模具材料

《模具材料》将工程材料及热处理与模具材料及表面处理有机地整合为一体，适应了教学改革的需要。可以满足教学课时数为30～72学时的教学需要。《模具材料》各章内容基本上是按照材料性能、制造加工工艺、材料应用的顺序编写的。全书除绪论外共分为6章，包括工程材料基础、模具材料与模具失效分析、冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料、模具表面强化技术等内容。各章配有一定量的实例和复习思考题供学习时选用。

《模具材料》是在总结编者多年教学经验的基础上进行编写的，在编写过程中充分考虑了现代企业对高职高专人才知识与能力的要求，遵循了教育的基本规律，注重培养学生分析问题、解决问题的能力，《模具材料》是职业技术院校和成人教育院校模具设计与制造专业学生的必备书，也可供从事模具设计与制造的工程技术人员、中等职业学校模具专业学生和自学者的参考。《模具材料》具有如下特点。

1内容新。《模具材料》在内容的选取方面吸收了多年高职高专教改的成果，吸收了许多已经成功使用的新材料和新的工艺。

2"_blank" href="/item/工程材料及热处理">工程材料及热处理与模具材料及表面处理两门课程有目的性地进行整合，合二为一，删繁就简，使工程材料的基本理论有针对性的为模具材料所用。解决了高职高专需开设这两门课程时的学时不足问题和知识衔接性问题。

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4"_blank" href="/item/三条">三条主线。达到了多一句嫌累赘，少一句则表达不透彻的境界。

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6"_blank" href="/item/冲压模设计/18064681" data-lemmaid="18064681">冲压模设计、塑料模设计、模具制造工艺学等核心专业课程紧密联系在一起，形成扎实的专业技能，实现专业培养目标的要求。

参加《模具材料》编写的人员有武汉软件工程职业学院的刘兵、袁小会、程婧璠、吴元祥、李有才和武汉工业科技学校的黄莉。《模具材料》由李有才担任主编，刘兵、袁小会担任副主编，由刘小宁担任主审。《模具材料》参考了国内外许多同行所编著的教材和其他著作，在此一并表示衷心感谢。

