模具生產(chǎn)屬于單件、小批量生產(chǎn)類型，除了標(biāo)準(zhǔn)模架、模具標(biāo)準(zhǔn)件可以按標(biāo)準(zhǔn)選擇購(gòu)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(zhǎng)方形，沒有現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量大多存在嚴(yán)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(zhì)的力學(xué)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(xì)化晶粒組織，充分發(fā)揮材料的力學(xué)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(shè)備上把金屬棒料切成所需長(zhǎng)度。當(dāng)沒有專門 的下料設(shè)備時(shí)，也可以在其他設(shè)備上進(jìn)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(jìn)行。

　　圓盤鋸是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)帶齒的鋸盤慢速旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)，從而將棒料切斷。圓盤鋸?fù)ㄓ眯詮?qiáng)，鋸盤的最大直徑可達(dá)2m，能夠鋸切的棒料直徑在750mm以下。

　　弓形鋸是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)帶齒的鋸條作往復(fù)移動(dòng)，從而把棒料切斷。弓形鋸?fù)顿Y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(duì) 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(zhì)量好、自動(dòng)化程度高、噪聲小、便于操作的優(yōu)點(diǎn)，適合較大批量的生產(chǎn)。因此，它適 用于切割普通結(jié)構(gòu)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(jìn)的下料方法。

　　鋸切的優(yōu)點(diǎn)是切口斷面平整，尺寸準(zhǔn)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(jī)上將鋼坯切斷。砂輪切割機(jī)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)薄片砂輪(厚度一般在3mm以下)高速旋轉(zhuǎn)，并通過手動(dòng)或機(jī)動(dòng)使它作上下運(yùn)動(dòng)而將鋼坯切斷。砂輪切割機(jī)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(diǎn)是砂輪損耗較大;工人勞動(dòng)條件較差，需要有良好的通風(fēng)設(shè)備;切割低熔點(diǎn)金屬棒料時(shí)(如鋁合金等)，對(duì)切割端面稍有影響。

　　3.氣割

　　氣割是利用氧氣和可燃?xì)怏w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(fèi)用較低，設(shè)備簡(jiǎn)單輕便。但氣割下料的斷面質(zhì)量差、金屬損耗較多、精度低、生產(chǎn)率低、勞動(dòng)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(jìn)行，可以剪切直徑為200mm以下的鋼材。對(duì)于低碳鋼、中碳鋼和截面尺寸較小的鋼坯可以冷剪。而對(duì)于高碳鋼、合金鋼和截面尺寸較大的鋼坯，在剪切前應(yīng)預(yù)熱至350～’700~(：，以避免被剪處產(chǎn)生很大應(yīng)力而出現(xiàn)裂紋。

　　采用剪床下料，可以裝置自動(dòng)送料出料機(jī)構(gòu)，工人勞動(dòng)條件較好，生產(chǎn)效率很高。同時(shí)，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(diǎn)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(yù)熱狀態(tài)下剪切直徑大的鋼坯時(shí)更為嚴(yán)重。

　　剪切下料也可以在曲柄壓力機(jī)和摩擦壓力機(jī)等設(shè)備上進(jìn)行。

　　5.冷折下料

　　在水壓機(jī)或曲柄壓力機(jī)上，通過沖頭將壓力傳到材料上，從而使被折材料沿預(yù)先加工好的切口折斷。

　　冷折前一般用鋸切或氣割加工出預(yù)切口，其目的是為了在切口處造成大的應(yīng)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(zhì)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(yù)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(shè)備上，利用通用工具或?qū)Ｓ媚＞邔?duì)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(jī)械加工余量，節(jié)省原材料和減少機(jī)械加工工作 量，提高了材料的致密度，獲得良好的力學(xué)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(shí)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(xué)性能和使用性能。滿足不同類型模具的要求。

　　2.鍛壓設(shè)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(shè)備為空氣錘、水 壓機(jī)等。應(yīng)根據(jù)鍛件材料、形狀和尺寸大小等合理地選擇鍛壓設(shè)備的噸位，否則會(huì)影響鍛件質(zhì)量、鍛造生產(chǎn)率。如果設(shè)備噸位過小，鍛造打擊能量不足，會(huì)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(nèi)部的質(zhì)量得不到改善，甚至發(fā)生惡化，如果設(shè)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(zhì)量。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(jī)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(jié)晶組織，工作條件好。但設(shè)備龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)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(nèi)部發(fā)生一系列變化，會(huì)影響到金屬的鍛后組織和性能。同時(shí)，正確的加熱金屬坯料和對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)地測(cè)量，對(duì)于減少設(shè)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(fèi)用較低，加熱的適應(yīng)性強(qiáng)等原因，所以應(yīng)用較為普遍。缺點(diǎn)是勞動(dòng)條件差、加熱速度較慢、加熱質(zhì)量較難控制，對(duì)環(huán)境造成污染等。

　　2)電加熱是利用電能轉(zhuǎn)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(diǎn)，如升溫快(如感應(yīng)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(dòng)條件好、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等。缺點(diǎn)是對(duì)毛坯尺寸形狀變化的適應(yīng)性不夠強(qiáng)、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資費(fèi)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(chǔ)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(gè)區(qū)間。各類材料的鍛造溫度范圍可參考相關(guān)的手冊(cè)。

