模具生產(chǎn)屬于單件、小批量生產(chǎn)類型，除了標準模架、模具標準件可以按標準選擇購買外，其他工作部分零件加工所需的原材料毛坯形狀上基本都是方形或長方形，沒有現(xiàn)成的標準型材可供選擇，另外，模具工作部分零件，往往要求承載能力高，需要較高的硬度，所使用的材料基本上都是高碳鋼或高合金鋼，鋼廠提供的都是原始的毛坯料，需要下料、鍛造加工。主要是由于這類材料的冶金質量大多存在嚴重的缺陷，如大量共晶網(wǎng)狀碳化物的存在，這種碳化物很硬也很脆，而且分布不均勻，降低了材質的力學性能，惡化了熱處理工藝性能，降低了模具的使用壽命。只有通過鍛造，打碎共晶網(wǎng)狀碳化物，并使碳化物分布均勻，細化晶粒組織，充分發(fā)揮材料的力學性能，才能提高模具零件的加工工藝性和使用壽命。
一般是在鍛造前，在專門的下料設備上把金屬棒料切成所需長度。當沒有專門 的下料設備時，也可以在其他設備上進行切料。常用的下料方法介紹如下。
1.鋸切
鋸切常在圓盤鋸、弓形鋸和帶鋸上進行。
圓盤鋸是由電動機帶動帶齒的鋸盤慢速旋轉并移動，從而將棒料切斷。圓盤鋸通用性強，鋸盤的最大直徑可達2m，能夠鋸切的棒料直徑在750mm以下。
弓形鋸是由電動機帶動帶齒的鋸條作往復移動，從而把棒料切斷。弓形鋸投資少，使用方便，適用于小批生產(chǎn)，可以鋸切的棒料直徑在100mm以下。對 于直徑特別小的棒料，也可以成捆鋸斷。
帶鋸切割具有節(jié)能、節(jié)約原材料(鋸縫狹窄)、生產(chǎn)效率高、切割質量好、自動化程度高、噪聲小、便于操作的優(yōu)點，適合較大批量的生產(chǎn)。因此，它適 用于切割普通結構鋼及不銹鋼、鈦合金、鎳鉻合金等難切材料，鑲有碳化鎢的 刀片能切割最難加工的鋼，也可用于鋸切有色金屬材料和各種非金屬材料，是 較為先進的下料方法。
鋸切的優(yōu)點是切口斷面平整，尺寸準確。常用的圓盤鋸和弓形鋸生產(chǎn)效率低，有鋸口損失，鋸盤和鋸條的損耗大。
2.砂輪切割
砂輪切割是在砂輪切割機上將鋼坯切斷。砂輪切割機是由電動機帶動薄片砂輪(厚度一般在3mm以下)高速旋轉，并通過手動或機動使它作上下運動而將鋼坯切斷。砂輪切割機可切割直徑在40mm以下的任何硬度的金屬材料。
砂輪切割生產(chǎn)效率高，切割端面平整，適用于其他下料方法難以切割的金屬。缺點是砂輪損耗較大;工人勞動條件較差，需要有良好的通風設備;切割低熔點金屬棒料時(如鋁合金等)，對切割端面稍有影響。
3.氣割
氣割是利用氧氣和可燃氣體的氣割器(稱割炬)，產(chǎn)生溫度很高的火焰，使割縫上的金屬熔化而燒斷金屬材料。
氣割主要用于大型鋼坯和大斷面切割。氣割下料的費用較低，設備簡單輕便。但氣割下料的斷面質量差、金屬損耗較多、精度低、生產(chǎn)率低、勞動條件差，且影響金屬的性能。
除上述方法外，還有等離子切割法、電子束切割法、陽極切割法等。
4.剪切
剪切一般在剪床上進行，可以剪切直徑為200mm以下的鋼材。對于低碳鋼、中碳鋼和截面尺寸較小的鋼坯可以冷剪。而對于高碳鋼、合金鋼和截面尺寸較大的鋼坯，在剪切前應預熱至350～’700~(：，以避免被剪處產(chǎn)生很大應力而出現(xiàn)裂紋。
采用剪床下料，可以裝置自動送料出料機構，工人勞動條件較好，生產(chǎn)效率很高。同時，剪切下料無切屑，可以節(jié)約金屬，降低成本，提高材料利用率。
剪切下料的缺點是剪切端面不平，局部被壓扁，剪斷面常有毛刺和裂縫，特別是在預熱狀態(tài)下剪切直徑大的鋼坯時更為嚴重。
剪切下料也可以在曲柄壓力機和摩擦壓力機等設備上進行。
5.冷折下料