绪论

第1章 工程材料基础

1.1 金属材料的机械性能

1.1.1 强度

1.1.2 塑性

1.1.3 硬度

1.1.4 冲击韧度

1.1.5 耐磨性

1.1.6 疲劳强度

1.1.7 工艺性能

1.2 晶体的结构与结晶

1.2.1 金属的晶体结构

1.2.2 金属的结晶

1.2.3 合金的晶体结构与组织

1.3 铁碳合金

1.3.1 铁碳合金的基本组织及性能

1.3.2 铁碳合金状态图

1.4 钢的分类、用途及牌号

1.4.1 碳钢的分类、用途及牌号

1.4.2 合金钢的分类、用途及牌号

1.5 铸铁

1.5.1 铸铁的分类

1.5.2 石墨在铸铁中的作用

1.5.3 灰铸铁

1.5.4 球墨铸铁

1.5.5 可锻铸铁

1.5.6 蠕墨铸铁

1.5.7 合金铸铁

1.6 钢的热处理

1.6.1 钢在加热和冷却时的组织转变

1.6.2 钢的退火

1.6.3 钢的正火

1.6.4 钢的淬火

1.6.5 钢的回火

1.6.6 热处理设备

1.7 非铁金属

1.7.1 铝及其合金

1.7.2 铜及其合金

1.7.3 滑动轴承合金

1.8 非金属材料

1.8.1 工程塑料

1.8.2 橡胶

1.9 工程材料的选择

1.9.1 零件的失效分析

1.9.2 工程材料的选用

复习思考题

第2章 模具材料与模具失效分析

2.1 模具及模具材料分类

2.1.1 模具的分类

2.1.2 模具材料的分类

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 模具失效分析实例

2.3 模具材料的选用

2.3.1 模具材料选用的一般原则

2.3.2 影响模具材料选用的具体因素

2.4 影响模具寿命的主要因素

2.4.1 模具结构设计对模具寿命的影响

2.4.2 模具制造质量对模具寿命的影响

2.4.3 模具材料对模具寿命的影响

2.4.4 模具热处理与表面处理对模具寿命的影响

2.4.5 模具的使用对模具寿命的影响

复习思考题

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 冷作模具材料的工艺性能要求

3.1.3 冷作模具材料的成分特点

3.2 冷作模具材料

3.2.1 低淬透性冷作模具钢

3.2.2 低变形冷作模具钢

3.2.3 高耐磨微变形冷作模具钢

3.2.4 高强度高耐磨冷作模具钢

3.2.5 抗冲击冷作模具钢

3.2.6 高强韧性冷作模具钢

3.2.7 高耐磨高强韧性冷作模具钢

3.2.8 硬质合金

3.3 冷作模具材料的选用

3.3.1 冷作模具材料选用的原则

3.3.2 冷冲裁模具材料的选用

3.3.3 冷镦模具材料的选用

3.3.4冷挤压模具材料的选用

3.3.5 冷拉深模具材料的选用

3.4 冷作模具钢的热处理

3.4.1 冷作模具的制造工艺路线

3.4.2 冷作模具钢的淬火与回火

3.4.3 冷作模具钢的强韧化处理工艺

3.4.4 主要冷作模具的热处理特点

3.4.5 冷作模具的热处理实例

复习思考题

第4章 热作模具材料

4.1 热作模具材料的性能要求

4.1.1 热作模具材料的使用性能要求

4.1.2 热作模具材料的工艺性能要求

4.1.3 热作模具材料的成分特点

4.2 热作模具材料

4.2.1 低耐热性热作模具钢

4.2.2 中耐热性热作模具钢

4.2.3 高耐热性热作模具钢

4.2.4 其他热作模具材料

4.3 热作模具材料的选用

4.3.1 热锻模材料的选用

4.3.2 热挤压模材料的选用

4.3.3 压铸模材料的选用

4.3.4 热冲裁模材料的选用

4.4 热作模具钢的热处理

4.4.1 锤锻模的热处理

4.4.2 热挤压模具的热处理

4.4.3 压铸模具的热处理

4.4.4 热冲裁模具的热处理

4.4.5 热作模具钢的热处理实例

复习思考题

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 塑料模具材料的工艺性能要求

5.2 塑料模具材料

5.2.1 渗碳型塑料模具钢

5.2.2 调质型塑料模具钢

5.2.3 淬硬型塑料模具钢

5.2.4 预硬型塑料模具钢

5.2.5 时效型塑料模具钢

5.2.6 耐蚀型塑料模具钢

5.2.7 其他塑料模具材料

5.3 塑料模具材料的选用

5.3.1 塑料模具的工作条件及失效形式

5.3.2 塑料模具材料的选用

5.4 塑料模具的热处理

5.4.1 塑料模具的制造工艺路线

5.4.2 塑料模具材料的热处理

5.4.3 塑料模具材料热处理实例

5.5 塑料模具的表面处理

复习思考题

第6章 模具表面强化技术

6.1 表面热处理技术

6.1.1 渗碳

6.1.2 渗氮

6.1.3 渗硫

6.1.4 渗硼

6.1.5 多元共渗

6.2 涂镀技术

6.2.1 电镀

6.2.2 电刷镀

6.2.3 化学镀

6.3 其他表面强化技术

6.3.1 喷丸表面强化

6.3.2 电火花表面强化

6.3.3 激光表面强化

6.3.4 气相沉积技术

复习思考题

附录

附录Ⅰ 国内外常用模具钢钢号对照表

附录Ⅱ 黑色金属硬度及强度换算表

参考文献

……2100433B

本书是由普通高等教育应用型本科材料成形与控制工程专业(模具方向)规划教材编审委员会组织编写的系列教材之一。全书共七章，包括：模具失效与使用寿命；模具材料概述；冷作模具材料及热处理；热作模具材料及热处理；塑料模具材料及热处理；其他模具材料及热处理；模具表面处理技术。全书力求理论联系实际，系统介绍各类模具的失效及使用寿命、常用模具材料的专业知识和热处理工艺、模具的常用表面处理技术等内容，突出国内外模具方面的新材料、新工艺、新技术。书中内容丰富，实用性强，反映了近年来国内外在模具方面的研究成果和主要发展方向。

本书可作为普通高等教育应用型本科材料成形与控制工程专业(模具方向)的教材，也可供从事模具设计、制造、热处理等工作的有关工程技术人员参考。

模具材料最重要的因素是热强度和热稳定性，常用料模具材料：工作温度 成形材料 模具材料

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

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

500～800℃ 铝合金、铜合金、钢钛 GH130、GH33、GH37。

800～1000℃ 钛合金、钢、不锈钢、镍合金 K3、K5、K17、K19、GH99、IN100、ЖC-6NX88、MAR-M200、TRW-NASA、WA。

>1000℃ 镍合金 铜基合金模具、硬质合金模具。

模具浇注系统分类

根据浇注系统型制的不同可将塑料模具分为三类：

（1）大水口模具：流道及浇口在分模线上，与产品在开模时一起脱模，设计最简单，容易加工，成本较低，所以较多人采用大水口系统作业。塑料模具结构分为两部分：动模和定模。随注射机活动部分为动模（多为顶出侧），在注射机射出端一般不活动称为定模。因大水口模具的定模部分一般由两块钢板组成故也有称此类结构模具为两板模。两板模是大水口模具中最简单的结构。

