模具分类及质量等级解析：软模、硬模与一、二级的特点

模具分类：

按硬度分类：软模、硬模（淬火处理）。

按质量级别分类：1 级、2 级、3 级、4 级

按难度分类：A 级、B 级、C 级、D 级

按模具尺寸分类：特大、大、中、小

一、硬模和模具软模的定义

：

1、模具硬度：软模、硬模

1）软模：模具钢经过预硬化处理，不需要淬火处理，但硬度低，HB在400以下，生产寿命在50万次以内，应用广泛。

2）硬模：将模具钢退火，加工分为粗加工和精加工两次，粗加工后再进行淬火，硬度在HRC48°以上，粗加工后应保留0.2左右的加工余量，因为经过淬火处理后，工件会变形，以防精加工不能满足工件的要求。生产寿命50~100万次以上，以小模具应用最为广泛。

二、模具的质量等级：一、二、三、四

一流的模具质量

1. 模具：必须有 100 万或更多的开模时间。

这是一流的模具，客户的要求必须用最好的材料和配件来做

最好的模具 .

2、对一级模具的要求如下：

（1） 详细的模具设计（附计算机图纸和材料）;

（2）模架的硬度至少应为HB280;

（3）模芯至少必须为硬质HRC50，所有排和附件也必须硬化;

（4） 支撑顶针的侧面;

（5）排内必须有耐磨板;

（6）温控监视器应根据可行性安装在模具、兄弟或排位置;

（7）建议所有冷却通道镀镍，以防止生锈，易于清洁;

（8） 分型线必须配备定位锁。

二次模具质量

1. 模具：必须有 500,000 次或更多的开模时间。

这是一个二流优质的模具，必须用好的材料和配件制成，模具的公差有一定的标准（尺寸精度）。这种模具也要求最高的质量。

2、对二次模具的要求如下：

（1） 建议做详细的模具设计

（2） 模架的硬度至少应为 HB280

（3） 模芯必须至少为硬质 HRC48，所有排和附件也必须进行热处理

（4）温控监视器应根据可行性安装在模具、兄弟或行中

（5） 分型线必须配备定位锁

（6） 以下要求将根据具体情况并在报价时提出

三级品质模具

1. 模具：必须有 250,000 次或更多的开模时间。这是一般的模具要求，生产也是中等生产模具。

2、三级模具的要求如下：

（1） 建议做模具设计

（2） 模架的硬度至少应为 HB165

（3） 模仁必须至少为 HB280

（4） 除上述三项基本要求外，所有其他要求均视为可选附加要求

四级优质模具

1、模具：大约需要10000次。这是一个低产量的模具，一般来说，没有特殊要求，但模具的质量还是需要好的，被客户接受的。

2. 这

四级模具的要求如下：模具人杂志 微信专注 专业@@

（1） 建议做模具设计

（2） 模架可以是一般的铜或铝

（3） 经客户同意，模具肉可以用铝或钢制成

（4） 除上述三项基本要求外，所有其他要求均视为可选附加要求

3、模具难度：A级、B级、C级、D级

A类：有多排和斜顶多次分型、抽芯和旋转抽芯等结构复杂的模具。

B类：有多排（二~四）排，斜顶，二到三分，还有泵芯，其他模具结构较复杂。

C级：简单的进水模具，有一排或两排、斜顶等一般结构。

D级：大喷嘴模具、两板模具、无排位、无斜顶等结构简单的模具。

四、模具尺寸：特大、大、中、小

特大：模具宽度 800mm 以上。

大：模具宽度在 600~800mm 之间（不包括 800）。

介质：模具宽度在 350~600 之间（不包括 600）。

小：模具宽度为 350 或更小的模具。

塑料模具钢的选择

近年来，我国在引进国外塑料模具钢的同时，自主研发了一系列新型塑料模具专用钢，形成了具有中国特色的塑料模具钢系列。

1、碳塑模具钢的应用

由于加工性能好、价格低廉、原材料来源方便等优点，碳塑模具钢被广泛用于形状简单的小型模具或精度低、使用寿命长的模具。

YB/T074-1997 列在 SM45、SM50 和 SM55 等钢种中，此类钢与优质碳钢相比，钢中 S 和 P 含量低，钢的纯度好，且含碳量波动范围窄，机械性能更稳定。

对于硬度要求高、尺寸小的热固性塑料模具，一般采用wC=0.7%~1.3%的高碳素工具钢，如T7、T8、T9、T10、T11、T12等钢材。这种类型的钢在热处理后可以获得高硬度和高耐磨性。

2、渗碳塑料模具钢的应用

一些复杂的塑料模具型腔是用冷挤压的方法直接压出的，在硬化法中直接压出，消除了型腔的切割，对于模具的批量生产来说，是一种非常经济的加工方法。模具加工后，经渗碳、淬火和低温回火后，具有高硬度、高耐磨性的表面和韧性好的心形组织，可以制作各种要求表面耐磨性高、型芯韧性好的模具。这就要求选用渗碳塑料模具钢。