　　開始鍛造的溫度稱為始鍛溫度。它應(yīng)低于越固相線AE約150～200~(：，以防止過熱和。過燒。

　　結(jié)束鍛造時(shí)的溫度稱為終鍛溫度。終鍛溫度主要應(yīng)保證在結(jié)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(jié)晶組織，但過高的終鍛溫度也會(huì)使鍛件在冷卻過程中晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大，因而降低了力學(xué)性能，尤其是沖擊韌度。對(duì)過共析鋼，為避免形成二次網(wǎng)狀滲碳’體，在ES線下還應(yīng)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(nèi)有良好塑性，所以終鍛溫度應(yīng)在GS線上15～20℃。對(duì)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(duì)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(jié)晶圖，以避免鍛件晶粒粗大。對(duì)于鍛后立即進(jìn)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(zhì)量與尺寸

　　(1)坯料質(zhì)量

　　坯料質(zhì)量的計(jì)算公式為m坯=m鍛+m燒+m芯+m切

　　式中m壞——坯料質(zhì)量;

　　(2)坯料尺寸

　　首先根據(jù)材料的密度和坯料質(zhì)量計(jì)算出坯料的體積，然后再根據(jù)基本工序的類型(如拔長(zhǎng)、鐓粗)及鍛造比計(jì)算坯料橫截面積、直徑、邊長(zhǎng)等尺寸。

　　有以下幾點(diǎn)需要注意。

　　1)某些零件上的精細(xì)結(jié)構(gòu)，如鍵槽、齒槽、退刀槽，以及小孔、不通孔、臺(tái)階等，難以用自由鍛加工，必須暫時(shí)添加一部分金屬以簡(jiǎn)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(shí)被去除。

　　2)由于自由鍛的精度較低，表面質(zhì)量較差，一般需要進(jìn)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(guān)，其數(shù)值應(yīng)結(jié)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(dòng)量。公差的數(shù)值可查閱有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

　　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(jìn)行的預(yù)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?、尺寸以獲得所需鍛件的工藝過程。如鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、扭轉(zhuǎn)、錯(cuò)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(gè)。

　　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(yīng)小于2.5，否則易鐓彎;坯料加熱溫度應(yīng)在允許的最高溫度范圍內(nèi)，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(zhǎng)。使坯料橫截面積減小、長(zhǎng)度增大的工序。坯料的下料長(zhǎng)度應(yīng)大于直徑或邊長(zhǎng);為達(dá)到規(guī)定的鍛造比和改變金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，鍛造時(shí)，拔長(zhǎng)經(jīng)常與鐓粗交替反復(fù)使用。拔長(zhǎng)凹檔或臺(tái)階前應(yīng)先壓肩;矩形坯料拔長(zhǎng)時(shí)要不斷翻轉(zhuǎn)，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(nèi)部質(zhì)量。

　　3)沖孔。在工件上沖出通孑L或不通孔的工序?？讖叫∮?50mm的可用實(shí)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(yīng)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(xué)成分、截面尺寸、原材料質(zhì)量，采用不同的冷卻方法。若冷卻不當(dāng)，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(zhǎng)生產(chǎn)周期;嚴(yán)重時(shí)鍛件出現(xiàn)表面裂紋、白點(diǎn)，使鍛件報(bào)廢。鍛后冷卻對(duì)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(fēng)，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(yīng)低于350%。爐子應(yīng)事先升到650%：保溫待料，因?yàn)榇藴囟葘?duì)擴(kuò)氫比較有利。待鍛件全部入爐后，再按冷卻規(guī)范進(jìn)行爐冷。一般出爐溫度不宜高于100～150%。爐內(nèi)要避免冷空氣進(jìn)入。

　　6)退火?！@是防止白點(diǎn)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(diào)整鍛件硬度，以利于鍛件切削加工;調(diào)整鍛件內(nèi)應(yīng)力，避免在機(jī)械加工時(shí)變形;改善鍛件內(nèi)部組織，細(xì)化晶粒，為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備;對(duì)于不再進(jìn)行最終熱處理的鍛件，應(yīng)保證達(dá)到規(guī)定的力學(xué)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(nèi)部存在組織不均勻、殘余應(yīng)力和加工硬化等現(xiàn)象。為了消除上述現(xiàn)象，保證鍛件質(zhì)量，鍛后應(yīng)進(jìn)行熱處理。

　　鍛件在機(jī)械加工前后，一般都要進(jìn)行熱處理。機(jī)械加工前的熱處理稱為鍛件的鍛后熱處理，機(jī)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(jìn)行的。

　　鍛件最常采用的熱處理方法有退火、正火、調(diào)質(zhì)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(shí)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(zhǎng)時(shí)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(shí)間后，快速冷卻到Ac，以下某一溫度作較長(zhǎng)時(shí)間的等溫保溫，使奧氏體較好地轉(zhuǎn)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(shí)間，提高生產(chǎn)率。

　　4)預(yù)防白點(diǎn)退火。用于防止白點(diǎn)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(shí)間后空冷。對(duì)于亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼，除了細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力外，如還要求增加強(qiáng)度和韌性，或要消除網(wǎng)狀碳化物，便應(yīng)采用正火。

　　6)調(diào)質(zhì)。將鋼鍛件先淬火，然后進(jìn)行高溫回火的熱處理工藝叫調(diào)質(zhì)，常用于中碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，以獲得良好的力學(xué)性能。