作者：王东胜,范春华
出版社：电子工业出版社
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模具设计与制造基础试读：
前言
随着当今工业的快速发展，模具已广泛地应用于汽车、仪器仪表、家用电器、石油化工、轻工日用品、电子器件等国民经济部门，成为实施规模生产的关键性技术。许多企业利用模具这种特殊的工艺装备进行高质量、高效率、低成本、大规模的生产。
目前，模具设计与制造技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。我国模具工业有着巨大的发展潜力，模具设计与制造人才也是许多企业所急需的。
要成为一个高素质的模具从业人员，应该能够全面掌握模具的设计、制造、装配、生产工艺；要能根据产品的功能及外形要求，设计出合理的产品结构，选择合适的生产工艺，确定科学的模具结构，制定经济的生产工艺，生产出符合要求的产品。这就要求技术人员深入了解模具，灵活运用所学的知识设计生产出合理的模具。
本书编者根据自己的实际工作经验，结合模具的生产流程，细致地介绍了模具的各种相关知识，详细地介绍了模具的基础知识、模具的制造技术、模具的材料、冲压模的设计生产技术、注塑模的设计生产技术。通过阅读本书，读者可以快速掌握模具的基本知识，迅速融入到模具的相关行业中。
本书可供从事注塑模具设计与制造的技术人员使用，也可作为注塑模具从业人员的培训教材或大中专院校模具相关专业的补充教材。
本书在编写过程中，参考了有关教材、手册、资料，并得到了众多同志的支持和帮助，在此一并表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中难免有错漏之处，恳请读者批评指正。
编者
2009年4月
第1章 模具简介
1.1 模具的基本概念及作用
人们日常生产、生活中使用的各种工具和用品，大到机床底座、机身外壳，小到螺钉、纽扣，以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定了这些产品的外形，模具的加工质量与精度也决定着这些产品的质量。
模具是利用其本身的特定形状去成形具有一定形状和尺寸的制品的工具，是工业生产中的重要基础装备之一。模具是工业产品生产用的工艺装备，主要应用于制造业和加工业。它和冲压、锻造、铸造成形机械以及塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成形加工用的成形机械相配套，作为成形工具来使用。
模具属于精密机械产品，主要由机械零件和机构组成。机械零件包括成形工作零件（凸模、凹模）、导向零件（导柱、导套等）、支撑零件（模座等）、定位零件等；机构则有送料机构、抽芯机构、推（顶）料（件）机构、检测与安全机构等。
为了提高模具的质量、性能、精度和生产效率，缩短制造周期，模具的零部件（又称模具组合）多由标准零部件组成。所以，模具应当属于标准化程度较高的产品。通常一副中小型冲模或塑料注射模，其构成中的标准零部件可达90%，其工时节约率可达25%～45%。
现代产品生产中，由于使用模具加工效率高、互换性好，节约原材料，所以模具得到广泛的应用。
现代工业产品的零件，广泛采用冲压、成形锻造、压铸成形、挤压成形、塑料注射或其他成形加工方法，与成形模具相配套，经单工序或多道成形工序，使材料或坯料成形加工成符合产品要求的零件，或成为精加工前的半成品件。例如，汽车覆盖件就需要采用多副模具，经过冲孔、拉深、翻边、弯曲、切边、修边、整形等多道工序，才能成形加工为合格的零件；电视机外壳、洗衣机内桶，是采用塑料注射方法成形为合格零件的；发动机的曲轴、连杆是采用锻造成形模具，经过滚锻和模锻成形加工为精密机械加工前的半成品坯件的。
高精度、高效率、长寿命的冲模、塑料注射成形模具，可成形加工几十万件甚至几千万件产品零件，例如，一副硬质合金模具，可冲压硅钢片零件（E形片，电动机定、转子片）上亿件，这类模具被称为大批量生产用模具。而适用于多品种、少批量或产品试制的模具则有组合冲模、快换冲模、叠层冲模或成形模具以及低熔点合金成形模具等，在现代加工业中具有重要的经济价值，这类模具被称为通用、经济模具。
如今，电子、计算机、现代通信器材与设备、电器、仪器与仪表等工业产品的元器件或零部件越来越趋于微型化、精密化，零件结构设计中的槽、缝、孔尺寸往往要求在0.3mm以下，其批量生产对模具要求很高。例如，高压开关中的多触点零件，宽度仅为10mm，却需经过冲孔、冲槽、弯曲、三层叠压等多道工序，模具需设计为有70个工位的精密级进冲模。又如，BP机或手机中零件尺寸极其微小，对模具的要求更高。这类微型冲件和塑料件用的模具，已成为高技术模具或专利型模具。大型模具中，重量在10t以上的已很常见。例如，大型汽车覆盖件冲模、大型曲轴锻模、大尺寸电视机外壳用塑料注射模等重量都在10t以上。有些模具重量甚至达30t以上。
1.2 模具的分类及应用特点
1.2.1 模具的分类模具的用途广泛、种类繁多，科学地进行模具分类，对有计划地发展模具工业，系统地研究、开发模具生产技术，促进模具设计、制造技术的现代化，充分发挥模具的功能和作用，对研究、制定模具技术标准，提高模具标准化水平和专业化协作生产水平，提高模具生产效率，缩短模具的制造周期，都具有十分重要的意义。
总体上来说，模具可分为三大类：金属板材成形模具，如冲模等；金属体积成形模具，如锻（镦、挤压）模、压铸模等；非金属材料制品用成形模具，如塑料注射模和压缩模，以及橡胶制品、玻璃制品、陶瓷制品用成形模具等。
模具分类方法很多，常用的有：按模具结构形式分类，如单工序模，复式冲模等；按加工件成形方法分类，如塑料成形模具中的压缩模、注射模、挤出模、吹塑模等；按使用对象分类，如汽车覆盖件模具、电视机模具、瓶体模具等；按加工材料性质分类，如金属制品用模具、非金属制用模具等；按模具制造材料分类，如硬质合金模具和钢模等；按工艺性质分类，如拉深模、粉末冶金模、锻模等。