（2） 细水口模具：流道及浇口不在分模线上，一般直接在产品上，所以要设计多一组水口分模线，设计较为复杂，加工较困难，一般要视产品要求而选用细水口统。细水口模具的定模部分一般由三块钢板组成故也有称此类结构模具为“三板模”。三板模是细水口模具中最简单的结构。

（3） 热流道模具：此类模具结构与细水口大体相同，其最大区别是流道处于一个或多个有恒温的热流道板及热唧嘴里，无冷料脱模，流道及浇口直接在产品上，所以流道不需要脱模，此系统又称为无水口系统，可节省原材料，适用于原材料较贵、制品要求较高的情况，设计及加工困难，模具成本高。 热流道系统，又称热浇道系统，主要由热浇口套，热浇道板，温控电箱构成。我们常见的热流道系统有单点热浇口和多点热浇口二种形式。单点热浇口是用单一热浇口套直接把熔融塑料射入型腔，它适用单一腔单一浇口的塑料模具；多点热浇口是通过热浇道板把熔融料分枝到各分热浇口套中再进入到型腔，它适用于单腔多点入料或多腔模具。

模具成型分类

（1）注射成型

是先把塑料加入到注射机的加热料筒内，塑料受热熔融，在注射机螺杆或柱塞的推动下，经喷嘴和模具浇注系统进入模具型腔，由于物理及化学作用而硬化定型成为注塑制品。注射成型由具有注射、保压（冷却）和塑件脱模过程所构成循环周期，因而注射成型具有周期性的特点。热塑性塑料注射成型的成型周期短、生产效率高，熔料对模 具的磨损小，能大批量地成型形状复杂、表面图案与标记清晰、尺寸精度高的塑件；但是对于壁厚变化大的塑件，难以避免成型缺陷。塑件各向异性也是质量问题之 一，应采用一切可能措施，尽量减小。

(2)压缩成型

俗称压制成型，是最早成型塑件的方法之一。压缩成型是将塑料直接加入到具有一定温度的敞开的模具型腔内，然后闭合模具，在热与压力作用下塑料熔融变成流动状态。由于物理及化学作用，而使塑料硬化成为具有一定形状和尺寸的常温保持不变的塑件。压缩成型主要是用于成型热固性塑料，如酚醛模塑粉、脲醛与三聚氰胺甲醛模塑粉、玻璃纤维增强酚醛塑料、环氧树脂、DAP树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺等的模塑料，还可以成型加工不饱和聚酯料团（DMC）、片状模塑料（SMC）、预制整体模塑料（BMC）等。一般情况下，常常按压缩膜上、下模的配合结构，将压缩模分为溢料式、不溢料式、半溢料式三类。

(3)挤塑成型

是使处于粘流状态的塑料，在高温和一定的压力下，通过具有特定断面形状的口模，然后在较低的温度下，定型成为所需截面形状的连续型材的一种成型方法。挤塑成型的生产过程，是准备成型物料、挤出造型、冷却定型、牵引与切断、挤出品后处理（调质或热处理）。在挤塑成型过程中，注意调整好挤出机料筒各加热段和机头口模的温度、螺杆转数、牵引速度等工艺参数以便得到合格的挤塑型材。特别要注意调整好聚合物熔体由 机头口模中挤出的速率。因为当熔融料挤出的速率较低时，挤出物具有光滑的表面、均匀的断面形状；但是当熔融物料挤出速率达到某一限度时，挤出物表面就会变 得粗糙、失去光泽，出现鲨鱼皮、桔皮纹、形状扭曲等现象。当挤出速率进一步增大时，挤出物表面出现畸变，甚至支离和断裂成熔体碎片或圆柱。因此挤出速率的控制至关重要。

(4)压注成型

亦称铸压成型。是将塑料原料加入预热的加料室内，然后把压柱放入加料室中锁紧模具，通过压柱向塑料施加压力，塑料在高温、高压下熔化为流动状态，并通过浇注系统进入型腔逐渐固化成塑件。此种成型方法，也称传递模塑成型。压注成型适用于各低于固性塑料，原则上能进行压缩成型的塑料，也可用压注法成型。但要求成型物料在低于固化温度时，熔融状态具有良好的流动性，在高于固化温度时，有较大的固化速率。

