模具制造方法 讲解

1、6.3 模具制造方法 一、模具的成形加工 在常温下将淬火过的成形模(原阳模)强有力地缓慢地 压入未进行处理的模坯(铜或其它软质材料)内,让模坯产生 塑性变形,使原阳模的形状复印在被压的模坯上,制成所需 要的模具。 2）特点 无切屑加工 ,生产率高。 表面质量好 ,Ra小, 0.80.2 ?m 。 机械性能有所提高 ,模具寿命长。 变形抗力大。（需要500T以上的液压机） 模坯及原阳模的材料要求高。 1）原理 塑性加工主要是冷挤压制模法。 1塑性加工（成形）塑性加工（成形） 3）方法 开式挤压 闭式挤压 主要用于小尺寸、浅型槽的锻模制造。 4）应用 模坯金属未受限制,成形模具结构简单,但挤出的模

2、具型腔 精度较低。故适于精度要求不高、型腔较浅的模具成形,挤压后 还需机加工。 由于金属流动受限，保证了模坯与冲头紧密吻合,故成形精 度高。但挤压力比开式的大得多。 2铸造 铸造法制造模具是将液体金属浇到铸型内,待其冷却后,获 得与铸型空腔形状相应的铸件，即模具。 容易制成形状复杂特别是内腔复杂的模具,制作周期短； 铸铁模 1) 原理 2）特点及应用 3）常用铸造模具 锌基合金模 陶瓷型精密铸造模具 铸造用材料广泛,可适用于钢模、铸铁模及有色合金模的制造。 主要用于精度不高,使用寿命要求不高的模具的快速制成。 3焊接 焊接法制模是将分散加工好的模块焊接在一起,形成所需 的模具。 加工简单、快速

3、、省料； 主要用于精度要求不高的大型模具的制造,或是用于模具 的修复。 3）应用 1）原理 2）特点 尺寸大小不受限； 精度难以保证； 承受冲击的能力差。 二、模具的去除加工（精密加工）二、模具的去除加工（精密加工） 机械加工（传统加工方法） 精度很高（可达0.005mm）； B 应用 1）坐标镗床加工 是高精度孔用机床。具有精密定位装置,加工精度为0.005 0.01mm； 具有万能转台（绕垂直轴转360，绕水平轴转90）。 可进行钻、镗、铰、划线、检验。所以特别适合于孔距有较 高要求的孔系凹模的精加工。 2）坐标磨床加工 表面粗糙度Ra可达0.2m以上； 可磨削孔径为0.8200mm。 适

4、用于具有孔系凹模淬火后的精加工。 3）成形磨削 A 原理 B 特点 C 应用 主要适用于精加工凸模（外成形面），拼块凹模及电火花 加工用的电极等。 热处理后精加工，精度高（IT7IT6）。 表面质量好 ，Ra可达0.80.4m。 生产率高。 把形状复杂的零件的几何线型分解成若干直线、圆弧等简 单几何线型，然后分段进行磨削。 D 方法 a) 成形砂轮磨削法 将砂轮用专用修砂轮工具修出与零件型面完全吻合的成 形面，再用此砂轮磨削工件形面。 b) 夹具磨削法 利用夹具使零件倾斜一定的角度或回转，利用一般砂 轮在平面磨床或成形磨床上把斜面和圆弧面磨削出来。 主要用于磨削斜面和平面。 需要修整砂轮(用金

5、刚石笔），适用于各种线型的成 形面加工。 特点： 原理： 原理： 根据工件形状和尺寸、材料、技术要求，进行程序设 计；通过数控装置的变换，发出相应的指令，控制机床的动作。 c) 数控机床加工数控机床加工 自动化程度高，生产率高；加工精度高，质量稳定； 适应性强。为单件、小批、试制产品（主要是模具）提供了 较大的便利。 数控铣床、数控磨床 主要有数控通用磨床、数控 成形磨床、连续轨迹坐标磨床 三种。加工中心:加工中心机床 即是多工序可自动换刀的数控 镗铣床。 原理： 特点： 常用数控机床分类： .特种加工（电加工） 1）特种加工 2）特点 可以用软工具加工难以切削材料 工具和被加工工具之间作用力

