模具生产属于单件、小批量生产类型，除了标准模架、模具标准件可以按标准选择购买外，其他工作部分零件加工所需的原材料毛坯形状上基本都是方形或长方形，没有现成的标准型材可供选择，另外，模具工作部分零件，往往要求承载能力高，需要较高的硬度，所使用的材料基本上都是高碳钢或高合金钢，钢厂提供的都是原始的毛坯料，需要下料、锻造加工。主要是由于这类材料的冶金质量大多存在严重的缺陷，如大量共晶网状碳化物的存在，这种碳化物很硬也很脆，而且分布不均匀，降低了材质的力学性能，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，细化晶粒组织，充分发挥材料的力学性能，才能提高模具零件的加工工艺性和使用寿命。
一般是在锻造前，在专门的下料设备上把金属棒料切成所需长度。当没有专门 的下料设备时，也可以在其他设备上进行切料。常用的下料方法介绍如下。
1.锯切
锯切常在圆盘锯、弓形锯和带锯上进行。
圆盘锯是由电动机带动带齿的锯盘慢速旋转并移动，从而将棒料切断。圆盘锯通用性强，锯盘的最大直径可达2m，能够锯切的棒料直径在750mm以下。
弓形锯是由电动机带动带齿的锯条作往复移动，从而把棒料切断。弓形锯投资少，使用方便，适用于小批生产，可以锯切的棒料直径在100mm以下。对 于直径特别小的棒料，也可以成捆锯断。
带锯切割具有节能、节约原材料(锯缝狭窄)、生产效率高、切割质量好、自动化程度高、噪声小、便于操作的优点，适合较大批量的生产。因此，它适 用于切割普通结构钢及不锈钢、钛合金、镍铬合金等难切材料，镶有碳化钨的 刀片能切割最难加工的钢，也可用于锯切有色金属材料和各种非金属材料，是 较为先进的下料方法。
锯切的优点是切口断面平整，尺寸准确。常用的圆盘锯和弓形锯生产效率低，有锯口损失，锯盘和锯条的损耗大。
2.砂轮切割
砂轮切割是在砂轮切割机上将钢坯切断。砂轮切割机是由电动机带动薄片砂轮(厚度一般在3mm以下)高速旋转，并通过手动或机动使它作上下运动而将钢坯切断。砂轮切割机可切割直径在40mm以下的任何硬度的金属材料。
砂轮切割生产效率高，切割端面平整，适用于其他下料方法难以切割的金属。缺点是砂轮损耗较大;工人劳动条件较差，需要有良好的通风设备;切割低熔点金属棒料时(如铝合金等)，对切割端面稍有影响。
3.气割
气割是利用氧气和可燃气体的气割器(称割炬)，产生温度很高的火焰，使割缝上的金属熔化而烧断金属材料。
气割主要用于大型钢坯和大断面切割。气割下料的费用较低，设备简单轻便。但气割下料的断面质量差、金属损耗较多、精度低、生产率低、劳动条件差，且影响金属的性能。
除上述方法外，还有等离子切割法、电子束切割法、阳极切割法等。
4.剪切
剪切一般在剪床上进行，可以剪切直径为200mm以下的钢材。对于低碳钢、中碳钢和截面尺寸较小的钢坯可以冷剪。而对于高碳钢、合金钢和截面尺寸较大的钢坯，在剪切前应预热至350～’700~(：，以避免被剪处产生很大应力而出现裂纹。
采用剪床下料，可以装置自动送料出料机构，工人劳动条件较好，生产效率很高。同时，剪切下料无切屑，可以节约金属，降低成本，提高材料利用率。
剪切下料的缺点是剪切端面不平，局部被压扁，剪断面常有毛刺和裂缝，特别是在预热状态下剪切直径大的钢坯时更为严重。
剪切下料也可以在曲柄压力机和摩擦压力机等设备上进行。
5.冷折下料
在水压机或曲柄压力机上，通过冲头将压力传到材料上，从而使被折材料沿预先加工好的切口折断。
冷折前一般用锯切或气割加工出预切口，其目的是为了在切口处造成大的应力集中，以保证材料在一定的部位折断，不产生大的塑性变形而影响断面质量。
冷折适用于硬度较高的高碳钢及高合金钢，如Gcrl5、Gcrl5SiMn等轴承钢，要求预热到300～400。
将金属坯料加热使其具有较高的塑性，然后放在锻造设备上，利用通用工具或专用模具对其施加压力，迫使其产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸 的锻件，这种压力加工方法称为锻造。
1.锻造目的
1)得到合理的几何形状和机械加工余量，节省原材料和减少机械加工工作 量，提高了材料的致密度，获得良好的力学性能。
2)改善了材料碳化物分布不均匀的状态和金相组织状态，避免了原始材料 由于碳化物分布的不均匀所造成的模具零件在热处理时易开裂、硬度不均、脆 性大、冲击韧性低，以及碳化物堆聚或呈网状出现在模具刃口处、易崩刃、折断和剥落等现象，提高了材料的热处理性能和模具的使用寿命。