上述这些分类方法中，有些并不能全面地反映各种模具的结构和成形加工工艺的特点和它们的使用功能。为此，可采用以使用模具进行成形加工的工艺性质和使用对象为主的综合分类方法，将模具分为十大类。各大类模具又可根据模具结构、材料、使用功能及制模方法等分为若干小类或品种，具体见表1-1。表1-1 模具分类续表1.2.2 模具的应用特点
由表1-1可见，每类每种模具都有其特定的用途、使用方法，以及与之相配套的成形加工机床和设备。
模具的功能和应用与模具类别、品种有着密切的关系。因为，模具和产品零件的形状、尺寸大小、精度、材料、材料形式、表面状态、质量和生产批量等，都需要相互符合才能满足零件要求的技术条件，即每个产品零件对应的生产用模具，只能是一副或一套特定的模具。为适应模具不同的功能和用途，都需要进行创造性设计，形成形式多变的模具结构，导致模具类别和品种繁多，并具有单件生产的特征。
尽管如此，由于模具生产技术的现代化，在现代工业生产中，模具已广泛应用于电动机与电器产品，电子与计算机产品，仪表、家用电器产品与办公设备，汽车、军械、通用机械等产品的生产中。其主要原因是模具有以下一些特点。
1.模具的适应性强
针对产品零件的生产规模和生产形式，可采用不同结构和档次的模具与之相适应。例如，为适应产品零件的大批量生产，可采用高效率、高精度和高寿命的、自动化程度高的模具；若要适应产品试制或多品种、小批量的产品零件生产，可采用通用模具，如组合冲模、快换模具（可用于柔性生产线），以及各种经济模具。
根据不同产品零件的结构、性质、精度和批量，以及零件材料和材料性质、供货形式，可采用不同种类的模具与之相适应。例如，锻件需采用锻模，冲件则需采用冲模，塑件采用塑料成形模具，薄壳塑件则需采用吸塑或吹塑模具等。
2.制件的互换性好
制件的互换性好，是指在模具一定使用寿命范围内，合格制件（冲件、塑件、锻件等）的相似性好，可完全互换。常用模具寿命参见表1-2。表1-2 常用模具寿命
3.生产效率高、低耗
采用模具成形加工，产品零件的生产效率高。高速冲压可达1800次/min，由于模具寿命和产品产量等因素限制，常用冲模也在200～600次/min范围内。塑件注射循环时间可缩短在1～2min成形；若采用热流道模具，进行连续注射成形，则生产效率更高，可满足塑料件大批量生产的要求。若采用高效滚锻工艺和滚锻模，可进行连杆锻件连续滚锻成形。采用塑料异型材挤出模进行建筑用门窗异型材挤出成形，其挤出成形速度可达4m/min。由此可见，采用模具进行成形加工与机械加工相比，不仅生产效率高，而且生产消耗低，可大幅度节约原材料和人力资源，是进行产品生产的一种优质、高效、低耗的生产技术。
4.社会效益高
模具是高技术含量的社会产品，其价值和价格主要由模具材料、加工、外购件的购买与消耗这三项直接发生的费用，以及模具设计与试模（验）等技术费用来决定。模具设计及试模的费用是模具价值和市场价格的主要组成部分，其中一部分技术价值计入了市场价格，而更大一部分价值则依靠使模具用户和产品用户受惠而变为社会效益。例如，电视机用模具的费用仅为电视机产品价格的，尽管模具的一次投资较大，但在大批量生产的每台电视机的成本中仅占极小部分，甚至可以忽略不计。所以实际上，很高的模具价值为社会所拥有，变成了社会财富。
模具是现代工业生产中广泛应用的优质、高效、低耗、适应性很强的生产技术，或称为成形工具、成形工装产品。模具是技术含量高、附加值高、使用广泛的新技术产品，是价值很高的社会财富。
1.3 模具的设计、制造及生产流程
当前，模具设计已经告别了传统的绘图板，不到十年时间，各种绘图软件已经完全普及了；模具的制造也告别了传统的完全依靠手工的打磨工艺，数控设备成为了模具制造的基础设备；各种分析软件的出现，使过去完全凭个人经验的工艺决策模式有了科学性作为理论基础；模具零件的标准化已经确立；各种信息管理系统也得到了广泛的运用。所有这些，都为模具业再上新台阶奠定了坚实的基础。当然最重要的是，在这一过程中培养出一大批具有开拓意识和创新意识的人才。
目前模具生产的流程如下：
客户-订单-制定计划-工艺分析-模具设计-图纸审核-加工制造-试模-交货
这些过程都是并行或串行地进行的。随着竞争的日益激烈，如何降低成本、提高效率是每个企业都孜孜以求的。要降低成本、提高效率，就必须对整个制造过程进行成本控制。但是，许多企业把这个流程看成一成不变的模式“一条线”似地走下来，无形中禁锢了人们的思维，降低了人们对新思想技术的敏锐度。所以，对模具生产流程必须重新审视，这也是未来企业的发展方向。
下面以塑料模具为例简要介绍模具的设计、制造及生产的流程。
1.接受任务书
成形塑料制件的任务书通常由制件设计者提出，其内容如下：
① 经过审签的正规制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度等。
② 塑料制件说明书或技术要求。
③ 生产产量。
④ 塑料制件样品。
通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成形塑料制件的任务书提出，模具设计人员以成形塑料制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。
2.收集、分析、消化原始资料
模具设计员收集整理有关制件设计、成形工艺、成形设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用。（1）消化塑料制件图，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性、尺寸精度等技术要求。例如，塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成形缺陷的允许程度怎样，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工步骤。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，估计成形公差是否低于塑料制件的公差，能否成形出合乎要求的塑料制件。此外，还要了解塑料的塑化及成形工艺参数。（2）消化工艺资料，分析工艺任务书提出的成形方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。
