模具材料參與人員

參加《模具材料》編寫的人員有武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院的劉兵、袁小會、程婧璠、吳元祥、李有才和武漢工業(yè)科技學(xué)校的黃莉?！赌＞卟牧稀酚衫钣胁艙?dān)任主編，劉兵、袁小會擔(dān)任副主編，由劉小寧擔(dān)任主審。《模具材料》參考了國內(nèi)外許多同行所編著的教材和其他著作，在此一并表示衷心感謝。

1內(nèi)容新?！赌＞卟牧稀吩趦?nèi)容的選取方面吸收了多年高職高專教改的成果，吸收了許多已經(jīng)成功使用的新材料和新的工藝。

2"_blank" href="/item/工程材料及熱處理">工程材料及熱處理與模具材料及表面處理兩門課程有目的性地進行整合，合二為一，刪繁就簡，使工程材料的基本理論有針對性的為模具材料所用。解決了高職高專需開設(shè)這兩門課程時的學(xué)時不足問題和知識銜接性問題。

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4"_blank" href="/item/三條">三條主線。達到了多一句嫌累贅，少一句則表達不透徹的境界。

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6"_blank" href="/item/沖壓模設(shè)計/18064681" data-lemmaid="18064681">沖壓模設(shè)計、塑料模設(shè)計、模具制造工藝學(xué)等核心專業(yè)課程緊密聯(lián)系在一起，形成扎實的專業(yè)技能，實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

《模具材料》是在總結(jié)編者多年教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進行編寫的，在編寫過程中充分考慮了現(xiàn)代企業(yè)對高職高專人才知識與能力的要求，遵循了教育的基本規(guī)律，注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，《模具材料》是職業(yè)技術(shù)院校和成人教育院校模具設(shè)計與制造專業(yè)學(xué)生的必備書，也可供從事模具設(shè)計與制造的工程技術(shù)人員、中等職業(yè)學(xué)校模具專業(yè)學(xué)生和自學(xué)者的參考?！赌＞卟牧稀肪哂腥缦绿攸c。

《模具材料》將工程材料及熱處理與模具材料及表面處理有機地整合為一體，適應(yīng)了教學(xué)改革的需要?？梢詽M足教學(xué)課時數(shù)為30～72學(xué)時的教學(xué)需要?！赌＞卟牧稀犯髡聝?nèi)容基本上是按照材料性能、制造加工工藝、材料應(yīng)用的順序編寫的。全書除緒論外共分為6章，包括工程材料基礎(chǔ)、模具材料與模具失效分析、冷作模具材料、熱作模具材料、塑料模具材料、模具表面強化技術(shù)等內(nèi)容。各章配有一定量的實例和復(fù)習(xí)思考題供學(xué)習(xí)時選用。

緒論

第1章 工程材料基礎(chǔ)