在水壓機或曲柄壓力機上，通過沖頭將壓力傳到材料上，從而使被折材料沿預先加工好的切口折斷。
冷折前一般用鋸切或氣割加工出預切口，其目的是為了在切口處造成大的應力集中，以保證材料在一定的部位折斷，不產(chǎn)生大的塑性變形而影響斷面質量。
冷折適用于硬度較高的高碳鋼及高合金鋼，如Gcrl5、Gcrl5SiMn等軸承鋼，要求預熱到300～400。
將金屬坯料加熱使其具有較高的塑性，然后放在鍛造設備上，利用通用工具或專用模具對其施加壓力，迫使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸 的鍛件，這種壓力加工方法稱為鍛造。
1.鍛造目的
1)得到合理的幾何形狀和機械加工余量，節(jié)省原材料和減少機械加工工作 量，提高了材料的致密度，獲得良好的力學性能。
2)改善了材料碳化物分布不均勻的狀態(tài)和金相組織狀態(tài)，避免了原始材料 由于碳化物分布的不均勻所造成的模具零件在熱處理時易開裂、硬度不均、脆 性大、沖擊韌性低，以及碳化物堆聚或呈網(wǎng)狀出現(xiàn)在模具刃口處、易崩刃、折斷和剝落等現(xiàn)象，提高了材料的熱處理性能和模具的使用壽命。
3)改善了坯料的纖維方向。纖維方向的合理分布，使模具零件的各向淬火變形趨向一致，提高材料的力學性能和使用性能。滿足不同類型模具的要求。
2.鍛壓設備
模具零件毛坯的鍛壓方式通常是自由鍛，所使用的鍛壓設備為空氣錘、水 壓機等。應根據(jù)鍛件材料、形狀和尺寸大小等合理地選擇鍛壓設備的噸位，否則會影響鍛件質量、鍛造生產(chǎn)率。如果設備噸位過小，鍛造打擊能量不足，會造成鍛打不深不透，鍛件僅僅在表層發(fā)生一定的變形，而鍛件內部的質量得不到改善，甚至發(fā)生惡化，如果設備噸位選擇過大，則打擊過重，容易出現(xiàn)鍛裂等現(xiàn)象。
空氣錘噸位通常是指落下部分(錘頭、錘桿、活塞和上砧鐵等)的質量。結構比較簡單，操作靈活，維修方便，但由于受壓縮缸和工作缸大小的限制， 空氣錘噸位較小，錘擊能力也較小。水壓機是在靜壓力下使坯料產(chǎn)生塑性變形，能產(chǎn)生數(shù)萬kN壓力，鍛透深度大，變形速度慢，工作平穩(wěn)，噪聲小，有利于獲得金屬再結晶組織，工作條件好。但設備龐大，結構復雜，價格昂貴。
3.鍛前加熱
金屬加熱是鍛造生產(chǎn)中不可缺少的重要工序之一。目的是為了提高金屬的塑性，降低變形抗力，以利于鍛造和獲得良好的鍛后組織。金屬在加熱過程中，其內部發(fā)生一系列變化，會影響到金屬的鍛后組織和性能。同時，正確的加熱金屬坯料和對溫度進行準確及時地測量，對于減少設備噸位，降低燃料消耗均有重要意義。
(1)鍛前加熱的方法
根據(jù)熱源不同，在鍛造生產(chǎn)中金屬的加熱可分為兩大類。
1)火焰爐加熱是利用燃料(煤、油、煤氣等)燃燒所產(chǎn)生的熱能直接加熱金屬的方法。由于燃料來源方便，爐子修造較容易，費用較低，加熱的適應性強等原因，所以應用較為普遍。缺點是勞動條件差、加熱速度較慢、加熱質量較難控制，對環(huán)境造成污染等。
2)電加熱是利用電能轉換為熱能來加熱金屬的方法。與火焰爐加熱相比，它具有很多優(yōu)點，如升溫快(如感應加熱和接觸加熱)、爐溫易于控制(如電阻爐加熱)、氧化和脫碳少、勞動條件好、便于實現(xiàn)機械化和自動化等。缺點是對毛坯尺寸形狀變化的適應性不夠強、設備結構復雜、投資費用較大。
(2)鍛造溫度范圍
鍛造溫度范圍是指始鍛溫度和終鍛溫度問的一段溫度間隔。如圖4—2所示為在鐵碳合金相圖基礎上制定的碳鋼鍛造溫度范圍。鋼料在高溫單相區(qū)具有良好的塑性，所以鍛造溫度范圍最好在這個區(qū)間。各類材料的鍛造溫度范圍可參考相關的手冊。