6、很小，可以用来加工小孔、窄 缝、各种形状复杂的型孔和型腔。 加工质量好、钳修量小。 效率低。（对电火花加工而言，电极有损耗） 直接利用电能、化学能、光能和声能对工件进行加工，以 达到一定的形状、尺寸和表面粗糙度要求的加工方法。 3）模具常用特种加工方法 A 电火花加工 加工原理： 基于电火花腐蚀原理，即在工具电极（做成与被加工零 件相反形状）与工件电极（被加工零件）互相靠近时，极间 电压将在二极间使电介质（电介液）电离击穿而形成火花放 电，在火花通道中瞬时产生大量热能，使进金属（被加工零 件）局部熔化、甚至汽化、蒸发，而将金属腐蚀下来，从而 形成所需要的型孔或盲孔。 广泛用于冷冲模穿孔加工、型

7、腔模成形加工、 冲模刃口表面强化处理、塑料模刻字、花纹及电火 花攻制螺纹。 应用： 与电火花成形原理相同，只是工具电极改为金属丝。利用 连续往复运动的电极丝与零件之间在介质中产生火花放电而腐 蚀零件，从而切割出零件的一种加工方法。 B 电火花线切割电火花线切割 不需要作工具电极，节约工时和贵重材料；周期短、成本 低。使用范围广（内外穿孔、成形面均可加工）；节约模具材 料（在切缝宽度与凸凹模间隙相 当时，可一次切割出凸、凹模 来。广泛用于冷冲模的凸凹模、 卸料板、固定板等零件加工。 特点及应用： 加工原理： C 电解加工电解加工 利用金属在电解液中发生阳极溶解的原理，将金属零件加 工成形。 特点

8、及应用： 加工效率高； 表面粗糙度可达Ra1.60.2 ?m以上； 工具电极基本不损耗，可重复长期 使用； 设备投资大、成本高。 不易达到较高精度和加工稳定性（精度约为0.1mm左右） 电解产物对环境有污染。 适用于大型型腔模（如锻模、塑料模、压铸模）加工及电 解磨削、电解抛光等批量较大且精度要求不高的零件加工。 原理： D 电铸成形电铸成形 用电解的方法使金属离子还 原沉积在母模（阴极）表面上，使 母模通过电解液获得金属沉积层， 然后将金属沉积层与母模（胎模） 分离，即可获得与母模型面凸凹 相反的型腔或型面。 复制精度高。（可达到微米级，一般不需要修正加工） 原理： 特点及应用： 表面粗糙度

9、小，Ra0.05 ?m （表面光洁，轮廓清晰）。 母模可用各种材料，利用率高（一般重复铸多件）； 设备简单，可一槽多模，同时加工不同形状的型腔零件。 效率低，制模周期长； 铸层厚度不均匀 主要用于塑料模、电火花加工用电极的加工，以及小形拉 深凹模、印刷板等。 E 超声波加工超声波加工 利用工具端面作超声频震动，并通过悬浮液中的磨料加 工脆硬材料的一种加工方法。 适于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料（如 陶瓷、玻璃、宝石、金刚石等）扩大了模具材料的选用范围； 原理： 特点及应用： 工具可用较软的材料制成各种复杂形状； 机床结构简单、操作方便；加工精度可达0.010.02mm， Ra10

10、.1 ?m 。 型孔、型腔加工；切割加工单晶硅片、陶瓷模块；超声 波抛磨。 F 激光加工激光加工 利用激光强度高、方向性好、单色性好，在其聚焦出的功 率密度大，温度高（10000）以上，在这样高温下，工具材 料将瞬间急剧熔化和汽化，以实现打孔和切割。 特点及应用： 原理： 能加工所有材料； 不需制作加工工具； 加工速度快，效率高，热影 响小。 适用于加工深而小的微 孔和窄缝（几微米），如金 刚 石拉丝模打孔。 三、模具的热处理和表面处理三、模具的热处理和表面处理 模具热处理及表面处理的目的 模具热处理工艺方法 1）预先热处理）预先热处理 消除应力；改善组织中相的形态与分布； 降低硬度、便于切削