1.1 金屬材料的機械性能

1.1.1 強度

1.1.2 塑性

1.1.3 硬度

1.1.4 沖擊韌度

1.1.5 耐磨性

1.1.6 疲勞強度

1.1.7 工藝性能

1.2 晶體的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

1.2.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1.2.2 金屬的結(jié)晶

1.2.3 合金的晶體結(jié)構(gòu)與組織

1.3 鐵碳合金

1.3.1 鐵碳合金的基本組織及性能

1.3.2 鐵碳合金狀態(tài)圖

1.4 鋼的分類、用途及牌號

1.4.1 碳鋼的分類、用途及牌號

1.4.2 合金鋼的分類、用途及牌號

1.5 鑄鐵

1.5.1 鑄鐵的分類

1.5.2 石墨在鑄鐵中的作用

1.5.3 灰鑄鐵

1.5.4 球墨鑄鐵

1.5.5 可鍛鑄鐵

1.5.6 蠕墨鑄鐵

1.5.7 合金鑄鐵

1.6 鋼的熱處理

1.6.1 鋼在加熱和冷卻時的組織轉(zhuǎn)變

1.6.2 鋼的退火

1.6.3 鋼的正火

1.6.4 鋼的淬火

1.6.5 鋼的回火

1.6.6 熱處理設(shè)備

1.7 非鐵金屬

1.7.1 鋁及其合金

1.7.2 銅及其合金

1.7.3 滑動軸承合金

1.8 非金屬材料

1.8.1 工程塑料

1.8.2 橡膠

1.9 工程材料的選擇

1.9.1 零件的失效分析

1.9.2 工程材料的選用

復(fù)習(xí)思考題

第2章 模具材料與模具失效分析

2.1 模具及模具材料分類

2.1.1 模具的分類

2.1.2 模具材料的分類

2.2 模具失效形式及失效分析

2.2.1 模具失效形式

2.2.2 模具失效分析

2.2.3 模具失效分析實例

2.3 模具材料的選用

2.3.1 模具材料選用的一般原則

2.3.2 影響模具材料選用的具體因素

2.4 影響模具壽命的主要因素

2.4.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計對模具壽命的影響

2.4.2 模具制造質(zhì)量對模具壽命的影響

2.4.3 模具材料對模具壽命的影響

2.4.4 模具熱處理與表面處理對模具壽命的影響

2.4.5 模具的使用對模具壽命的影響

復(fù)習(xí)思考題

第3章 冷作模具材料

3.1 冷作模具材料的性能要求

3.1.1 冷作模具材料的使用性能要求

3.1.2 冷作模具材料的工藝性能要求

3.1.3 冷作模具材料的成分特點

3.2 冷作模具材料

3.2.1 低淬透性冷作模具鋼

3.2.2 低變形冷作模具鋼

3.2.3 高耐磨微變形冷作模具鋼

3.2.4 高強度高耐磨冷作模具鋼

3.2.5 抗沖擊冷作模具鋼

3.2.6 高強韌性冷作模具鋼

3.2.7 高耐磨高強韌性冷作模具鋼

3.2.8 硬質(zhì)合金

3.3 冷作模具材料的選用

3.3.1 冷作模具材料選用的原則

3.3.2 冷沖裁模具材料的選用

3.3.3 冷鐓模具材料的選用

3.3.4冷擠壓模具材料的選用

3.3.5 冷拉深模具材料的選用

3.4 冷作模具鋼的熱處理

3.4.1 冷作模具的制造工藝路線

3.4.2 冷作模具鋼的淬火與回火

3.4.3 冷作模具鋼的強韌化處理工藝

3.4.4 主要冷作模具的熱處理特點

3.4.5 冷作模具的熱處理實例

復(fù)習(xí)思考題

第4章 熱作模具材料

4.1 熱作模具材料的性能要求

4.1.1 熱作模具材料的使用性能要求

4.1.2 熱作模具材料的工藝性能要求

4.1.3 熱作模具材料的成分特點

4.2 熱作模具材料

4.2.1 低耐熱性熱作模具鋼

4.2.2 中耐熱性熱作模具鋼

4.2.3 高耐熱性熱作模具鋼

4.2.4 其他熱作模具材料

4.3 熱作模具材料的選用

4.3.1 熱鍛模材料的選用

4.3.2 熱擠壓模材料的選用

4.3.3 壓鑄模材料的選用

4.3.4 熱沖裁模材料的選用

4.4 熱作模具鋼的熱處理

4.4.1 錘鍛模的熱處理

4.4.2 熱擠壓模具的熱處理

4.4.3 壓鑄模具的熱處理

4.4.4 熱沖裁模具的熱處理

4.4.5 熱作模具鋼的熱處理實例

復(fù)習(xí)思考題

第5章 塑料模具材料

5.1 塑料模具材料的性能要求

5.1.1 塑料模具材料的使用性能要求

5.1.2 塑料模具材料的工藝性能要求

5.2 塑料模具材料

5.2.1 滲碳型塑料模具鋼

5.2.2 調(diào)質(zhì)型塑料模具鋼

5.2.3 淬硬型塑料模具鋼

5.2.4 預(yù)硬型塑料模具鋼

5.2.5 時效型塑料模具鋼

5.2.6 耐蝕型塑料模具鋼

5.2.7 其他塑料模具材料

5.3 塑料模具材料的選用

5.3.1 塑料模具的工作條件及失效形式

5.3.2 塑料模具材料的選用

5.4 塑料模具的熱處理

5.4.1 塑料模具的制造工藝路線

5.4.2 塑料模具材料的熱處理

5.4.3 塑料模具材料熱處理實例

5.5 塑料模具的表面處理

復(fù)習(xí)思考題

第6章 模具表面強化技術(shù)

6.1 表面熱處理技術(shù)

6.1.1 滲碳

6.1.2 滲氮

6.1.3 滲硫

6.1.4 滲硼

6.1.5 多元共滲

6.2 涂鍍技術(shù)

6.2.1 電鍍

6.2.2 電刷鍍

6.2.3 化學(xué)鍍

6.3 其他表面強化技術(shù)

6.3.1 噴丸表面強化

6.3.2 電火花表面強化

6.3.3 激光表面強化

6.3.4 氣相沉積技術(shù)