成形材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。根据塑料制件的用途，成形材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性（或反射性能）、胶接性（或焊接性）等要求。（3）确定成形方法。采用直压法、铸压法还是注射法。（4）选择成形设备。设计员根据成形设备的种类设计模具，因此必须熟知各种成形设备的性能、规格、特点。例如，对于注射机来说，在规格方面应当了解以下内容：注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等。设计员要初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。具体的参数可查阅相关技术资料和手册。（5）具体结构方案
① 确定模具类型，如压制模（敞开式、半闭合式、闭合式）、铸压模、注射模等。
② 确定模具类型的主要结构。选择理想的模具结构在于确定必需的成形设备、理想的型腔数，在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。对塑料制件的工艺技术要求，是为了保证塑料制件的几何形状、表面光洁度和尺寸精度。对生产经济性的要求，是为了使塑料制件的成本低、生产效率高、模具能连续地工作、使用寿命长、节省劳动力。
3.影响模具结构及模具个别系统的因素（1）型腔布置。这是指根据塑件的几何结构特点、尺寸精度、批量大小、模具制造难易程度、模具成本等因素来确定型腔数量及其排列方式。
对于注射模来说，塑料制件精度为3级和3a级的，重量为5g，采用硬化浇注系统，型腔数取4～6个；塑料制件一般精度为4～5级，成形材料为局部结晶材料，型腔数可取16～20个；塑料制件重量为12～16g的，型腔数取8～12个；而重量为50～100g的塑料制件，型腔数取4～8个。对于无定型的塑料制件，建议型腔数为24～48个、16～32个和6～10个。当塑料制件重量再增加时，就很少采用多腔模具。7～9级精度的塑料制件的型腔数比4～5级精度的可增加50%。（2）确定分型面。分型面的位置要有利于模具加工、排气、脱模及成形操作，以提高塑料制件的表面质量。（3）确定浇注系统（主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小）和排气系统（排气的方法、排气槽位置及大小）。（4）选择顶出方式（顶杆、顶管、推板、组合式顶出），决定侧凹处理方法和抽芯方式。（5）决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置，以及加热元件的安装部位。（6）根据模具材料、强度计算或经验数据，确定模具零件厚度、外形尺寸和结构，以及所有连接、定位、导向件的位置。（7）确定主要成形零件和结构件的结构形式。（8）根据模具各部分的强度要求计算成形零件的工作尺寸。
以上这些问题如果解决了，模具的结构形式自然就解决了。这时就应该着手绘制模具结构草图，为正式绘图做好准备。
4.绘制模具图
要按照国家制图标准绘制模具图，同时参照本厂标准和习惯画法。
在绘制模具总装图之前，应先绘制工序图，并要符合制件图和工艺资料的要求。由下道工序保证的尺寸，应在图上注明“工艺尺寸”字样。如果成形后除了修理毛刺之外，不再进行其他机械加工，则工序图就与制件图完全相同。
在工序图下面最好标出制件编号、名称、材料、材料收缩率、绘图比例等。通常就把工序图画在模具总装图上。
绘制总装图应尽量采用1∶1的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其他视图同时画出。
5.模具总装图的内容
① 模具成形部分结构。
② 浇注系统、排气系统的结构形式。
③ 分型面及分模取件方式。
④ 外形结构及所有连接件和定位、导向件的位置。
⑤ 标注型腔高度尺寸（不强求，根据需要）及模具总体尺寸。
⑥ 辅助工具（取件卸模工具、校正工具等）。
⑦ 按顺序将全部零件序号编出，并填写明细表。
⑧ 标注技术要求和使用说明。
6.模具总装图的技术要求内容（1）对于模具某些系统的性能要求，如对顶出系统、滑块抽芯结构的装配要求。（2）对模具装配工艺的要求，如模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于0.05mm；模具上、下面的平行度要求；并指出由装配决定的尺寸和对该尺寸的要求。（3）模具使用、装拆方法。（4）防氧化处理以及模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求。（5）有关试模及检验方面的要求。
7.绘制全部零件图
由模具总装图拆画零件图的顺序应为：先内后外；先复杂后简单；先成形零件，后结构零件。（1）图形要求。一定要按比例画，允许放大或缩小；视图选择合理，投影正确，布置得当；为了使加工专利号易看懂、便于装配，图形应尽可能与总装图一致，并要求清晰。（2）标注尺寸要求统一、集中、有序、完整。标注尺寸的顺序为：先标注主要零件尺寸和出模斜度，再标注配合尺寸，然后标注全部尺寸。在非主要零件图上先标注配合尺寸，后标注全部尺寸。（3）表面粗糙度。把应用最多的一种粗糙度标在图纸右上角，如标注“其余3.2”。其他粗糙度符号在零件各表面分别标出。（4）其他内容。例如，零件名称、模具图号、材料牌号、热处理和硬度要求、表面处理、图形比例、自由尺寸的加工精度、技术说明等都要正确填写。
8.校对、审图、描图、送晒
自我校对的内容如下。（1）模具及其零件与塑件图纸的关系：模具及模具零件的材质、硬度、尺寸精度、结构等是否符合塑件图纸的要求。（2）塑料制件：塑料流的流动、缩孔、熔接痕、裂口、脱模斜度等是否影响塑料制件的使用性能、尺寸精度、表面质量等方面的要求；图案设计有无不足，加工是否简单，成形材料的收缩率选用是否正确。（3）成形设备：注射量、注射压力、锁模力够不够，模具的安装、塑料制件的南芯、脱模有无问题，注射机的喷嘴与浇口套是否正确接触。（4）模具结构方面
