良好的镜面抛光性及花纹图案蚀刻性；预硬后有良好的切削加工性；有良好的耐腐蚀性和一定的耐热性。5.3.1 渗碳型塑料模具钢渗碳型塑料模具钢主要用于冷挤压成形的塑料模。为了便于冷挤压成形，这类钢在退火状态下应有高的塑性和低的变形抗力，成形复杂型腔时，其退火硬度100HBS。在冷挤压成形后进行渗碳和淬火回火处理，表面硬度应达HRC58-62。此类钢常采用12CrNi3A、12Cr2Ni4A钢和冷成形专用新型钢0Cr4NiMoV（LJ）。LJ 钢含碳量低，塑性优异、变形抗力低，钢中元素Cr、Ni、Mo、V的作用是提高淬透性和渗碳能力，增加渗碳层的硬度和耐磨性及心部的强韧性。LJ钢主要用来代替10