復(fù)習(xí)思考題

附錄

附錄Ⅰ 國內(nèi)外常用模具鋼鋼號對照表

附錄Ⅱ 黑色金屬硬度及強度換算表

參考文獻

……2100433B

本書是由普通高等教育應(yīng)用型本科材料成形與控制工程專業(yè)(模具方向)規(guī)劃教材編審委員會組織編寫的系列教材之一。全書共七章，包括：模具失效與使用壽命；模具材料概述；冷作模具材料及熱處理；熱作模具材料及熱處理；塑料模具材料及熱處理；其他模具材料及熱處理；模具表面處理技術(shù)。全書力求理論聯(lián)系實際，系統(tǒng)介紹各類模具的失效及使用壽命、常用模具材料的專業(yè)知識和熱處理工藝、模具的常用表面處理技術(shù)等內(nèi)容，突出國內(nèi)外模具方面的新材料、新工藝、新技術(shù)。書中內(nèi)容豐富，實用性強，反映了近年來國內(nèi)外在模具方面的研究成果和主要發(fā)展方向。

本書可作為普通高等教育應(yīng)用型本科材料成形與控制工程專業(yè)(模具方向)的教材，也可供從事模具設(shè)計、制造、熱處理等工作的有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

模具材料最重要的因素是熱強度和熱穩(wěn)定性，常用料模具材料：工作溫度 成形材料 模具材料

<300℃鋅合金Cr12、Cr12MoV、S-136、SLD、NAK80、GCr15、T8、T10。

300～500℃鋁合金、銅合金 5CrMnMo、3Cr2W8、9CrSi、W18Cr4V、5CrNiMo、W6Mo5Cr4V2、M2。

500～800℃ 鋁合金、銅合金、鋼鈦 GH130、GH33、GH37。

800～1000℃ 鈦合金、鋼、不銹鋼、鎳合金 K3、K5、K17、K19、GH99、IN100、ЖC-6NX88、MAR-M200、TRW-NASA、WA。

>1000℃ 鎳合金 銅基合金模具、硬質(zhì)合金模具。

模具澆注系統(tǒng)分類

根據(jù)澆注系統(tǒng)型制的不同可將塑料模具分為三類：

（1）大水口模具：流道及澆口在分模線上，與產(chǎn)品在開模時一起脫模，設(shè)計最簡單，容易加工，成本較低，所以較多人采用大水口系統(tǒng)作業(yè)。塑料模具結(jié)構(gòu)分為兩部分：動模和定模。隨注射機活動部分為動模（多為頂出側(cè)），在注射機射出端一般不活動稱為定模。因大水口模具的定模部分一般由兩塊鋼板組成故也有稱此類結(jié)構(gòu)模具為兩板模。兩板模是大水口模具中最簡單的結(jié)構(gòu)。

（2） 細(xì)水口模具：流道及澆口不在分模線上，一般直接在產(chǎn)品上，所以要設(shè)計多一組水口分模線，設(shè)計較為復(fù)雜，加工較困難，一般要視產(chǎn)品要求而選用細(xì)水口統(tǒng)。細(xì)水口模具的定模部分一般由三塊鋼板組成故也有稱此類結(jié)構(gòu)模具為“三板模”。三板模是細(xì)水口模具中最簡單的結(jié)構(gòu)。

（3） 熱流道模具：此類模具結(jié)構(gòu)與細(xì)水口大體相同，其最大區(qū)別是流道處于一個或多個有恒溫的熱流道板及熱唧嘴里，無冷料脫模，流道及澆口直接在產(chǎn)品上，所以流道不需要脫模，此系統(tǒng)又稱為無水口系統(tǒng)，可節(jié)省原材料，適用于原材料較貴、制品要求較高的情況，設(shè)計及加工困難，模具成本高。 熱流道系統(tǒng)，又稱熱澆道系統(tǒng)，主要由熱澆口套，熱澆道板，溫控電箱構(gòu)成。我們常見的熱流道系統(tǒng)有單點熱澆口和多點熱澆口二種形式。單點熱澆口是用單一熱澆口套直接把熔融塑料射入型腔，它適用單一腔單一澆口的塑料模具；多點熱澆口是通過熱澆道板把熔融料分枝到各分熱澆口套中再進入到型腔，它適用于單腔多點入料或多腔模具。

模具成型分類

（1）注射成型

是先把塑料加入到注射機的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔融，在注射機螺桿或柱塞的推動下，經(jīng)噴嘴和模具澆注系統(tǒng)進入模具型腔，由于物理及化學(xué)作用而硬化定型成為注塑制品。注射成型由具有注射、保壓（冷卻）和塑件脫模過程所構(gòu)成循環(huán)周期，因而注射成型具有周期性的特點。熱塑性塑料注射成型的成型周期短、生產(chǎn)效率高，熔料對模 具的磨損小，能大批量地成型形狀復(fù)雜、表面圖案與標(biāo)記清晰、尺寸精度高的塑件；但是對于壁厚變化大的塑件，難以避免成型缺陷。塑件各向異性也是質(zhì)量問題之 一，應(yīng)采用一切可能措施，盡量減小。