① 分型面位置及精加工精度是否满足需要，会不会发生溢料，开模后是否能保证塑料制件留在有顶出装置的模具一边。
② 脱模方式是否正确，推出杆和推管的大小、位置、数量是否合适，推板会不会被型芯卡住，会不会擦伤成形零件。
③ 模具温度调节方面，加热器的功率、数量以及冷却介质的流动线路位置、大小、数量等是否合适。
④ 处理塑料制件制侧凹的方法、脱侧凹的机构是否恰当，如斜导柱抽芯机构中的滑块与推杆是否相互干扰。
⑤ 浇注、排气系统的位置、大小是否合适。（5）设计图纸
① 装配图上各模具零件安置部位是否恰当，表示得是否清楚，有无遗漏。
② 零件图上的零件编号、名称、制作数量、零件内制还是外购的、是标准件还是非标准件、零件配合处理精度、成形塑料制件高精度尺寸处的修正加工及余量、模具零件的材料、热处理、表面处理、表面精加工程度等是否标记、叙述清楚。
③ 零件主要零件、成形零件工作尺寸及配合尺寸是否标注清楚。尺寸数字应正确无误，不要使生产者换算。
④ 检查全部零件图及总装图的视图位置，看投影是否正确、画法是否符合制图国标，有无遗漏尺寸。（6）校核加工性能（所有零件的几何结构、视图画法、尺寸标注等是否有利于加工）。（7）复算辅助工具的主要工作尺寸。（8）专业校对原则上是按设计者自我校对项目进行，但是要侧重于结构原理、工艺性能及操作安全等方面。
描图时要先消化图形，按国标要求描绘，填写全部尺寸及技术要求。描后要求自校并签字。（9）把描好的底图交设计者校对签字，习惯做法是由模具制造单位有关技术人员审查，会签、检查制造工艺性后才可送晒。（10）编写制造工艺卡片。通常是由模具制造单位技术人员编写制造工艺卡片，并且为加工制造做好准备。
在模具零件的制造过程中要加强检验，把检验的重点放在尺寸精度上。模具组装完成后，由检验员根据模具检验表进行检验，主要是检验模具零件的性能情况是否良好，只有这样才能控制模具的制造质量。
9.试模及修模
虽然是在选定成形材料、成形设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是设计往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后，进行试模试验，看成形的制件质量如何。发现问题以后，进行排除错误性的修模。
塑件出现不良现象的种类居多，原因也很复杂，有模具方面的原因，也有工艺条件方面的原因，二者往往交织在一起。在修模前，应当根据塑件出现的不良现象的实际情况，进行细致的分析研究，找出造成塑件缺陷的原因后提出补救方法。因为成形条件容易改变，所以一般的做法是先变更成形条件；当变更成形条件不能解决问题时，才考虑修理模具。
修理模具更应慎重，没有十分把握不可轻举妄动。因为一旦变更了模具条件，就不能再做大的改造或恢复原状。
10.整理资料并进行归档
模具经试验后，若暂不使用，应该完全擦除脱模渣滓、灰尘、油污等，涂上黄油或其他防锈油或防锈剂，放到保管场所保管。
把从设计模具开始到模具加工成功、检验合格为止，在此期间所产生的技术资料，如任务书、制件图、技术说明书、模具总装图、模具零件图、底图、模具设计说明书、检验记录表、试模修模记录等，按规定系统整理、装订、编号后进行归档。这样做似乎很麻烦，但是对以后修理模具、设计新的模具都是很有用处的。
1.4 模具工业的现状及发展趋势
随着现代化工业和科学技术的发展，模具的应用越来越广泛，其适应性也越来越强，已成为工业国家进行各项生产及运作中必不可少的一部分。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
近年来，随着塑料工业的飞速发展以及工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如家用电器、仪器仪表，建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。
我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为共识。在电子、汽车、电动机、电器、仪器、仪表家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形，用模具生产制作的零件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。近几年来，我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度迅猛发展。2005年，我国模具总产值超过600亿元人民币。
近年来，我国模具工业技术水平取得了长足的进步，模具制造水平不断提高，以汽车覆盖件为代表的大型复杂冲模、34英寸大屏幕彩电和48英寸背投式电视的塑壳模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和仪表板等塑料模具、自动扶梯整体踏板及汽车后桥齿轮箱的大型精密复杂压做模等都已能生产。模具CAD/CAE/CAM技术也已广泛应用，并开发出具有自主知识产权的模具CAD/CAE/CAM软件；电加工、数控加工技术在模具制造上普遍采用；一些骨干模具生产企业开始使用高速加工技术，快速经济制模技术得到了进一步发展。
