模具毛坯的设计
模具零件毛坯的设计是否合理，对于模具零件加工的工艺性以及模具的质量和寿命都有很大的影响。在毛坯的设计中，先考虑的是毛坯的形式，在决定毛坯形式时主要考虑以下几个方面：
（1）模具材料的类别根据在模具设计中规定的模具材料类别，可以确定毛坯形式。例如精密冲裁模的上、下模座多为铸钢材料，大型覆盖件拉深模的凸模、凹模和压边圈零件为合金铸铁时，这类零件的毛坯形式必然为铸造件。又如非标准模架的上、下模座材料多为45钢，毛坯形式应该是厚钢板的原型材。模具结构中的工作零件，例如精密冲裁模和重载冲压模的工作零件，多为高碳高合金工具钢，其毛坯形式应该为锻造件。高寿命冲裁模的工作零件材料多为硬质合金，其毛坯形式为粉末冶金件。对于模具结构中的一般结构件，多选择原型材毛坯形式。
（2）模具零件的几何形状特征和尺寸关系当模具零件的不同外形表面尺寸相差较大时（如大型凸缘式模柄零件），为了节省原材料和减少机械加工的工作量，应该选择锻件毛坯形式。
通常模具零件的毛坯形式主要分为原型材、锻造件、铸造件和半成品件４种。
1、原型材
原型材是指利用冶金材料厂提供的各种截面的棒料、丝料、板料或其他形状截面的型材，经过下料以后直接送往加工车间进行表面加工的毛坯。
２、锻件
经原型材下料，再通过锻造获得合理的几何形状和尺寸的模具零件坯料，称为锻件毛坯。
1）锻造的目的
模具零件毛坯的材质状态如何，对于模具加工的质量和模具寿命都有较大的影响。特别是模具中的工作零件，大量使用高碳高铬工具钢，这类材料的冶金质量存在缺陷，如存在大量的共晶网状碳化物。这种碳化物很硬也很脆，而且分布不均匀，降低了材料的力学性能，恶化了热处理工艺性能，降低了模具的使用寿命。只有通过锻造，打碎共晶网状碳化物，并使碳化物分布均匀，晶粒组织细化，才能充分发挥材料的力学性能，提高模具零件的加工工艺性和使用寿命。
２）锻件毛坯
由于模具生产大多属于单件或小批量生产，模具零件锻件毛坯的锻造方式多为自由锻造。模具零件锻造的几何形状多为圆柱形、圆板形、矩形，也有少数为Ｔ形、L形、II形等。
（1）锻件的加工余量如果锻件机械加工的加工余量过大，不仅浪费了材料，同时造成机械加工工作量过大，增加了机械加工工时；如果锻件的加工余量过小，锻造过程中产生的锻造夹层、表层裂纹、氧化层、脱碳层和锻造不平现象不能消除，无法得到合格的模具零件。
（2）锻件下料尺寸的确定合理地选择圆棒料的尺寸规格和下料方式，对于保证锻件质量和方便锻造操作都有直接的关系。圆棒料的下料长度（L）和圆棒料的直径（d）的关系，应满足L=(1.25-2.5)d。在满足上述关系的前提下，应尽量选用小规格的圆棒料。模具钢材料原则上采用锯床切割下料方式。应避免锯一个切口后打断，这样易于生成裂纹。如采用热切法下料，应注意将毛刺除尽，否则易生成折叠而造成锻件废品。
锻件毛坯下料尺寸的确定方法如下：
①计算锻件坯料的体积V坯
V坯=V煅*K
式中： V煅―――锻件的体积；
k―――损耗系数， k=1.05-1.10。
锻件在锻造过程中的总损耗量包括烧损量、切头损耗、芯料损耗三部分。为了计算方便，总损耗量可按锻件质量的5%-10%选取。在加热1-2次锻成，基本无鼓形和切头时，总损耗取5%。在加热次数较多并有一定鼓形时，总损耗取10%。
②计算锻件坯料的尺寸
理论圆棒料直径V理为：
计算完D实和L实后应验证锻造比，如果锻造比不符合要求，应重新选取D实。
3、铸造件
模具零件中常见的铸件有冲压模具的上模座和下模座、大型塑料模的框架等，材料为灰铸铁HT200和HT250；精密冲裁模的上模座和下模座，材料为铸钢ZG250-270；大、中型冲压成形模的工作零件，材料为球墨铸铁和合金铸铁；吹塑模具和注射模具中的铸造铝合金，如铝硅合金ZL102等。
对于铸件的质量要求主要有：
（1）铸件的化学成分和力学性能应符合图样规定的材料牌号标准；
（2）铸件的形状和尺寸要求应符合铸件图的规定；
（3）铸件的表面应进行清砂处理，去除结疤、飞边和毛刺，其残留高度应小于或等于1-3mm ；
（4 ）铸件内部，特别是靠近工作面处不得有气孔、砂眼、裂纹等缺陷；非工作面不得有严重的疏松和较大的缩孔；
（5）铸件应及时进行热处理，铸钢件应依据牌号确定热处理工艺。热处理工艺一般以完全退火为主，退火后硬度≤229HB 。铸铁件应进行时效处理，以消除内应力和改善加工性能，铸铁件热处理后的硬度≤269HB 。
４、半成品件
随着模具向专业化和专门化方向发展以及模具标准化程度的提高，以商品形式出现的冷冲模架、矩形凹模板、矩形模板、矩形垫板等零件（GB2857.1～2859.5--81， GB/T2851.1～2853.2―81），以及塑料注射模标准模架的应用日益广泛。当采购这些半成品件后，再进行成形表面和相关部位的加工，对于降低模具成本和缩短模具制造周期都大有好处。这种毛坯形式应该成为模具零件毛坯的主要形式。