11、加工；为最终热处理做好准备。 模具钢球化退火 模具钢的毛坯锻成形后、机加工前，应进行球化退火。 目的： 2）表面处理的目的）表面处理的目的 改善模具表面性能，提高模具寿命。 1）热处理的目的）热处理的目的 改善模具零件的工艺性能。 提高模具零件的使用性能。 球化退火球化退火 工艺规范 加热工艺等温工艺 牌号 温度 () 时间 (h) 冷速 (/h) 温度 () 时间 (h) 退火后 硬度HBS T7、T8 740 750 600 650 187 T10 750 770 50 660 680 197 9Mn2V 760 780 680 700 229 9CrWMn 690 720 209 255

12、 CrWMn 770 790680 700 217 255 GCr15 790 810 24 700 720 46 207 229 Cr12MoV 720 750 207 255 Cr4W2MoV 850 870 34 750 770 269 Cr2Mn2Si WMoV 780 800 24 700 720 269 6W6Mo5Cr 4V 820 840 W18Cr4V 830 850 W6Mn05Cr 4V2 820 840 730 750 68 207 255 TLMW50 860 880 34 30 34 35 40HRC GT35 820 850 2045 39 46HRC 3Cr2W

13、8 840 860 24 720 740 34 去应力退火和中间退火 防止在机加工过程中产生的应力在淬火加热时会发生松弛 造成淬火变形。 牌 号加热温度()时间(h)冷却方式 T7、T8、T7A、 T8A、T10、T10A 60065023空冷或炉冷 9Mn2V CrWMn 9CrwMn 650680 GCr15650700 24空冷或炉冷 20680720 20Cr700720 45680720 12空冷或炉冷 12CrNi1365068023空冷 Cr12 Cr12MoV W18Cr4V W6mO5Cr4V2 3Cr2W8 650750 TLMW50500600 34空冷或炉冷 去应力退火

14、工艺规定去应力退火工艺规定 去应力退火目的：去应力退火目的： 消除应力、降低硬度。主要用于旧模翻新与新模返修。 提高塑性软化处理 降低硬度、提高塑性、减少冷作硬化趋向， 降低变形抗力。 冷挤、冷滚加工模具型腔时，常需采用提高 塑性软化处理工艺。 应用： 中间退火目的： 目的： 2）模具零件的最终热处理 淬火和回火是模具零件加工过程中的关键工序之一。随 着淬、回火质量的优劣，模具使用寿命会出现悬殊差别。 为了缩短淬火保温时间、减小淬火开裂与变形倾向,在淬火 加热前要进行预热。 预 热加 热 箱式炉盐浴炉时间(min/mm) 牌 号 温度 () 时 间 (min/mm) 温 度 () 时 间 (m

15、in/ mm) 温 度 ()箱式盐溶 淬火 硬 度HRC 冷却介质和应用范围 T8 780 800 6264 T10 790 810 1 1.2 0.4 0.5 6265 1. 盐水冷油冷。用于简 单、低要求的模具零件 2. 160180碱浴空 冷。用于形状复杂、要求 较高的模具零件。 3. 180220硝盐空 冷。用于复杂、要求高的 模具零件 9Mn2V 790 810 6263 CrWMn 820 840 6365 9CrWMn 820 840 6264 GCr15 400 450 23 830 850 1.2 1.5 0.5 0.6 6163 1. 冷油冷却。用于一般 模具和内形胀大后的

16、返修 工艺 2. 热油冷却。用于较复 杂、大尺寸的模具 3. 160180硝盐空 冷。用于厚度30mm的复 杂精密模具 注 ： 括 号 内 数 据 是 指 二 次 硬 化 法 所 采 用 的 温 度 及 硬 度 。 常用模具钢加热、淬火和冷却工艺规范 淬火： 预 热加 热 箱式炉盐浴炉时间(min/mm) 牌 号 温度 () 时 间 (min/mm) 温度 () 时间 (min/ mm) 温 度 ()箱式盐溶 淬火硬 度HRC 冷却介质和应用范围 Cr12 960 980 (1080 1100) 6264 (40 50) Cr12MoV 750 800 800 850 0.5 11020 10