被誉为“永不衰亡的工业”的模具产业具有无限的发展前景，这也为国产模具钢提供了一个潜在的巨大市场。如今整个模具制造业面临着产品品种多、更新快、市场竞争激烈的态势。为适应用户对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求，未来模具产业将向下述十个方向发展：（1）模具日趋大型化。这是由模具成形的零件日益大型化和高生产效率的要求而发展出来的“一模多腔”形成的趋势。（2）模具的精度越来越高。十年前，精密模具的精度一般为5μm，现在已达到2～3μm。不久，1μm精度的模具也将上市，这就要求必须进行超精加工。（3）多功能复合模具将进一步发展。新型多功能模具是在多工位级进模具基础上开发的，除了冲压成形零件外，还担负着叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对模具钢的性能的要求也越来越高。（4）热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，所以热流道技术的应用在国外十分普遍，许多塑料模具厂生产的塑料模具已有一半以上采用了热流道技术，有的厂使用率甚至达到了80%，效果十分显著。热流道模具在我国也已开始生产，有些企业使用率上升到20%～30%，且已形成一种发展的趋势。（5）随着塑料成形工艺的不断改进和发展，气辅模具及适应高压注射成形等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好、耐高压，特别是精密模具的型腔必须淬火，浇口密封性好，模温能准确控制。因此，它对模具钢的性能要求十分严格。（6）标准件的应用将日渐广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大影响模具制造周期，而且还能提高模具的质量，降低模具的制造成本。因此，模具标准件的应用在“十一五”期间必将得到较大的发展。（7）大力发展快速制造模具，快速经济模具的前景十分广阔。现代工业生产已进入多品种、小批量生产的时代。在21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到75%以上。随之而来的，一方面是制品使用周期缩短；另一方面则是花样变化频繁，要求模具的生产周期越短越好。因此，开发快速经济模具将越来越引起人们的关注和重视。（8）随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出更高的要求。（9）增多挤压模及粉末锻模。汽车、车辆和电机等产品正日益向轻量化发展，如以铝代钢，非全密度成形，高分子材料、复合材料、工程陶瓷、超硬材料成形和加工等。新型材料的采用，不仅改变了产品结构和性能，更使生产工艺发生了根本变革，相应地出现了液态（半固态）挤压模具及粉末锻模。对这些模具的制造精度要求是非常高的。（10）高档模具日益增多，一是用于汽车、飞机、精密机械的纳米级（nm）精密加工；二是用于磁盘、磁鼓制造的亚微米级（0.01μm）精密加工；三是用于超精密电子器件的毫微米级（0.001μm）精密加工。
第2章 常用模具材料
模具的用途很广，各种模具的工作条件差别很大，所以制造模具的材料范围很广，从一般的碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、弹簧钢、高速工具钢、不锈耐热钢，到适应特殊模具需要的硬质合金、钢结硬质合金、高温合金、难熔合金、马氏体时效钢、粉末高速钢、粉末高合金模具钢以及铜合金、铝合金、锌合金、增强塑料等。应用最广的模具材料是合金工具钢中的合金模具钢。
国内外一般将模具材料根据用途分为三类，即冷作模具材料、热作模具材料和塑料模具材料。
1.冷作模具材料
冷作模具材料主要用于制造对常温状态下的工件进行压制成形的模具，如冷冲裁模具、冷冲压模具、冷拉深模具、压印模具、冷挤压模具、冷镦模具、螺纹压制模具和粉末压制模具等。
2.热作模具材料
热作模具材料主要用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具，如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦锻模具等。
常用的热作模具材料为中、高含碳量的添加铬、钨、钼、钡等合金元素的合金模具钢。对特殊要求的热作模具有时采用高合金奥氏体耐热模具钢、高温合金、难熔合金制造。
3.塑料模具材料
近几年来，随着石化工业的迅速发展，塑料已经成为十分重要的工业材料，国内外都广泛采用各种塑料制品来取代金属、木材、皮革等传统材料制品。塑料制品很多是采用模压成形的，所以塑料制品成形用模具的需求量迅速增加，不少工业发达国家塑料成形用模具的产值近来已经超过冷作模具的产值，在模具制造业中居于首位。
塑料的品种很多，对塑料制品的要求差别也很大，所以对制造塑料模具的材料也提出了各种不同的性能要求，不少工业发达国家已经形成了范围很广的塑料模具用材料系列，包括碳素结构钢、渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、耐蚀塑料模具钢、易切削塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、马氏体时效钢、镜面抛光用塑料模具钢以及铜合金、铝合金等。
2.1 模具材料的性能要求
应该根据模具的生产条件和模具的工作条件的需要，结合模具材料的基本性能和相关的因素，来选择适合模具需要的，经济上合理、技术上先进的模具材料。选择模具时，如果单纯从材料的基本性能考虑，可能几种模具材料都能符合要求，然而必须考虑模具的使用寿命、模具制造工艺过程的难易程度、模具制造的费用以及分摊到制造的每一个工件上的模具费用等多种因素，进行综合分析评价，才能得出符合实际的正确结论。2.1.1 模具材料的基本性能
进行模具材料选择时，必须首先考虑模具的某些基本性能要能适应所制造的模具的需要。在一般情况下，其中三种性能是最主要的，即钢的耐磨性、韧性、硬度和红硬性。这三种性能可以比较全面地反映模具材料的综合性能，即可在一定程度上决定其应用范围。
当然对于一种模具的要求来说，可能其中的一种或两种是主要的，而另外的一种或两种是次要的。
1.模具材料的耐磨性
模具工作时，表面往往要与工件产生多次强烈的摩擦。模具必须在此情况下仍能保持其尺寸精度和表面粗糙度，不至于早期失效。要求模具材料既能承受机械磨损，而且在承受重载和高速摩擦时，摩擦表面能够形成薄而致密附着的氧化膜，保持润滑作用，防止模具和被加工工件的表面之间产生黏附、焊接导致工件表面擦伤，又能减少模具表面进一步氧化造成的损伤。要改善模具材料的耐磨性，就要采取合理的生产工艺和处理工艺，既使模具材料具有高硬度又使材料中的碳化物等硬化相的组成、形貌和分布合理。当然模具工作过程中的润滑情况和模具材料的表面处理，也对改善模具的耐磨性能有良好的作用。
2.模具材料的韧性