開始鍛造的溫度稱為始鍛溫度。它應低于越固相線AE約150～200~(：，以防止過熱和。過燒。
結束鍛造時的溫度稱為終鍛溫度。終鍛溫度主要應保證在結束鍛造之前金屬還具有足夠的塑性，以及鍛件在鍛后獲得再結晶組織，但過高的終鍛溫度也會使鍛件在冷卻過程中晶粒繼續(xù)長大，因而降低了力學性能，尤其是沖擊韌度。對過共析鋼，為避免形成二次網(wǎng)狀滲碳’體，在ES線下還應繼續(xù)鍛打，它的終鍛溫度直高于PSE’線50～100。在高溫單相區(qū)內有良好塑性，所以終鍛溫度應在GS線上15～20℃。對于低碳鋼，在GS線(A。)以下的兩相區(qū)(y+僅)也有足夠的塑性，因此低碳鋼的終鍛溫度可以在GS線下。對于最后一次鍛造的終鍛溫度還要根據(jù)剩余變形程度查再結晶圖，以避免鍛件晶粒粗大。對于鍛后立即進行余熱熱處理的鍛件，終鍛溫度還要考慮余熱熱處理的要求。精整工序的終鍛溫度允許比規(guī)定值低50—80℃。
4.坯料質量與尺寸
(1)坯料質量
坯料質量的計算公式為m坯=m鍛+m燒+m芯+m切
式中m壞——坯料質量;
(2)坯料尺寸
首先根據(jù)材料的密度和坯料質量計算出坯料的體積，然后再根據(jù)基本工序的類型(如拔長、鐓粗)及鍛造比計算坯料橫截面積、直徑、邊長等尺寸。
有以下幾點需要注意。
1)某些零件上的精細結構，如鍵槽、齒槽、退刀槽，以及小孔、不通孔、臺階等，難以用自由鍛加工，必須暫時添加一部分金屬以簡化鍛件形狀。這部分添加的金屬稱為余塊，它將在切削加工時被去除。
2)由于自由鍛的精度較低，表面質量較差，一般需要進一步切削加工，所以零件表面要留有加工余量。余量大小與零件形狀、尺寸等因素有關，其數(shù)值應結合生產(chǎn)的具體情況而定。
3)鍛件公差是鍛件名義尺寸的允許變動量。公差的數(shù)值可查閱有關國家標準。
5.鍛造工序
自由鍛的工序可分為基本工序、輔助工序和精整工序三大類。輔助工序是為基本工序操作方便而進行的預先變形的過程，如壓鉗口、壓鋼錠棱邊、壓肩等?；竟ば蚴歉淖兣髁闲螤睢⒊叽缫垣@得所需鍛件的工藝過程。如鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、扭轉、錯移等。精整工序是用來修整鍛件表面缺陷，使其符合圖樣要求的過程。如校正、平整、滾圓等。
基本工序的主要工序有以下幾個。
1)鐓粗。使坯料高度減小、橫截面積增大的工序。鐓粗是自由鍛生產(chǎn)中最常用的工序。圓坯料的高度與直徑之比應小于2.5，否則易鐓彎;坯料加熱溫度應在允許的最高溫度范圍內，以便消除缺陷，減小變形抗力。主要用于圓盤類工件，也可以作為沖孑L前的輔助工序。
2)拔長。使坯料橫截面積減小、長度增大的工序。坯料的下料長度應大于直徑或邊長;為達到規(guī)定的鍛造比和改變金屬內部組織結構，鍛造時，拔長經(jīng)常與鐓粗交替反復使用。拔長凹檔或臺階前應先壓肩;矩形坯料拔長時要不斷翻轉，以免造成偏心與彎曲。用于軸類、桿類鍛件的生產(chǎn)，也可以用來改善鍛件內部質量。
3)沖孔。在工件上沖出通孑L或不通孔的工序。孔徑小于450mm的可用實心沖子沖孔;孔徑大于450ram的可用空心沖子沖孔;孔徑小于30ram的孔一般不沖出。沖孔前坯料應鐓粗以改善坯料的組織性能及減小沖孑L的深度。
6.鍛件冷卻