(2)壓縮成型

俗稱壓制成型，是最早成型塑件的方法之一。壓縮成型是將塑料直接加入到具有一定溫度的敞開的模具型腔內(nèi)，然后閉合模具，在熱與壓力作用下塑料熔融變成流動狀態(tài)。由于物理及化學(xué)作用，而使塑料硬化成為具有一定形狀和尺寸的常溫保持不變的塑件。壓縮成型主要是用于成型熱固性塑料，如酚醛模塑粉、脲醛與三聚氰胺甲醛模塑粉、玻璃纖維增強酚醛塑料、環(huán)氧樹脂、DAP樹脂、有機硅樹脂、聚酰亞胺等的模塑料，還可以成型加工不飽和聚酯料團（DMC）、片狀模塑料（SMC）、預(yù)制整體模塑料（BMC）等。一般情況下，常常按壓縮膜上、下模的配合結(jié)構(gòu)，將壓縮模分為溢料式、不溢料式、半溢料式三類。

(3)擠塑成型

是使處于粘流狀態(tài)的塑料，在高溫和一定的壓力下，通過具有特定斷面形狀的口模，然后在較低的溫度下，定型成為所需截面形狀的連續(xù)型材的一種成型方法。擠塑成型的生產(chǎn)過程，是準(zhǔn)備成型物料、擠出造型、冷卻定型、牽引與切斷、擠出品后處理（調(diào)質(zhì)或熱處理）。在擠塑成型過程中，注意調(diào)整好擠出機料筒各加熱段和機頭口模的溫度、螺桿轉(zhuǎn)數(shù)、牽引速度等工藝參數(shù)以便得到合格的擠塑型材。特別要注意調(diào)整好聚合物熔體由 機頭口模中擠出的速率。因為當(dāng)熔融料擠出的速率較低時，擠出物具有光滑的表面、均勻的斷面形狀；但是當(dāng)熔融物料擠出速率達到某一限度時，擠出物表面就會變 得粗糙、失去光澤，出現(xiàn)鯊魚皮、桔皮紋、形狀扭曲等現(xiàn)象。當(dāng)擠出速率進一步增大時，擠出物表面出現(xiàn)畸變，甚至支離和斷裂成熔體碎片或圓柱。因此擠出速率的控制至關(guān)重要。

(4)壓注成型

亦稱鑄壓成型。是將塑料原料加入預(yù)熱的加料室內(nèi)，然后把壓柱放入加料室中鎖緊模具，通過壓柱向塑料施加壓力，塑料在高溫、高壓下熔化為流動狀態(tài)，并通過澆注系統(tǒng)進入型腔逐漸固化成塑件。此種成型方法，也稱傳遞模塑成型。壓注成型適用于各低于固性塑料，原則上能進行壓縮成型的塑料，也可用壓注法成型。但要求成型物料在低于固化溫度時，熔融狀態(tài)具有良好的流動性，在高于固化溫度時，有較大的固化速率。

(5)中空成型

是把由擠出或注射制得的、尚處于塑化狀態(tài)的管狀或片狀坯材趨勢固定于成型模具中，立刻通入壓縮空氣，迫使坯材膨脹并貼于模具型腔壁面上，待冷卻定型后脫模，即得所需中空制品的一種加工方法。適合中空成型的塑料為高壓聚乙烯、低壓聚乙烯、硬聚氯乙烯、軟聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。根據(jù)型坯成型方法的不同，中空成型主要分為擠出吹塑中空成型和注射吹塑中空成型兩種。擠出吹塑中空成型的優(yōu)點是擠出機與擠出吹塑模的結(jié)構(gòu)簡單，缺點是型坯的壁厚不一致，容易造成塑料制品的壁厚不勻。注射吹 塑中空成型的優(yōu)點是型坯的壁厚均勻、無飛邊，由于注射型坯有底面，因此中空制品的底部不會產(chǎn)生拼和縫，不僅美觀而且強度高。缺點是所用的成型設(shè)備和模具價格貴，故這種成型方法多用于小型中空制品的大批量生產(chǎn)上，在使用上沒有擠出吹塑中空成型方法廣泛。