17、40 (1100 1120) 0.5 0.7 0.3 0.4 6264 (40 50) 6W6Mo5Cr4V 1180 1200 W18Cr4V 1220 1250 6163 W6Mo5Cr4V2 750 800 1.52 800 850 0.4 0.5 1180 1200 0.3 0.5 0.15 0.3 1. 普通冷却工艺 冷油 冷却用于一般简单模具， 空冷或风冷用于复杂、高 要求模具 2. 分级冷却工艺 60 100热油或160180 硝盐浴空冷， 或者560 620低温盐浴空冷， 用于复杂精密冲模 3. 贝氏体等温冷却工艺 260380硝盐浴空冷 560620盐浴360 380硝盐浴2

18、60380 硝盐浴空冷，用于形 状复杂、要求韧性的零件 45 400 450 23 820 850 0.5 0.7 0.3 0.4 55 TLMW50 1040 1060 20.36668 GT35 750 800 2 800 820 0.3 960 980 12 0.3 0.6 6769 1. 3080油冷，用于 一般形状的零件 2. 160180硝盐浴 空冷，用于复杂形状和易 开裂零件 精密模具冷处理 冷处理是将淬火工件继续冷至室温以下，使在室温下尚未 转变的残留奥氏体继续转变成马氏体的一种工艺。 防止精密模具零件在使用过程中因残余奥氏体转变而发生 尺寸的变化，稳定精密零件几何尺寸；可提高

19、工件淬火硬度 （12HRC），增加工件耐磨性。 作用： 冷处理工艺是在零件淬火后冷至室温后立即进行；冷处 理温度依相应模具材料的马氏体转变终了温度Mf而定。 冷处理主要应用于低温回火的冷作模具精密零件。 回火和时效处理 回火的主要目的： 获得零件最终所需的力学性能、减少或消除应力、提 高组织和尺寸的稳定性、减小模具零件在随后加工或使用中 的变形开裂倾向。 回火温度、回火时间、回火次数是回火工艺中的三要素， 直接影响模具的使用寿命。 在允许的条件下（保证硬度及耐磨性要求），尽可能采 用较高温度、较长时间、较多次数回火。 一般原则是： 常用碳素工具钢和低合金工具钢的回火温度 回 火 温 度() 牌

20、 号 5862HRC5458HRC5054HRC4550HRC T8160190240260300320360380 T10160190250270300320360380 9Mn2V160190260280320340380400 CrWMn160190320340380400 9CrWMn160190220280350380380430 GCr15160190260280320340380400 注：在硝盐中进行加火13h，若用箱式炉回火，时间应增加一倍 常用高合金工具钢、高速钢的回火温度常用高合金工具钢、高速钢的回火温度 回 火 温 度() 牌 号 5862HRC5458HRC5054H

21、RC4550HRC Cr12160190260280360380480520 Cr12MoV160190260280360380480520 6W6M05Cr4V23次回火，回火温度560580，每次1.5h，硬度可达63HRC W18Cr4V23次回火，回火温度550570，每次11.5h，硬度可达64HRC W6M05Cr4V223次回火，回火温度560570，每次11.5h，硬度可达65HRC 淬火温度()回火硬度HRC回火温度()回火次数冷却方法加火保温时间 4448560580 404458062010501080 2832700720 4448600620 404462066011

22、001150 2832720740 2空 冷 盐浴炉2h，箱 式电炉34h 3Cr2W8 钢回火工艺规范 塑料模常用钢回火温度塑料模常用钢回火温度 常用钢结硬质合金回火温度常用钢结硬质合金回火温度 加 火 温 度() 牌 号 5055HRC4550HRC4045HRC T10300320360380400420 9Mn2V320340380400420440 CrWMn320340380400420440 GCr15300340380400420440 加 火 温 度() 牌 号 200400500600 TLMW506668HRC65HRC62HRC5859HRC GT356769HRC65