对于受强烈冲击载荷的模具，如冷作模具的冲头、锤用热锻模具、冷镦模具、热镦锻模具等，模具材料的韧性是十分重要的考虑因素。对于在高温下工作的模具，还必须考虑其在工作温度下的高温韧性。对于多向受冲击载荷的模具，还必须考虑其等向性。
模具材料的化学成分、晶粒度，碳化物、夹杂物的组成数量、形貌、尺寸和分布情况，金相组织、微观偏析等，都会对材料的韧性带来影响。钢的纯净度、锻轧变形的方向会对横向性能产生很大的影响。模具材料的韧性往往和耐磨性、硬度是互相矛盾的。所以应根据模具的具体工作情况，选择合理的模具材料，并采用合理的精炼、热加工和热处理、表面处理工艺使模具材料得到耐磨性和韧性等综合性能的最佳配合，以适应模具的需要，这是模具材料的重要发展途径。
3.硬度和红硬性
硬度是模具材料的主要技术性能指标，模具在工作时必须具有高的硬度和强度，才能保持其原来的形状和尺寸。一般冷作模具钢，要求其淬回火硬度为60HRC左右；而热作模具钢则要求45～50HRC，并且要求其在工作温度下仍保持一定的硬度。
红硬性是指模具材料在一定温度下保持其硬度和组织稳定性抗软化的能力。对于热作模具材料和部分重载荷冷作模具材料，这是重要的性能指标。
另外，还要根据不同模具的实际工作条件，分别考虑其实际要求的性能。例如，对热作模具钢要考虑其抗冷热疲劳性能；对压铸模具应考虑其耐熔融金属的冲蚀性能；对于重载荷型腔模具应注意其等向性；对于高温下工作的热作模具应考虑其在工作温度下的抗氧化性能；对于在腐蚀介质中工作的模具，应注意其抗腐蚀性能；对于在高载荷下工作的模具应考虑其抗压强度、抗拉强度和抗弯强度、疲劳强度及断裂韧度等。2.1.2 模具材料的工艺性能
在模具总的制造成本中，特别是对于小型精密复杂模具，模具材料费往往只占总成本的10%～20%，有时甚至低于10%；而机械加工、热处理、表面处理、装配、管理等费用往往要占总成本的80%以上。所以模具材料的工艺性能就成为影响模具成本的一个重要因素。改善模具的工艺性能，不仅可以使模具生产工艺简单、易于制造，而且可以有效地降低模具制造费用。经常要考虑的模具材料的工艺性能有以下几种。
1.可加工性
模具材料的可加工性包括冷加工性能和热加工性能，冷加工性能有切削、磨削、抛光、冷挤压、冷拉工艺性，热加工性能则有热塑性和热加温度范围等。模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢，冷加工和热加工性能一般都不太好，在生产过程中必须严格地控制热加工和冷加工的工艺参数，以避免产生缺陷和废品；另外，还必须通过改善钢的纯净度，减少有害的杂质，改善钢的组织状态，并采取一些措施，以改善钢的工艺性能，降低模具的制造费用。
为了改善模具钢的切削性和磨削性，从20世纪30年代开始，有研究者向钢中加入适量的硫、铅、钙、稀土金属等元素或是会导致模具钢中碳石墨化的元素，发展了各种易切削模具钢。后来研究者发现有些易切削元素加入以后，会在模具钢中产生一些有害的夹杂物（如硫化铁等），使钢的力学性能，特别是横向的塑性、韧性下降，于是又在精炼后期对钢水进行变性处理，通过加入变性剂（如Si、Ca、稀土元素等）形成富钙硫化物或稀土硫化物使硫化物球化，这样就抑制了硫对钢的力学性能的不利影响，保留和发挥了其对钢的可加工性和磨削性的有利作用，使易切削模具钢得到了进一步发展。
有些模具材料，如高钒高速钢、高钒高合金模具钢的磨削性很差，磨削比很低，不便于磨削加工，近年来改用粉末冶金生产，可以使钢中的碳化物细小、均匀，完全消除了采用普通工艺生产的高钒模具钢中出现大颗粒碳化物的现象，不但使这类钢的磨削性大为改善，而且提高了钢的塑性、韧性等性能，使之能在模具制造中推广应用。
有些模具对表面粗糙度要求很高，如要求镜面抛光的塑料模具和一些冷作模具。这时就要采用抛光性能很好的模具材料，这类钢往往要采用电渣重熔或真空电弧重熔等工艺进行精炼，得到高纯净度的钢材，以适应镜面抛光的要求。
模具的皮纹加工性是指有些塑料制品要求制造有皮纹、装饰性图案或文字花样的表面，为了生产这些制品，就要求在压制这些制品的模具表面加工出相应的清晰的花纹、图案来。而热处理加工这些图案、皮纹一般是采用化学蚀刻工艺，要求模具材料要能适应这种化学蚀刻工艺，蚀刻以后，能够在模具表面得到纹理清楚的皮纹和图案。
为了简化生产工艺，国内外近年来都致力于发展采用铸造工艺直接生产出接近成品模具形状的铸造毛坯，如我国已经研究出采用铸造工艺生产一部分冷作模具、热作模具和玻璃成形模具。这也相应地发展了一些铸造模具用钢，对这类材料要求具有良好的铸造工艺性能，如流动性、收缩率等。
有些模具要求在工作条件最苛刻的部分堆焊接特种耐磨或耐蚀材料，有些模具希望在使用过程中采用堆焊工艺进行修复后重新使用。对这类模具就要求选用焊接性好的模具材料，以简化焊接工艺，可以避免或简化焊前预热和焊后处理工艺，更好地适应焊接工艺的需要，这也相应地发展了一批焊接性良好的模具材料。
为了简化工艺，提高模具的制造效率，对批量生产的型腔模具，有些采用冷挤压工艺压制型腔，用淬硬的凸模将模具的型腔直接压制出来，要求模具材料具有良好的冷变形性能，如塑料模具钢中的低碳低硅钢就具有良好的冷变形性能。
2.淬火温度和淬火变形
为了便于生产，通常希望模具材料的淬火温度范围要宽一些，特别是有些模具要求采用火焰加热局部淬火时，难以精确地测量和控制温度，就要求模具钢能适应较宽的淬火温度范围。模具在热处理时，要求其变形程度要小，特别是一些形状复杂的精密模具，淬硬以后难以修整，所以对淬回火的变形程度要求更为严格，应该选用微变形模具钢制造。
3.淬透性和淬硬性
淬硬性主要取决于钢的碳含量，淬透性主要取决于钢的化学成分、合金元素含量和淬火前的组织状态。大部分要求高硬度的冷作模具，对淬硬性都要求较高；大部分热作模具和塑料模具，对于硬度的要求不太高，往往更多考虑其淬透性，特别是一些大截面深型腔模具，为了使模具的芯部也能得到良好的组织和均匀的硬度，就要求选用淬透性好的模具钢。另外，对于形状复杂、要求精度高又容易产生热处理变形的模具，为了减少其热处理变形，往往尽可能采用冷却能力弱的淬火介质（如油冷、空冷、加压淬火或盐浴淬火），这就需要采用淬透性较好的模具材料，以得到满意的淬火硬度和淬硬层深度。
4.氧化脱碳敏感性