3)改善了坯料的纤维方向。纤维方向的合理分布，使模具零件的各向淬火变形趋向一致，提高材料的力学性能和使用性能。满足不同类型模具的要求。
2.锻压设备
模具零件毛坯的锻压方式通常是自由锻，所使用的锻压设备为空气锤、水 压机等。应根据锻件材料、形状和尺寸大小等合理地选择锻压设备的吨位，否则会影响锻件质量、锻造生产率。如果设备吨位过小，锻造打击能量不足，会造成锻打不深不透，锻件仅仅在表层发生一定的变形，而锻件内部的质量得不到改善，甚至发生恶化，如果设备吨位选择过大，则打击过重，容易出现锻裂等现象。
空气锤吨位通常是指落下部分(锤头、锤杆、活塞和上砧铁等)的质量。结构比较简单，操作灵活，维修方便，但由于受压缩缸和工作缸大小的限制， 空气锤吨位较小，锤击能力也较小。水压机是在静压力下使坯料产生塑性变形，能产生数万kN压力，锻透深度大，变形速度慢，工作平稳，噪声小，有利于获得金属再结晶组织，工作条件好。但设备庞大，结构复杂，价格昂贵。
3.锻前加热
金属加热是锻造生产中不可缺少的重要工序之一。目的是为了提高金属的塑性，降低变形抗力，以利于锻造和获得良好的锻后组织。金属在加热过程中，其内部发生一系列变化，会影响到金属的锻后组织和性能。同时，正确的加热金属坯料和对温度进行准确及时地测量，对于减少设备吨位，降低燃料消耗均有重要意义。
(1)锻前加热的方法
根据热源不同，在锻造生产中金属的加热可分为两大类。
1)火焰炉加热是利用燃料(煤、油、煤气等)燃烧所产生的热能直接加热金属的方法。由于燃料来源方便，炉子修造较容易，费用较低，加热的适应性强等原因，所以应用较为普遍。缺点是劳动条件差、加热速度较慢、加热质量较难控制，对环境造成污染等。
2)电加热是利用电能转换为热能来加热金属的方法。与火焰炉加热相比，它具有很多优点，如升温快(如感应加热和接触加热)、炉温易于控制(如电阻炉加热)、氧化和脱碳少、劳动条件好、便于实现机械化和自动化等。缺点是对毛坯尺寸形状变化的适应性不够强、设备结构复杂、投资费用较大。
(2)锻造温度范围
锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度问的一段温度间隔。如图4—2所示为在铁碳合金相图基础上制定的碳钢锻造温度范围。钢料在高温单相区具有良好的塑性，所以锻造温度范围最好在这个区间。各类材料的锻造温度范围可参考相关的手册。
开始锻造的温度称为始锻温度。它应低于越固相线AE约150～200~(：，以防止过热和。过烧。
结束锻造时的温度称为终锻温度。终锻温度主要应保证在结束锻造之前金属还具有足够的塑性，以及锻件在锻后获得再结晶组织，但过高的终锻温度也会使锻件在冷却过程中晶粒继续长大，因而降低了力学性能，尤其是冲击韧度。对过共析钢，为避免形成二次网状渗碳’体，在ES线下还应继续锻打，它的终锻温度直高于PSE’线50～100。在高温单相区内有良好塑性，所以终锻温度应在GS线上15～20℃。对于低碳钢，在GS线(A。)以下的两相区(y+仅)也有足够的塑性，因此低碳钢的终锻温度可以在GS线下。对于最后一次锻造的终锻温度还要根据剩余变形程度查再结晶图，以避免锻件晶粒粗大。对于锻后立即进行余热热处理的锻件，终锻温度还要考虑余热热处理的要求。精整工序的终锻温度允许比规定值低50—80℃。
4.坯料质量与尺寸
(1)坯料质量
坯料质量的计算公式为m坯=m锻+m烧+m芯+m切
式中m坏——坯料质量;
(2)坯料尺寸
首先根据材料的密度和坯料质量计算出坯料的体积，然后再根据基本工序的类型(如拔长、镦粗)及锻造比计算坯料横截面积、直径、边长等尺寸。
有以下几点需要注意。
1)某些零件上的精细结构，如键槽、齿槽、退刀槽，以及小孔、不通孔、台阶等，难以用自由锻加工，必须暂时添加一部分金属以简化锻件形状。这部分添加的金属称为余块，它将在切削加工时被去除。
2)由于自由锻的精度较低，表面质量较差，一般需要进一步切削加工，所以零件表面要留有加工余量。余量大小与零件形状、尺寸等因素有关，其数值应结合生产的具体情况而定。
3)锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量。公差的数值可查阅有关国家标准。
5.锻造工序
自由锻的工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序三大类。辅助工序是为基本工序操作方便而进行的预先变形的过程，如压钳口、压钢锭棱边、压肩等。基本工序是改变坯料形状、尺寸以获得所需锻件的工艺过程。如镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移等。精整工序是用来修整锻件表面缺陷，使其符合图样要求的过程。如校正、平整、滚圆等。