23、66HRC62HRC5859HRC 析出硬化钢时效处理： 用析出硬化钢制造的模具毛坯，采用软化处理至20 30HRC的低硬度，随后经粗、精加工成型，这种低硬度模 具零件再经500左右保温时效处理，由于从固溶 体中析出镍、铝金属间化合物的缘故，使模具零件基体 （心部至表面）硬度从2030HRC提高到3845HRC。满 足零件的工作硬度要求。 热处理变形小得多（与淬、回火相比），时效处理 和表面氮化处理可同炉进行。 特点： 析出硬化模具钢时效处理工艺析出硬化模具钢时效处理工艺 牌 号 软化加工态 硬度(HRC) 时效处理工艺品 时效处理 后硬度 (HRC) Cr12Mn5Ni4Mo3Al1822

24、零件经80冷处理保温12h，随后 使其回升至室温，此时硬度达35 40HRC。零件再经510530保温34h 的时效处理，随后空冷或随炉冷至室 温，达4550HRC 4050 06Ni6CrMoVTia12028 零件经510530保温4h的时效处理硬 度达43045HRC 4345 25CrNi3MoA12528 零件经500510保温6h的时效处理硬 度达3941HRC 3941 7Mn15Cr2A13V2WMo1520 零件经650700保温46h的时效处 理硬度达4345HRC 4345 模具零件表面强化处理工艺 1) 化学热处理化学热处理 2）在模具零件表面涂覆一层硬而耐磨的物质 包

25、括镀硬铬、镍磷镀、喷涂硬质合金、沉积合金氮化 物、电火花表面强化等。 包括渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硫、渗金属、表面 合金化等。 模具常用表面强化处理方法模具常用表面强化处理方法 方 法性 能用 途 表面热处理表面强化 （表面淬火、渗氮、渗 硫、渗碳、渗硼、渗各 种金属，真空镀铬） 高硬度、高的耐磨性、耐蚀 性、抗咬合性，低摩擦系数 渗氮主要用于高铬冷作模具 钢和高速钢； 渗硫处理适用于成形模式表 面淬火（用于碳素钢） 电火花表面强化提高冲模刃口强度 主要用于冲裁模刃口强化， 也适用于弯曲模、拉深模的 强化处理 凸凹模工作表面镀硬铬 提高表面耐磨性，降低表面 粗糙度 适用于热作模具，如塑料

26、模 硬质合金堆焊冲模 提高刃口强度、硬度及耐磨 性，可提高寿命35倍 主要用来强化磨擦制模及修 复凸凹模工作表面及刃口 表面镀铬 提高表面强度、硬度及表面 耐磨耐蚀性，降低摩擦系数， 提高寿命23倍 适用于型腔模、拉深模、弯 曲模 四、模具的检验 1. 模具的检验内容 2. 模具检测常用工具 光学投影仪。 工具显微镜。 三坐标测量机。 模具材料的质量检验。 模具加工零件的尺寸精度测量。 模具零件形状误差与位置误差的测量与检验。 模具零件的表面粗糙度的检测。 模具零件的硬度检测。 模具型面、型腔的检测。 模具装配后的外观质量检测。 模具内在质量无损探伤检测。 五、模具的使用与维护 .模具与设备的

27、合理匹配 A 常用冲压设备 曲柄压力机（分开式、闭式） 摩擦压力机 冲压液压机 可用于冲裁、浅拉深、变形等工序。 主要用于校平、压印、切边、弯曲等工序。 主要用于拉深模。 1）冲压设备的选用原则 B 冲压设备的型号 按有关标准规定。用汉语拼音字母和数字表示如： 1 160 机械压力机代号 变型设计代号 列别代号 组别代号 压力机公称压力（吨） 改进设计代号 机械压力机代号表示冲压设备类别，用字母表示。常用类别 为： 机械压力机 液压压力机 剪切机 弯曲校正机 表示变型设计次数，用顺序字母表示。如为第 一次变型设计；为第二次变型设计。 冲压设备的型号共分十列九组，分别以、 、.10表示。 变型设

