模具材料选择全攻略：冷作、热作、塑料模具材料性能与工艺要求详解

传统模具材料分冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料三大类。选材需满足耐磨性、韧性、疲劳断裂性能、高温性能、耐腐蚀性、冷热疲劳抗性等要求；工艺性能需满足锻造性、切削加工量大、刀具损耗低、加工表面粗糙度低、氧化脱碳敏感性、磨削加工性及经济性要求。

现代工业生产中，模具是关键基础工艺装备。模具材料及制备技术是保证成型产品高质量、长寿命的关键。选材需根据模具具体工况和材料性能决定。

模具广泛应用于汽车、飞机、机电产品、家电、塑料制品等行业。模具材料类型是影响模具寿命的重要因素。

模具工作条件

1. 模具材料选择随工作条件而异

(1) 模具工作中，材料韧性要求随承受冲击力变化，强度要求随承载能力变化。
(2) 热作模与冷作模。
热作模工作中主要受高温和热应力影响，材料需良好疲劳抗性和热稳定性，一般按实际工作温度选用合适热作模具钢。
冷作模主要受冲击力和摩擦力影响，要求材料有良好强度、硬度和韧性，一般以冷作模具钢为主。

2. 一般而言，模具材料选择需满足以下要求：

(1) 耐磨性。 塑性变形时毛坯在型腔表面流动滑动，引起剧烈摩擦导致磨损失效。耐磨性是模具最基本、最重要性能。硬度是影响耐磨性主因，一般硬度越高磨损越小、耐磨性越好。耐磨性还与材料中碳化物种类、数量、形状、尺寸、分布有关。

(2) 强韧性。 精密冲压模工作条件恶劣，常承受大冲击载荷导致脆断，需较高强度和韧性。模具韧性主要取决于碳含量、晶粒尺寸和组织状态。

(3) 疲劳断裂性能。 精密模具长期循环应力作用下常产生疲劳断裂，形式包括小能量多次冲击疲劳、拉伸疲劳、接触疲劳、弯曲疲劳。疲劳断裂性能主要取决于强度、韧性、硬度及材料夹杂物含量。

(4) 高温性能。 工作温度高时硬度强度下降，导致早期磨损或塑性变形失效。模具材料应有高抗回火稳定性，保证工作温度下保持高硬度强度。

(5) 冷热疲劳抗性。 部分精密模具反复加热冷却，导致表面开裂剥落、摩擦增大、阻碍塑性变形、降低尺寸精度致失效。冷热疲劳是热作模失效主要形式之一，此类模具应有高冷热疲劳抗性。

(6) 耐腐蚀性。 塑料模具工作时，塑料中氯、氟等元素受热分解出强腐蚀性气体，侵蚀型腔表面，增加粗糙度、加剧磨损失效。

模具结构因素

不同模具结构对材料要求不同。根据模具结构差异，可按以下方法选材：

(1) 模具精度要求越高，加工变形要求越小，需根据具体加工精度选用不同变形量的模具材料。
(2) 热处理时，加热冷却速度均匀性受横截面积影响，截面越大均匀性越差。此条件下需选导热性和淬透性好的材料，保证横截面性能均匀。
(3) 模具形状简单易加工成型，可选低成本碳素工具钢；形状复杂易产生应力集中，需选高性能合金材料并采用合理淬火工艺。

模具材料工艺性能

模具材料工艺性直接影响制造成本、性能和使用寿命。

(1) 锻造性能。 多数热作模具经锻造成型，望材料在锻造温度范围内变形抗力低、成形性好。
(2) 热处理工艺性。 望热处理工艺良好，包括高淬透性。大型锻模高淬透性可使全截面力学性能基本均匀，便于用较温和冷却介质淬火，避免或减少开裂变形倾向。另望材料热处理时抗氧化脱碳倾向小、晶粒生长小、热处理变形小。
(3) 良好切削加工性。 模具型腔或配件多需切削或EDM成型，要求材料有良好车、铣、磨、EDM性能。满足大切削量、低刀损要求。还需一定焊接性便于修复。
(4) 淬火后表面硬度均匀且较高。
(5) 氧化脱碳敏感性。 高温加热要求抗氧化性好、脱碳慢、对加热介质不敏感、不易产生麻点。
(6) 磨削加工性。 不易产生磨削裂纹和磨伤。
(7) 淬火变形开裂倾向。 对淬火温度和工件形状不敏感，常规淬火开裂敏感性低。
(8) 模具材料选择还应满足经济性要求。

模具材料选择需综合考虑多因素，JTR可根据客户具体要求综合考量、提供专业建议。JTR从模具设计到模具生产提供专业高性价比服务，欢迎全球客户联系咨询。