基本工序的主要工序有以下几个。
1)镦粗。使坯料高度减小、横截面积增大的工序。镦粗是自由锻生产中最常用的工序。圆坯料的高度与直径之比应小于2.5，否则易镦弯;坯料加热温度应在允许的最高温度范围内，以便消除缺陷，减小变形抗力。主要用于圆盘类工件，也可以作为冲孑L前的辅助工序。
2)拔长。使坯料横截面积减小、长度增大的工序。坯料的下料长度应大于直径或边长;为达到规定的锻造比和改变金属内部组织结构，锻造时，拔长经常与镦粗交替反复使用。拔长凹档或台阶前应先压肩;矩形坯料拔长时要不断翻转，以免造成偏心与弯曲。用于轴类、杆类锻件的生产，也可以用来改善锻件内部质量。
3)冲孔。在工件上冲出通孑L或不通孔的工序。孔径小于450mm的可用实心冲子冲孔;孔径大于450ram的可用空心冲子冲孔;孔径小于30ram的孔一般不冲出。冲孔前坯料应镦粗以改善坯料的组织性能及减小冲孑L的深度。
6.锻件冷却
锻件从终锻温度冷至室温的过程叫锻件的冷却，它是锻造生产中的重要环节之一。锻件的冷却按照锻件的化学成分、截面尺寸、原材料质量，采用不同的冷却方法。若冷却不当，轻则锻件发生变形弯曲、表面硬度过高和不能切削加工，也可能延长生产周期;严重时锻件出现表面裂纹、白点，使锻件报废。锻后冷却对高合金钢和大型锻件尤为重要。
常用的锻件冷却方法，按其冷却速度由快到慢的顺序分为空冷、堆冷、坑冷(或箱冷)、灰冷(或砂冷)、炉冷、退火等6种。
1)空冷。锻件锻后放在车间的地面上冷却，但不要放在潮湿地面或金属板上，还要防止过堂风，避免锻件局部冷却过快而产生裂纹、弯曲、变形等缺陷。
2)堆冷。锻件锻后成堆放在静止的空气中冷却。
3)坑冷(或箱冷)。锻件锻后放在地坑或箱子中冷却。
4)灰冷(或砂冷)。锻件锻后放在炉渣、石灰或砂中冷却。所用的炉渣、石灰或砂必须干燥。一般锻件放入炉渣、石灰或砂的温度不低于500~(：，锻件周围的炉渣、石灰或砂的厚度不得小于80mm。
5)炉冷。锻件锻后放在炉中缓慢冷却。锻件入炉的温度一般在600—650~(：，最低不应低于350%。炉子应事先升到650%：保温待料，因为此温度对扩氢比较有利。待锻件全部入炉后，再按冷却规范进行炉冷。一般出炉温度不宜高于100～150%。炉内要避免冷空气进入。
6)退火。‘这是防止白点的冷却热处理工艺。
7.锻后热处理
锻件的锻后热处理的目的是调整锻件硬度，以利于锻件切削加工;调整锻件内应力，避免在机械加工时变形;改善锻件内部组织，细化晶粒，为最终热处理作好组织准备;对于不再进行最终热处理的锻件，应保证达到规定的力学性能要求。由于锻造过程中锻件各部分变形程度、终锻温度和冷却速度不一致，锻件内部存在组织不均匀、残余应力和加工硬化等现象。为了消除上述现象，保证锻件质量，锻后应进行热处理。
锻件在机械加工前后，一般都要进行热处理。机械加工前的热处理称为锻件的锻后热处理，机械加工后的热处理称为最终热处理。通常锻件的锻后热处理是在锻压车间进行的。
锻件最常采用的热处理方法有退火、正火、调质等。
1)完全退火。一般用于亚共析钢。将钢锻件加热到Ac。以上30～50%，经过一定时间的保温使之完全奥氏体化，然后随炉冷至600~C，出炉空冷，以获得平衡状态的组织。
2)不完全退火(也称球化退火)。适用于过共析钢。将钢锻件加热到4c，以上10～20℃，经过较长时间的保温，然后随炉缓冷至400—500%：取出空冷，以获得珠光体组织。
3)等温退火。一般是用于亚共析钢、共析钢和过共析钢。将钢锻件加热到Ac。(亚共析钢)或Ac。(过共析钢)以上20—30℃，保温一段时间后，快速冷却到Ac，以下某一温度作较长时间的等温保温，使奥氏体较好地转变成珠光体，然后炉冷或空冷。等温退火可获得比完全退火更为均匀的组织，还可比完全退火缩短退火时间，提高生产率。
4)预防白点退火。用于防止白点的专用热处理工艺。
5)正火。将钢锻件加热到4c。(亚共析钢)或A。。(过共析钢)以上30。50~(2，有些高合金锻件加热到Ac，或A。。以上100～1.50%：，保温一段时间后空冷。对于亚共析钢、共析钢和过共析钢，除了细化晶粒、消除内应力外，如还要求增加强度和韧性，或要消除网状碳化物，便应采用正火。
6)调质。将钢锻件先淬火，然后进行高温回火的热处理工艺叫调质，常用于中碳钢和合金结构钢，以获得良好的力学性能。