28、计代号： 列（组）别代号列（组）别代号： 注：注： 冲压设备选用原则 中小型冲模应选用单柱开式压力机； 压力机的工作台尺寸、滑块 底面尺寸应满足模具的正确安装。 漏料孔的尺寸应大于或能通过制 品及废料尺寸。 大中型冲模选用双柱闭式压力机； 压力机的公称压力应大于计算压力（模具冲压力）的1.21.3倍。 压力机的行程应满足制品高 度尺寸要求，并保证冲压后制品 能顺利地从模具中取出。 压力机的装模高度应 大于冲模的高度。 2）锻模常用设备及选用）锻模常用设备及选用 锻模常用设备 选用模锻设备的原则 自由锻锤（空气锤、蒸汽空气锤）； 摩擦压力机； 热模锻曲柄压力机； 平锻机。 正确选用模锻设备的规格

29、。设备的公称压力要稍大于计算 的模锻压力。 根据锻模的结构不同，选用不同的模锻设备。 根据批量大小选用模锻设备。 3）压铸模常用设备及选用）压铸模常用设备及选用 常用压铸机类型 压铸机的选用原则 理论计算的锁模力要小于压铸机公称锁模力。 模具外形尺寸和伸出模体的外部机构的最大尺寸，应 不与压铸机拉杆相碰，否则会影响压铸机的正常运行和使 用。 理论计算压室容量应小于压铸机公称压室容量。 理论计算的模具开模和推件力应小于所选压铸机的最大 开模力和推件力。 模具的总厚度应大于压铸机最小合模距；而压铸机 最大开模距应大于模具总厚度与制品高度之和。 模具安装在压铸机上的模板尺寸及孔位置，应与压铸机 固定

30、板尺寸及孔位置相适 应。 4）压缩（塑）模常用设备及选用）压缩（塑）模常用设备及选用 压缩模常用设备 合理选用液压机 液压机的顶出力一定要大于计算的模具脱模力， 即顶脱（KN）。 液压机顶出杆最大行程一定要大于塑件所需顶出高度， 即顶。 框架连接式液压机（适用于中小型液压机） 立柱式液压机（大、中型液压机） 液压机的额定压力必须大于所计算的塑件成形压力。 压成 / K(KN) 压压机额定压力（KN） 成 计算塑件成形压力（KN） 压机效率，0.90.75. 顶h（1015）（cm） 液压机顶出最大行程（mm） 顶塑件所需顶出高度（mm） 塑件最大高度（mm） 加料室高度（mm） 模具的闭合高度

31、应大于压力机最小开模距离；小于压力机 最大开模距离。 式中: 5）注射模常用设备及应用 A 注射模常用设备 注射装置 为竖立布置，锁模部分、 顶出装置及动模板、定模 板卧式排列，二者互危直 角。开模后制品能自动落 下，锁紧可靠、受力均匀。但型芯及嵌件安放不方便。只 适于小型塑件及中心部位不允许留有浇口液痕迹的特殊零件 的成形。 注射装置为柱塞式，锁模机构为液压机构，动 模设有顶出装置，装卸模方便，便于安装活动型芯及嵌件。 取件方便， 安装嵌件较麻烦。适宜 各种大、中小型塑件生 产，应用最普遍。 直角式注射机： 卧式注射机： 立式注射机： B 设备选用原则设备选用原则 成形塑件（包括浇道）的体积

32、不能超过注射机容量的80。 成形的注射压力应小于注射机的额定最大注射力。 选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力。 注射机行程与模具最大厚度应满足如下关系： 模最大； 其中模最大模具最大厚度（cm）； 注射机模板间最大开档（mm）； 注射机模板行程。 注射机的闭合高度与模具厚度应满足： 小大 卧式或立式注射机开模行程与模具应满足下式： 模具最大外形尺寸安装时应不受拉杆间距的影响。 模具安装用的定位环尺寸应与机床定位孔直径相配合。 模具的模板各安装孔一定要与注射机模板上的安装孔相对应设 计。 机床喷嘴孔径和球面半径一定要与模具进料孔相对应。 模具厚度 小注射机最小闭合高度 大注射机最大闭合高度 12（510）mm。 注射机开模行程（） 1脱模距离（） 2塑件高度（） 式中： 2模具的安装与拆卸 1）模具在安装前应做的准备工作 2）模具安装于压力机上的要求