（1）模具材料的类别根据在模具设计中规定的模具材料类别，可以确定毛坯形式。例如精密冲裁模的上、下模座多为铸钢材料，大型覆盖件拉深模的凸模、凹模和压边圈零件为合金铸铁时，这类零件的毛坯形式必然为铸造件。又如非标准模架的上、下模座材料多为45钢，毛坯形式应该是厚钢板的原型材。模具结构中的工作零件，例如精密冲裁模和重载冲压模的工作零件，多为高碳高合金工具钢，其毛坯形式应该为锻造件。高寿命冲裁模的工作零件材料多为硬质合金，其毛坯形式为粉末冶金件。对于模具结构中的一般结构件，多选择原型材毛坯形式。
（2）模具零件的几何形状特征和尺寸关系当模具零件的不同外形表面尺寸相差较大时（如大型凸缘式模柄零件），为了节省原材料和减少机械加工的工作量，应该选择锻件毛坯形式。
通常模具零件的毛坯形式主要分为原型材、锻造件、铸造件和半成品件４种。
1、原型材
原型材是指利用冶金材料厂提供的各种截面的棒料、丝料、板料或其他形状截面的型材，经过下料以后直接送往加工车间进行表面加工的毛坯。
２、锻件
经原型材下料，再通过锻造获得合理的几何形状和尺寸的模具零件坯料，称为锻件毛坯。
1）锻造的目的
模具零件毛坯的材质状态如何，对于模具加工的质量和模具寿命都有较大的影响。特别是模具中的工作零件，大量使用高碳高铬工具钢，这类材料的冶金质量存在缺陷，如存在大量的共晶网状碳化物。这种碳化物很硬也很脆，而且分布不均匀，降低了材料的力学性能，恶化了热处理工艺性能，降低了模具的使用寿命。只有通过锻造，打碎共晶网状碳化物，并使碳化物分布均匀，晶粒组织细化，才能充分发挥材料的力学性能，提高模具零件的加工工艺性和使用寿命。
２）锻件毛坯
由于模具生产大多属于单件或小批量生产，模具零件锻件毛坯的锻造方式多为自由锻造。模具零件锻造的几何形状多为圆柱形、圆板形、矩形，也有少数为Ｔ形、L形、II形等。
（1）锻件的加工余量如果锻件机械加工的加工余量过大，不仅浪费了材料，同时造成机械加工工作量过大，增加了机械加工工时；如果锻件的加工余量过小，锻造过程中产生的锻造夹层、表层裂纹、氧化层、脱碳层和锻造不平现象不能消除，无法得到合格的模具零件。
（2）锻件下料尺寸的确定合理地选择圆棒料的尺寸规格和下料方式，对于保证锻件质量和方便锻造操作都有直接的关系。圆棒料的下料长度（L）和圆棒料的直径（d）的关系，应满足L=(1.25-2.5)d。在满足上述关系的前提下，应尽量选用小规格的圆棒料。模具钢材料原则上采用锯床切割下料方式。应避免锯一个切口后打断，这样易于生成裂纹。如采用热切法下料，应注意将毛刺除尽，否则易生成折叠而造成锻件废品。
锻件毛坯下料尺寸的确定方法如下：
①计算锻件坯料的体积V坯
V坯=V煅*K
式中： V煅―――锻件的体积；
k―――损耗系数， k=1.05-1.10。
锻件在锻造过程中的总损耗量包括烧损量、切头损耗、芯料损耗三部分。为了计算方便，总损耗量可按锻件质量的5%-10%选取。在加热1-2次锻成，基本无鼓形和切头时，总损耗取5%。在加热次数较多并有一定鼓形时，总损耗取10%。
②计算锻件坯料的尺寸
理论圆棒料直径V理为：
计算完D实和L实后应验证锻造比，如果锻造比不符合要求，应重新选取D实。
3、铸造件
模具零件中常见的铸件有冲压模具的上模座和下模座、大型塑料模的框架等，材料为灰铸铁HT200和HT250；精密冲裁模的上模座和下模座，材料为铸钢ZG250-270；大、中型冲压成形模的工作零件，材料为球墨铸铁和合金铸铁；吹塑模具和注射模具中的铸造铝合金，如铝硅合金ZL102等。
对于铸件的质量要求主要有：
（1）铸件的化学成分和力学性能应符合图样规定的材料牌号标准；
（2）铸件的形状和尺寸要求应符合铸件图的规定；
（3）铸件的表面应进行清砂处理，去除结疤、飞边和毛刺，其残留高度应小于或等于1-3mm ；
（4 ）铸件内部，特别是靠近工作面处不得有气孔、砂眼、裂纹等缺陷；非工作面不得有严重的疏松和较大的缩孔；
（5）铸件应及时进行热处理，铸钢件应依据牌号确定热处理工艺。热处理工艺一般以完全退火为主，退火后硬度≤229HB 。铸铁件应进行时效处理，以消除内应力和改善加工性能，铸铁件热处理后的硬度≤269HB 。
４、半成品件
随着模具向专业化和专门化方向发展以及模具标准化程度的提高，以商品形式出现的冷冲模架、矩形凹模板、矩形模板、矩形垫板等零件（GB2857.1～2859.5--81， GB/T2851.1～2853.2―81），以及塑料注射模标准模架的应用日益广泛。当采购这些半成品件后，再进行成形表面和相关部位的加工，对于降低模具成本和缩短模具制造周期都大有好处。这种毛坯形式应该成为模具零件毛坯的主要形式。