(6)壓鑄成型模具

壓鑄成型模具又稱傳遞成型模具。將塑料原料加入預(yù)熱的加料室，然后向壓柱施加壓力，塑料在高溫高壓下熔融，并通過模具的澆注系統(tǒng)進入型腔，逐漸硬化成型，這種成型方法叫作壓鑄成型，所用的模具叫壓鑄成型模具。這種模具多用于熱固性塑料的成型。

除此之外，還有泡沫塑料成型模具、玻纖增強塑料低壓成型模具等等。

模具其它分類

(1)熱流道模具

借助加熱裝置使?jié)沧⑾到y(tǒng)中的塑料不會凝固，也不會隨制品脫模，所以又稱無流道模。優(yōu)點：1）無廢料 2）可降低注射壓力，可以采用多腔模 3）可縮短成型周期 4）提高制品的質(zhì)量 適合熱流道模塑料的特點：5）塑料的熔融溫度范圍較寬。低溫時，流動性好，高溫時，具有較好的熱穩(wěn)定性。6）對壓力敏感，不加壓力不流動，但施加壓力時即可流動。7）比熱性好，以便在模具中很快冷卻。可用熱流道的塑料有PE，ABS，POM，PC，HIPS，PS。常用的熱流道有兩種：1）加熱流道模 2）絕熱流道模。

(2)硬模

內(nèi)模件所采用的鋼板，買回來后需要進行熱處理，如淬火滲碳，才能達到使用的要求，這樣的注塑模叫硬模，如內(nèi)模件采用H13鋼，420鋼，S7鋼。

(3)軟模（44HRC 以下）

內(nèi)模件所采用的鋼材，買回來后不需要進行熱處理，就能達到使用的要求，這樣的注塑叫軟模。如內(nèi)模件采用P20鋼，王牌鋼，420鋼，NAK80，鋁，鈹銅。

模具原理

基本原理：

雙射成型主要以雙射成型機兩只料管配合兩套模具按先后次序經(jīng)兩次成型制成雙射產(chǎn)品。

工作步驟：

1．A原料經(jīng)A料管射入1次成型模制成單射產(chǎn)品A。

2．經(jīng)周期開模,產(chǎn)品A留于公模，成型機動模板旋轉(zhuǎn)至B合模。

3．B原料經(jīng)B料管射入2次成型模制成雙射成品,開模頂出。

模具設(shè)計要點

一.設(shè)計前檢討事項

1．模具材質(zhì)

2．成型品

3．成型機選擇

4．模座基本構(gòu)造

二.模具設(shè)計重要項目

1．多色射出組合方式

2．澆道系統(tǒng)

（1）射出壓力較低。

（2）快速充填完成，可提升產(chǎn)量。

（3）可均勻射出，產(chǎn)品質(zhì)量較好。

（4）減少廢料，縮短射出時間。

3．成型設(shè)備：

（1）各射出料缸的射出量，決定那一色用那一支料缸。

（2）打擊棒的位置及打擊行程。

（3）旋轉(zhuǎn)盤上水路，油路,及電路的配置問題。

（4）旋轉(zhuǎn)盤的承載重量。

4．模座設(shè)計:模仁配置設(shè)計

首先考慮到模具公模側(cè)必需旋轉(zhuǎn)180度，模仁設(shè)置必需交叉對稱排列,否則無法合模成型。

（1）導(dǎo)柱:具有導(dǎo)引公模與母模的功能.在多色模中必需保持同心度。

（2）回位銷：由于模具必需旋轉(zhuǎn)的動作，所以必需將頂出板固定，在回位銷上加彈簧使頂出板保持穩(wěn)定。

（3）定位塊：確保兩模座固定于大固板時不因螺絲的間隙問題而造成偏移。

（4）調(diào)整塊（耐磨塊）：主要用于合模時模具高度z坐標(biāo)值誤差時可以做調(diào)整。

（5）頂出機構(gòu)：頂出方式的設(shè)計與一般模具相同。

（6）冷卻回路設(shè)計：模具一與模具二的冷卻回路設(shè)計盡量相同。

模具材料最重要的因素是熱強度和熱穩(wěn)定性，常用模具材料：工作溫度 成形材料 模具材料<30℃ 鋅合金 Cr12、Cr12MoV、GCr15、T8、T10 300～500℃ 鋁合金、銅合金 5CrMnMo、3Cr2W8、9CrSi、W18Cr4V、5CrNiMo、W6Mo5Cr4V2、M2 500～800℃ 鋁合金、銅合金、鋼鈦 GH130、GH33、GH37 800～1000℃ 鈦合金、鋼、不銹鋼、鎳合金 K3、K5、K17、K19、GH99、IN100、ЖC-6NX88、MAR-M200、TRW-NASA、WA >1000℃ 鎳合金 銅基合金2100433B