鍛件從終鍛溫度冷至室溫的過程叫鍛件的冷卻，它是鍛造生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)之一。鍛件的冷卻按照鍛件的化學成分、截面尺寸、原材料質量，采用不同的冷卻方法。若冷卻不當，輕則鍛件發(fā)生變形彎曲、表面硬度過高和不能切削加工，也可能延長生產(chǎn)周期;嚴重時鍛件出現(xiàn)表面裂紋、白點，使鍛件報廢。鍛后冷卻對高合金鋼和大型鍛件尤為重要。
常用的鍛件冷卻方法，按其冷卻速度由快到慢的順序分為空冷、堆冷、坑冷(或箱冷)、灰冷(或砂冷)、爐冷、退火等6種。
1)空冷。鍛件鍛后放在車間的地面上冷卻，但不要放在潮濕地面或金屬板上，還要防止過堂風，避免鍛件局部冷卻過快而產(chǎn)生裂紋、彎曲、變形等缺陷。
2)堆冷。鍛件鍛后成堆放在靜止的空氣中冷卻。
3)坑冷(或箱冷)。鍛件鍛后放在地坑或箱子中冷卻。
4)灰冷(或砂冷)。鍛件鍛后放在爐渣、石灰或砂中冷卻。所用的爐渣、石灰或砂必須干燥。一般鍛件放入爐渣、石灰或砂的溫度不低于500~(：，鍛件周圍的爐渣、石灰或砂的厚度不得小于80mm。
5)爐冷。鍛件鍛后放在爐中緩慢冷卻。鍛件入爐的溫度一般在600—650~(：，最低不應低于350%。爐子應事先升到650%：保溫待料，因為此溫度對擴氫比較有利。待鍛件全部入爐后，再按冷卻規(guī)范進行爐冷。一般出爐溫度不宜高于100～150%。爐內要避免冷空氣進入。
6)退火。‘這是防止白點的冷卻熱處理工藝。
7.鍛后熱處理
鍛件的鍛后熱處理的目的是調整鍛件硬度，以利于鍛件切削加工;調整鍛件內應力，避免在機械加工時變形;改善鍛件內部組織，細化晶粒，為最終熱處理作好組織準備;對于不再進行最終熱處理的鍛件，應保證達到規(guī)定的力學性能要求。由于鍛造過程中鍛件各部分變形程度、終鍛溫度和冷卻速度不一致，鍛件內部存在組織不均勻、殘余應力和加工硬化等現(xiàn)象。為了消除上述現(xiàn)象，保證鍛件質量，鍛后應進行熱處理。
鍛件在機械加工前后，一般都要進行熱處理。機械加工前的熱處理稱為鍛件的鍛后熱處理，機械加工后的熱處理稱為最終熱處理。通常鍛件的鍛后熱處理是在鍛壓車間進行的。
鍛件最常采用的熱處理方法有退火、正火、調質等。
1)完全退火。一般用于亞共析鋼。將鋼鍛件加熱到Ac。以上30～50%，經(jīng)過一定時間的保溫使之完全奧氏體化，然后隨爐冷至600~C，出爐空冷，以獲得平衡狀態(tài)的組織。
2)不完全退火(也稱球化退火)。適用于過共析鋼。將鋼鍛件加熱到4c，以上10～20℃，經(jīng)過較長時間的保溫，然后隨爐緩冷至400—500%：取出空冷，以獲得珠光體組織。
3)等溫退火。一般是用于亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。將鋼鍛件加熱到Ac。(亞共析鋼)或Ac。(過共析鋼)以上20—30℃，保溫一段時間后，快速冷卻到Ac，以下某一溫度作較長時間的等溫保溫，使奧氏體較好地轉變成珠光體，然后爐冷或空冷。等溫退火可獲得比完全退火更為均勻的組織，還可比完全退火縮短退火時間，提高生產(chǎn)率。
4)預防白點退火。用于防止白點的專用熱處理工藝。
5)正火。將鋼鍛件加熱到4c。(亞共析鋼)或A。。(過共析鋼)以上30。50~(2，有些高合金鍛件加熱到Ac，或A。。以上100～1.50%：，保溫一段時間后空冷。對于亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼，除了細化晶粒、消除內應力外，如還要求增加強度和韌性，或要消除網(wǎng)狀碳化物，便應采用正火。
6)調質。將鋼鍛件先淬火，然后進行高溫回火的熱處理工藝叫調質，常用于中碳鋼和合金結構鋼，以獲得良好的力學性能。