渗碳塑料模具钢的含碳量很低，一般为0.1%~0.2%质量分数，抗塑性变形能力很小，软化退火后硬度≤160HBW，复杂型腔≤130HBW，以利于型腔的冷挤压。过去，我国普遍使用低碳钢和低碳合金钢，如15、20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、20Cr2Ni4和20CrMnTi钢。近年来，我国开发了冷挤压成型塑料模具专用钢LJ（0Cr4NiMoV），冷挤压后经渗碳、淬火和低温回火处理后，表面硬度为58~62HRC，芯部硬度为28HRC，耐磨性好，不塌陷、不表面剥落，可用于制造形状复杂、载荷高的塑料成型模具。

3. 预硬化塑料模具钢的应用

对于形状复杂、精度高的大中型塑料模具，为避免淬火热处理过程中变形，模具钢以预调质状态供应市场。

这种钢一般为中碳低合金钢，在钢厂锻造后制成模块，经预热处理，达到使用时模具的硬度，以避免热处理引起的模具变形和裂纹问题，从而保证模具的制造精度。

已纳入国家标准的预硬塑料模具钢有：SM3Cr2Mo钢、SM3Cr2MnNiMo钢，供货硬度一般为28~36HRC，适用于制造高精度的大中型塑料模具。

为了提高预硬塑料模具钢的加工性能，通常会在预硬钢中加入 S、Ca、Pb 和 Sb 等易切削元素。我国开发了一些易切削预硬化塑料模具钢，如5CrNiMnMoVSCa钢、8Cr2MnWMoVS钢、4CrMnVBSCa钢、5CrNiMnMoVS钢等，使钢在较高硬度下的切削性能得到显著提高。预硬化易切削塑料模具钢不仅可以用于制造大中型精密注塑模具，还可以制造精密和复杂的冷作模具。

塑料模具的失效模式及原因

塑性变形

是指塑料模具在持续的热量和压力作用下，由于局部塑料变形而失效。主要原因是：所用模具的材料强度和韧性不足;模具超负荷使用;模具型腔表面的硬化层太薄，抗变形能力不足;模具回火不足;模具因工作温度高于回火温度而软化，引起表面皱纹、凹陷、麻点、边角塌陷（collapse）等。

骨折

由于塑料模具形状复杂，存在许多边、角、薄壁等零件，在模具工作时容易产生应力集中，当这些零件的应力值超过模具材料的断裂强度时，就会发生断裂失效。此外，当合金工具钢制成的塑料模具回火不充分时，在使用过程中很容易破裂和失效。

表面腐蚀

这是由于热固性塑料和一些热塑性塑料的固体填料中存在氯、氟等元素，通过加热分离分析HCl和HF等强腐蚀性气体，腐蚀模腔表面，加剧其磨损和失效。表面腐蚀会导致模具型腔的表面质量下降，尺寸超出公差范围，缩短模具的寿命。

表面磨损

这

热固性塑料与模具表面的严重摩擦会导致模具表面出现划痕（刷子），从而影响被压件的外观质量。热固性塑料中所含的固体添加剂也会加剧模腔的磨损，不仅使型腔的表面粗糙度值迅速增加，而且使模腔尺寸超出公差范围;当模具的材料和热处理不合理时，塑料模具型腔的表面硬度较低，这也将使模具的耐磨性变差。

疲劳和热疲劳

在工作过程中，塑料模具受到循环的机械载荷，使模具的型腔表面受到脉动拉应力，从而造成模具的破坏，称为疲劳失效;塑料模具在服役过程中还承受着循环热负荷，在反复加热和冷却条件下，型腔表面在模腔的应力集中处会导致热疲劳裂纹，而模腔表面的脉动拉应力会使热疲劳裂纹向深处扩展， 并最终导致霉菌破裂。

无效原因：

模具寿命小于 2000 件，其主要失效模式为型腔表面刷（划伤）和边缘塌陷。对失效模具进行硬度试验，发现型腔表面和边缘的硬度为56~58HRC，表明模具在使用过程中硬度有一定程度的降低，其金相组织为回火马氏体+颗粒渗碳体+少量残余奥氏体。

根据模具硬度降低情况分析，模具的使用温度高于回火温度（200°C），这也与模具回火不足有关，使得模具在使用过程中受热后继续回火，导致马氏体分解和残余奥氏体的转变， 以及“相变超塑性”在压力作用下的流动，导致模腔表面和边缘塌陷。

冷作模具的失效模式和原因

磨损

冷作模具的工作部分与被加工材料之间的摩擦造成的材料损失，由于工作部分（切削刃、冲头）的形状和尺寸的变化而引起故障，例如冲孔模具的切削刃变钝，冷镦模具的工作表面出现凹槽。