模具在加热过程中，如果产生氧化、脱碳现象，就会改变模具的形状和性能，影响模具的硬度、耐磨性和使用寿命，导致模具早期失效。有些含钼量高的模具钢，由于容易氧化、脱碳，所以一度限制了其推广应用，直到热处理工艺装备发展，采用特种热处理工艺（如真空热处理、可控气氛热处理、盐浴热处理等）后，能够避免氧化、脱碳，这类模具钢才得到推广应用。钼基合金虽然具有极为优秀的高温性能，但是由于在高温下极易氧化，所以严重限制了其应用范围。2.1.3 模具材料的冶金质量及其他应考虑的因素
冶金质量对模具材料的性能也有很大的影响，只有具有优秀的冶金质量，才能充分发挥模具材料的各种性能。因此，对于生产精密、复杂、长寿命的模具，必须选用冶金质量优秀的适宜的材料。国内外的各主要冶金生产部门也千方百计地致力于模具材料冶金质量的提高，主要有以下几个方面。
1.冶炼质量
对于高质量的模具钢，国内外广泛采用炉外精炼、真空处理、真空冶炼、喷粉处理、电渣重熔等工艺，以降低钢中的有害元素和氧、氢及夹杂物的含量，进行化学成分和浇注温度的微调。通过电渣重熔还能够有效地改善钢的低倍组织和致密度，提高材料的等向性。国内一些生产厂的试验说明电弧炉生产的4Cr5MoSiVi钢的横向冲击韧度值只相当于纵向的31%，通过电渣重熔以后的4Cr5MoSiVi钢钢材的横向冲击韧度值可相当于纵向的70%，提高了1倍以上。对于特殊要求的模具材料，采用粉末冶金工艺生产的粉末高速钢和粉末高合金模具钢，可以更好地改善钢的组织和性能。
2.锻造轧制工艺
在保证一定锻造比的基础上，尽可能采用镦粗-拔长锻造和交叉轧制工艺，可以提高模具材料的等向性。
为了减少加工余量，提高材料的利用率，目前广泛采用精锻机、快锻水压机、高精度连轧机生产，以提供高精度的钢材来适应模具制造的需要。
3.热处理和精加工
锻、轧材的热处理，应采用可控气氛或真空热处理，以避免氧化脱碳。对有些塑料模具钢和热作模具钢应由冶金部门进行预硬处理；对有些要求高的热作模具材料应由冶金部门预先进行组织细化处理，消除钢中的粗大碳化物和链状分布的碳化物，得到均匀分布的细小碳化物组织，以进一步改善钢的各种性能，特别是等向性。根据国外的一些报道，有些热作模具钢通过电渣重熔—多向锻造（轧制）—组织细化处理，可生产出高质量、高等向性的模具钢，其横向的冲击韧度值可以相当于纵向的90%以上。不少钢厂对这种工艺生产的钢命名了商品牌号，如奥地利伯乐钢厂的ISODISC、日本日立金属公司的ISOTROPY、日本高周波钢业公司的MICROFINE等，我国不少冶金生产部门也在致力于这项工作。
另外从钢材各部位的冶金质量考虑，制造模具时应注意使模具的主要工作面（如型腔或刃部）选择接近钢材的表面位置，因为在一般情况下钢材的表面是钢材比较清洁的部位，而钢材的芯部是钢材低倍缺陷比较集中的区域，特别是在大截面莱氏体钢材中，中心部位钢的共晶碳化物不均匀度会比表面部位高出2～3级。同时，模具主要承受载荷的方向最好能选择与钢材的变形方向相一致，以减少钢材的各向异性对模具的不利影响。
4.导热性
导热性也是模具材料，特别是有些热作模具材料和塑料模具材料的主要性能指标之一。导热性好的模具材料，能把加工中产生的热量和加工工件传来的热量迅速传出，避免模具工作表面产生过热现象，改善模具的工作条件。对一些热塑性塑料成形用的模具和一些压铸模具，为了加快生产节奏，希望压制的工件迅速降温脱模，以提高产率。为了解决这一问题，有时选用一些比钢铁导热性更好的模具材料，如高强度铜合金、高强度铝合金等。
5.精料和制品化
为了缩短模具的制造周期，模具制造部门在选购模具材料时，应尽可能选用精料和制品，如经过剥皮、冷拔或磨削加工的精品钢材，经过粗加工、精加工，甚至精加工淬火回火的模块。模具制造部门利用这些精料和制品稍微进行加工即可与标准模架装配使用，这样既可以有效地缩短模具制造周期，适应模具使用部门的需要，又因为前一阶段精料和制品的生产是在冶金厂高效率大批量生产的，可以降低生产费用，提高材料利用率。
6.其他应考虑的因素
在进行模具材料选择时，根据模具的使用条件和要求，除了必须考虑以上各种因素，特别是材料的主要性能必须与模具的使用条件要求相适应外，还需要考虑选用的模具材料的价格和通用性。
一般情况下，当生产的工件批量很大、模具的尺寸较小时，模具材料在模具制造费用中所占的份额很小，材料的价格可不作为考虑的主要指标，可以尽量选择比较高级的适用的模具材料。而对于大型或特大型的形状较简单的模具，由于模具材料的费用将在模具总的成本中占较大的份额，所以可以根据生产工件的批量，选用价格较低的模具材料，或者模具本体选用价格较低的材料，而在模具的关键工作部位，如型腔或刃口处，采用镶块或堆焊的方法将高级的模具材料镶上去或堆焊上去。这样既能提高模具的使用寿命，又能降低材料费用。
模具材料的通用性也是选用模具材料时必须考虑的因素。模具材料一般用量不大，品种、规格很多，为了便于在市场上采购和备料，应该考虑材料的通用性。除了特殊要求以外，应尽可能采用大量生产的通用型模具材料，因为通用型模具钢技术比较成熟，积累的生产工艺和使用经验较多，性能数据也比较完整，便于在设计和制造过程中参考。此外，选用通用型模具材料，还可以便于采购、备料和材料管理工作。
2.2 模具选材的原则
2.2.1 模具材料的失效形式1.模具零件的损伤
模具在工作时，不同部位承受着不同的作用力和不同的温度变化。一个模具可能同时出现几种不同形式的损伤。一般情况下，模具出现损伤后不会立即失效，只有当某种损伤形式发展到使模具生产出的产品成为废品时，模具才宣告失效。
模具损伤的基本形式有五种：磨损、塑性变形、疲劳、冷热疲劳、断裂和裂纹。冷热疲劳主要出现在热作模具上，其他四种损伤形式在冷热模具上均可能出现。
2.模具零件的失效分析
弄清造成模具失效的真正原因及各种影响因素，采取相应的有效措施，能提高模具的使用寿命。
模具零件失效分析的步骤如下。（1）外观检查。仔细检查模具上共有几种损伤形式、各种损伤形式的程度、是何种损伤形式造成了模具失效。仔细观察裂纹的起始位置及模具的表面质量，是否有造成应力集中的因素。（2）原材料复检。复查原材料的化学成分及冶金质量。（3）断口分析。检查断口形貌、裂纹源的位置及扩展方向。了解晶粒的粗细程度，是脆性断裂还是韧性断裂。（4）金相分析。检查表面至芯部的金相组织，对于因塑性变形和磨损而失效的模具，应测量该部位的硬度。（5）分析判断。对前面各项检测结果进行综合分析，判断模具失效的原因和影响因素，并以此为根据采取相应的措施。
