如何选择模具材料？

传统模具材料分为冷作模具材料、热作模具材料和塑料模具材料。 模具材料的选择应满足耐磨性、韧性、疲劳断裂性能、高温性能、耐腐蚀、耐冷热疲劳等要求。工艺性能应满足可锻性、大切削量、低刀具损耗、低加工表面粗糙度、氧化脱碳敏感性、可磨性和经济性要求。

在现代工业生产中，模具是关键的基础工艺装备。模具的材料和制备技术是保证成型产品高质量和长寿命的关键。模具材料的选择需要根据模具的具体工况和材料的性能来选择。

模具广泛应用于汽车、飞机、机电产品、家用电器、塑料制品等行业。模具材料的种类是影响模具使用寿命的重要因素之一。

模具工作条件

(1)模具在工作过程中，对材料的韧性要求随其所承受的冲击力而变化，对材料强度的要求随其所要求的承载能力而变化。

(2) 热作模具和冷作模具。

热作模具在工作过程中主要受高温和热应力的影响。因此，热作模具材料需要良好的抗疲劳性和热稳定性，一般根据实际工作温度选择合适的热作模具钢。

冷作模具在工作过程中主要受冲击力和摩擦力的影响。因此，冷作模具要求有良好的强度、硬度和韧性，一般以冷作模具钢为主要材料。

(1) 耐磨性。 坯料在精密冲压模具型腔内发生塑性变形时，沿型腔表面流动和滑动，使型腔表面与坯料发生剧烈摩擦，使模具因磨损而失效。因此，材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。

硬度是影响耐磨性的主要因素。一般来说，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性越好。此外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形状、大小及分布有关。

(2) 韧性强。 大多数精密冲压模具的工作条件都非常恶劣，有的经常承受较大的冲击载荷，导致脆性断裂。因此，需要更高的强度和韧性。

模具的韧性主要取决于碳含量、晶粒度和组织状态。

(3) 疲劳断裂性能。 在精密模具的工作过程中，疲劳断裂往往是由循环应力的长期作用引起的。其形式包括小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂、接触疲劳断裂和弯曲疲劳断裂。

模具的疲劳断裂性能主要取决于模具的强度、韧性、硬度以及材料中夹杂物的含量。

(4) 高温性能。 当精密模具的工作温度较高时，硬度和强度会下降，导致模具早期磨损或塑性变形失效。因为模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下具有较高的硬度和强度。

(5) 耐热和耐冷疲劳性。 一些精密模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，造成表面开裂和剥落，增加摩擦，阻碍塑性变形，降低尺寸精度，导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一，热作模具应具有较高的抗冷热疲劳性能。

(6) 耐腐蚀性。 一些精密模具如塑料模具在工作时，由于塑料中存在氯、氟等元素，受热后会分解出强腐蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，增加其表面粗糙度，加剧磨损。

不同的模具结构对模具材料也有不同的要求。 根据模具结构的不同，可按以下方法选择不同的材料：

(1)模具的精度要求越高，要求加工时的变形越小。因此，需要根据具体的加工精度选择不同变形尺寸的模具材料。

(2)模具在热处理过程中，加热和冷却速度的均匀性受横截面积的影响。截面积越大，均匀性越差。在这种情况下，需要选择导热性和淬透性较好的材料，以保证截面性能的均匀性。

(3)如果模具的形状比较简单，易于加工成型，可以选择低成本的碳素工具钢作为主要材料。如果模具的形状复杂，则容易在某些部位产生集中应力。因此，有必要选择高性能合金材料，并采用合理的淬火方法对其进行加工。

模具材料的可制造性直接影响模具的制造成本、性能和使用寿命。

(1) 锻造性能。 通常，大多数热加工模具是通过锻造形成的。希望该材料在锻造温度范围内具有较低的变形抗力和良好的成形性。

(2) 热处理的加工性。 希望材料的热处理工艺良好，包括高淬透性。对于较大尺寸的锻模，高淬透性可以使整个断面的力学性能基本均匀。使用较温和的冷却介质进行淬火也很方便，以避免或减少开裂和变形的趋势。此外，要求材料在热处理过程中氧化脱碳和晶粒长大的倾向小，热处理变形小。

(3) 良好的成型性。 模具的型腔或附件大部分需要通过切削或电火花加工成型，因此要求材料具有良好的车、铣、磨、电火花加工性能。模具材料应满足切削量大、刀损低的要求。此外，还要求材料具有一定的焊接性，以利于修复。

(4) 淬火后具有均匀但相对较高的表面硬度。

(5) 氧化脱碳敏感性。 高温加热要求抗氧化性能好、脱碳慢、对加热介质不敏感、不易产生点蚀。

(6) 可磨性 .不易产生研磨裂纹和擦伤。

(7)淬火变形开裂倾向。 对淬火温度和工件形状不敏感，对常规淬火裂纹敏感性低。

(8)模具材料的选择也要符合经济要求。

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