磨损失效包括正常磨损失效和异常磨损失效。对于冲压模具和冷挤压模具，在保证不断裂的情况下，工作部分磨损到无法修复的程度，属于正常磨损;异常磨损是模具的工作表面与被加工材料在局部高压作用下发生咬合，导致毛坯表面的形状和大小突然发生变化，或产品表面出现严重划痕，导致失效，如冷拔模具、弯曲模具和冷挤压模具都容易出现此类缺陷。

骨折

冷作模具在使用过程中因破损而突然开裂或失效，按其损伤情况可分为局部损伤（如剥落、碎裂、掉齿等）和整体损伤（如碎裂、断裂、膨胀、裂开等）。共同特点是大部分损伤发生在力受力最大的工作部分，或截面变化的应力集中处。

按其断裂过程的特点，可分为脆性断裂和疲劳断裂两种形式。脆性断裂主要是由于冶金缺陷、工艺缺陷或因操作不当而超负荷引起的;疲劳断裂主要由循环应力引起，常见于各种重型模具中，如冷镦模具和冷挤压模具。

塑性变形

冷作模具在使用过程中发生塑性变形，失去其原有的几何形状，通常发生在硬度低或硬化层过薄的模具中，表现为冲头的镦粗和弯曲，凹模型腔的下沉和塌陷，棱角的塌陷， 以及模具孔的扩大。

闭塞

当被加工材料与模具的工作部分接触时，在高压摩擦下，润滑油膜破裂并发生闭塞。此时，机加工件的金属被“冷焊”到模具型腔表面，导致机加工产品表面出现划痕。咬合失效常见于弯曲、拉拔、冷镦、冷挤压等工艺。

原因分析

该模具用于加工一汽 Volkswagen的A4和Jetta 5V踏板机构总成等产品。当模具在生产线上切割时，经常会出现模具开裂的问题（见图 2）。经过分析，模具线切割开裂的主要原因是：淬火残渣的内应力和材料的韧性低。当模具体积较大时，模具经过热处理后会产生内应力（表面拉应力，内部压应力），当两个内应力相互抵消并保持内应力平衡时，不易使模具开裂;当模具切成线材时，拉应力增加，会破坏内应力平衡，而高碳钢模具材料韧性低，容易使模具开裂。统计数据显示，这种情况多发生在模具厚度超过50mm时。

附加影响模具失效的因素

1、模具结构的影响

模具结构包括模具几何形状，如圆角半径、几何角度（冲头的端面形状、模具锥度和横截面的变化）、结构形式（整体结构、组合结构、预应力镶嵌结构）、模具间隙、结构刚度等。

模具结构的合理性对模具的承载能力影响很大。合理的模具结构可使模具在受力作用下工作均匀，不易偏心载荷，应力集中小，不易产生早期失效;不合理的模具结构可能会导致严重的应力集中或高工作温度，这会使模具的工作条件恶化并导致模具过早失效。

2、模具材料的影响

1） 模具材料的机械性能。模具材料通常应满足模具对塑性抗变形、抗断裂、抗疲劳、硬度、耐磨性、抗冷热疲劳性等性能的要求。如果不满足要求，就会发生早期的模具失效。例如，在循环载荷下，如果模具材料的抗疲劳性较低，则经过一定的应力循环后可能会出现疲劳裂纹，并逐渐扩大，直到模具破裂和失效。

2） 模具钢的冶金质量。模具钢的冶金质量对模具的失效模式影响很大。钢中的非金属夹杂物、偏析、中心孔隙、白点等缺陷会降低钢的强度和韧性、疲劳和抗冷热疲劳性能，并导致模具的早期失效，如工作面开裂、开裂、断裂和凹陷。

3. 模具制造过程的影响

模具制造过程包括锻造、机械加工、热处理等。一些模具是通过上述所有过程加工的。每一道工序的加工质量都会不同程度地影响模具的损伤工艺和失效模式。

如果锻造工艺不合理，就达不到破晶、提高方向性、增加钢材密度的目的，甚至造成锻造裂纹等缺陷;如果加工中有尖角或高表面粗糙度值，就会有加工刀痕，疲劳裂纹很容易在这些零件中萌发。研磨不当容易烧毁模具表面或产生磨削裂纹;如果热处理不当，可能会造成热处理缺陷，如淬火温度过高，会造成钢材过热，甚至超燃，模具容易碎裂或早期断裂，而淬火温度过低，难以保证有足够的合金元素固体溶解在基体中， 并且模具容易出现早期变形、塌陷或热疲劳裂纹。如果淬火冷却速度过快，容易出现淬火裂纹，并且在模具的使用中容易发生早期断裂。

4、模具工作条件的影响

模具的工作条件与以下因素有关：设备的特性、加工毛坯的材料、形状、精度和温度、模具的冷却和润滑条件、模具的预热和工作应力消除等。这些因素都对模具的失效模式有影响。