3.模具早期失效的预防
为防止模具发生早期失效，提高其使用寿命，在模具的设计、制造及使用中应注意以下几点。（1）改进模具结构。模具工作部分的几何形状由所加工的产品而定，模具非工作部分的几何形状则取决于成形机械的结构。因此，在模具设计时，其工作部分及非工作部分的几何形状很难随意改变，若想通过增大模具的体积来提高模具的承载能力是有限的。但是，若将整体式模具改成组合式，便可以在提高承载能力方面挖掘出巨大的潜力。
另外，当冲头的头部和尾部尺寸相差很大时，若采用突变式的尺寸过渡，极易引起严重的应力集中而导致早期疲劳断裂或折断。如果改成尺寸逐渐过渡的方式，就能明显提高冲头的寿命。（2）合理选材。在设计模具时，除合理的形状外，还应合理地给模具选材，这样才能使模具获得良好的使用性能及高的寿命。
为模具选材时，首先应全面了解模具的工作条件、应具备的使用性能以及模具的失效形式。然后再有的放矢，正确地选用模具材料。模具材料的品种非常多，其性能各有特点。为冷作模具选材时不能不加区分地都选用高碳钢，只重视耐磨性，而忽略了强韧性。一般来说，对于受冲击载荷不大的冷作模具，可选用高碳模具钢，以保证其具有较高的耐磨性。而受冲击载荷较大的冷作模具，则可选用韧性好的中碳或高碳合金工具钢，以保证其既有较高的耐磨性又有良好的韧性。如耐磨性不足可采用表面强化处理。
为热作模具选材时，除要考虑高温硬度外，还必须考虑断裂韧性及冷热疲劳抗力。如模具工作时急冷急热，应选用冷热疲劳抗力、断裂韧性、热稳定性均高的模具钢；如果模具工作时温度较高而温度变化不大，则可选用高温强度及热稳定性高而冷热疲劳抗力稍差的模具钢。（3）模具毛坯的锻造。模具毛坯的锻造不仅能将原材料锻成模具的初步形状，便于切削加工，而且通过锻打可使原材料中的网状或带状碳化物变得均匀分布；还可使原材料中的气孔、疏松等缺陷锻合，使组织更为致密；另外，锻造可使模具中的流线走向更为合理。这些都大大改善了模具钢的材质，进一步提高了模具的承载能力。（4）模具的切削加工。模具在切削加工时，应注意以下几点：
① 表面粗糙度。模具的工作表面要求具有极低的粗糙度，不允许留有任何刀痕或划痕。否则，这些刀痕或划痕将成为疲劳裂纹源。
② 圆角半径。模具上尺寸过渡处的圆角半径，均应严格按图纸要求加工，不得缩小，以免在该处引起应力集中。圆弧与直线连接处应平滑过渡。
③ 磨削裂纹。模具在磨削加工时，如金相组织中残余奥氏体含量偏高、进给量过大、冷却不充分、砂轮未及时修磨，都可能使模具表面产生磨削裂纹。这些磨削裂纹将成为裂纹源，严重影响其使用寿命。（5）模具热处理。模具在热处理过程中，应注意以下几点：
① 表面含碳量。模具在淬火时如炉内气氛不合适，会造成氧化、脱碳或表面增碳等缺陷。表面脱碳将使模具表面硬度降低，并在表面形成拉应力，造成模具早期磨损或疲劳断裂。表面增碳会导致冷作模具韧性降低，出现崩刃、崩齿、尖角崩落等失效形式；会使热作模具的冷热疲劳抗力降低，导致冷热疲劳裂纹的产生。
② 淬火加热温度。模具的淬火温度过高，晶粒粗大，会导致冲击韧性下降，容易产生疲劳裂纹，并使其扩展速率加快。一般来说，冷冲模的淬火温度不宜过高，以免韧性下降，影响使用寿命。而热作模具的硬度低于冷作模具，故韧性高于冷作模具。加之热作模具钢的含碳量大多在0.5%左右，提高淬火温度，马氏体的形态将从针状变为板条状，韧性反而有所增加。因此，热作模具可采用较高的淬火温度。
③ 模具的回火。回火的目的是降低淬火应力和调整硬度。因此，必须按工艺规程严格控制回火温度、回火时间及回火次数。模具回火温度偏高或偏低，回火时间或回火次数不足，都会引起模具早期失效，缩短使用寿命。2.2.2 模具的选材原则
为了保证模具的生产及加工质量，模具的选材应遵循以下原则。
1.满足模具工作要求的最佳综合性能选材原则
模具的种类很多，工作条件千差万别，对模具材料性能要求也是多种多样的。没有任何一种模具材料能同时满足最高的强度、耐磨性、韧度、红硬性、疲劳强度和最好的加工工艺性能，因此对于一定用途材料的选择，常常需要协调这些性能，以最佳的强韧性匹配，满足产品性能要求。
2.针对模具失效形式的选材原则
影响模具失效的因素有模具结构、被加工件的条件（如材质、温度、硬度、形状复杂程度等）、模具材料和热处理等。就材质本身而言，主要影响因素是钢的化学成分和冶金质量。如果模具是早期断裂，应选用韧性较好的材料；如果模具是由于磨损失效，则应选用合金元素较高的高强度模具钢，或钢结硬质合金、硬质合金等；如果模具是由于磨损或局部堆塌，则应选用室温和高温下强度较高的材料；对于大型模具，应注意选择淬透性较好的钢材；对于塑料模具则应选择冶金质量高、夹杂物少的钢材，如采用真空熔炼、电渣重熔等材料制造模具。
3.最低成本的选材原则
模具的费用包括模具材料费用、加工费用和使用维护费用。其中，模具材料费用根据用途不同占模具费用比例不同，如冷冲模、塑料模具中材料的费用只占不到5%，而热锻模具材料的费用约占15%。实际选材时应根据生产加工产品的批量大小和生产方式来选材，因为不同模具材料的使用寿命、磨损抗力等不同也直接影响总体成本和效益。
2.3 钢材
通常，为了确保模具使用寿命长、性能稳定，钢是唯一被选材料。要根据钢材生产商提供的明细表选择符合规格的钢材，而且要求已经过特殊处理具有所需的属性结构。首先需要由符合要求的化学成分构成，因为合金成分的含量会对模具的性质产生积极或消极影响。一般几种元素混在一起，会产生相互作用（见表2-1）。钢材的性能是由模具制造商决定的。一般在实际生产中，钢材应该具有如下属性：
① 生产商具有经济性（机械加工、放电加工、磨光、蚀刻和滚压）。
② 允许热处理。
③ 有足够的刚度和强度。
④ 抗热和抗磨损能力。
⑤ 良好的热传导性和抗腐蚀性。表2-1 钢中各合金成分的作用
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