(5)中空成型

是把由挤出或注射制得的、尚处于塑化状态的管状或片状坯材趋势固定于成型模具中，立刻通入压缩空气，迫使坯材膨胀并贴于模具型腔壁面上，待冷却定型后脱模，即得所需中空制品的一种加工方法。适合中空成型的塑料为高压聚乙烯、低压聚乙烯、硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。根据型坯成型方法的不同，中空成型主要分为挤出吹塑中空成型和注射吹塑中空成型两种。挤出吹塑中空成型的优点是挤出机与挤出吹塑模的结构简单，缺点是型坯的壁厚不一致，容易造成塑料制品的壁厚不匀。注射吹 塑中空成型的优点是型坯的壁厚均匀、无飞边，由于注射型坯有底面，因此中空制品的底部不会产生拼和缝，不仅美观而且强度高。缺点是所用的成型设备和模具价格贵，故这种成型方法多用于小型中空制品的大批量生产上，在使用上没有挤出吹塑中空成型方法广泛。

(6)压铸成型模具

压铸成型模具又称传递成型模具。将塑料原料加入预热的加料室，然后向压柱施加压力，塑料在高温高压下熔融，并通过模具的浇注系统进入型腔，逐渐硬化成型，这种成型方法叫作压铸成型，所用的模具叫压铸成型模具。这种模具多用于热固性塑料的成型。

除此之外，还有泡沫塑料成型模具、玻纤增强塑料低压成型模具等等。

模具其它分类

(1)热流道模具

借助加热装置使浇注系统中的塑料不会凝固，也不会随制品脱模，所以又称无流道模。优点：1）无废料 2）可降低注射压力，可以采用多腔模 3）可缩短成型周期 4）提高制品的质量 适合热流道模塑料的特点：5）塑料的熔融温度范围较宽。低温时，流动性好，高温时，具有较好的热稳定性。6）对压力敏感，不加压力不流动，但施加压力时即可流动。7）比热性好，以便在模具中很快冷却。可用热流道的塑料有PE，ABS，POM，PC，HIPS，PS。常用的热流道有两种：1）加热流道模 2）绝热流道模。

(2)硬模

内模件所采用的钢板，买回来后需要进行热处理，如淬火渗碳，才能达到使用的要求，这样的注塑模叫硬模，如内模件采用H13钢，420钢，S7钢。

(3)软模（44HRC 以下）

内模件所采用的钢材，买回来后不需要进行热处理，就能达到使用的要求，这样的注塑叫软模。如内模件采用P20钢，王牌钢，420钢，NAK80，铝，铍铜。

模具原理

基本原理：

双射成型主要以双射成型机两只料管配合两套模具按先后次序经两次成型制成双射产品。

工作步骤：

1．A原料经A料管射入1次成型模制成单射产品A。

2．经周期开模,产品A留于公模，成型机动模板旋转至B合模。

3．B原料经B料管射入2次成型模制成双射成品,开模顶出。

模具设计要点

一.设计前检讨事项

1．模具材质

2．成型品

3．成型机选择

4．模座基本构造

二.模具设计重要项目

1．多色射出组合方式

2．浇道系统

（1）射出压力较低。

（2）快速充填完成，可提升产量。

（3）可均匀射出，产品质量较好。

（4）减少废料，缩短射出时间。

3．成型设备：

（1）各射出料缸的射出量，决定那一色用那一支料缸。

（2）打击棒的位置及打击行程。

（3）旋转盘上水路，油路,及电路的配置问题。

（4）旋转盘的承载重量。

4．模座设计:模仁配置设计

首先考虑到模具公模侧必需旋转180度，模仁设置必需交叉对称排列,否则无法合模成型。

（1）导柱:具有导引公模与母模的功能.在多色模中必需保持同心度。

（2）回位销：由于模具必需旋转的动作，所以必需将顶出板固定，在回位销上加弹簧使顶出板保持稳定。

（3）定位块：确保两模座固定于大固板时不因螺丝的间隙问题而造成偏移。

（4）调整块（耐磨块）：主要用于合模时模具高度z坐标值误差时可以做调整。

（5）顶出机构：顶出方式的设计与一般模具相同。

（6）冷却回路设计：模具一与模具二的冷却回路设计尽量相同。

模具材料最重要的因素是热强度和热稳定性，常用模具材料：工作温度 成形材料 模具材料<30℃ 锌合金 Cr12、Cr12MoV、GCr15、T8、T10 300～500℃ 铝合金、铜合金 5CrMnMo、3Cr2W8、9CrSi、W18Cr4V、5CrNiMo、W6Mo5Cr4V2、M2 500～800℃ 铝合金、铜合金、钢钛 GH130、GH33、GH37 800～1000℃ 钛合金、钢、不锈钢、镍合金 K3、K5、K17、K19、GH99、IN100、ЖC-6NX88、MAR-M200、TRW-NASA、WA >1000℃ 镍合金 铜基合金2100433B