模具的使用壽命與模具材料選用及其處理

謝魁

（成都西南鐵路物資公司 四川成都 610051）

模具的使用壽命與模具材料選用及其處理

謝魁

（成都西南鐵路物資公司 四川成都 610051）

在現(xiàn)如今的加工工藝中，模具被大范圍的應(yīng)用其中。但是模具的使用使命是具有一定限制的，它會(huì)受到許多因素的影響，包含模具的工藝流程以及用鋼情況等方面。然而更需要注意的是材料的選取及其處理跟模具使用壽命之間的緊密關(guān)聯(lián)，這樣才能夠提升模具的使用壽命，給企業(yè)帶來更好的發(fā)展前景。

模具；使用壽命；材料選用；處理

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，21世紀(jì)機(jī)械制造精加工的50%與粗加工的70%都需要利用塑性成型的辦法來實(shí)現(xiàn)，模具是確保塑性成型的重要工藝設(shè)備，同時(shí)也是生產(chǎn)成型件不可或缺的工具，機(jī)械制造等工業(yè)部門對(duì)于模具的需求可以給模具行業(yè)的發(fā)展帶來強(qiáng)有力的推力與良好的機(jī)遇。模具的壽命是成型件成本的關(guān)鍵構(gòu)成部分，企業(yè)成型件在價(jià)格上的競(jìng)爭(zhēng)歸根結(jié)底就是模具使用壽命的競(jìng)爭(zhēng)。影響模具使用壽命的關(guān)鍵因素包含：模具材料、模具結(jié)構(gòu)、模具工作狀態(tài)、模具加工質(zhì)量以及產(chǎn)品零部件狀況等。如何選取科學(xué)合理且常用的模具材料來提升模具的使用壽命已經(jīng)成為了一項(xiàng)非常重要的課題。

2 模具的介紹

模具就是利用已經(jīng)成型的工具來制造出所需要的不同構(gòu)造與形狀的部件，以此來滿足生產(chǎn)的需要。模具的重要作用就是利用改變加工部件的外在形狀來完成產(chǎn)品外形的制造，需要采取外力開展鑄造、沖壓、擠壓等流程，最后制造出想要的形狀與尺寸的物品。所以，模具的設(shè)置、樣式與全部生產(chǎn)過程都會(huì)起到直接的作用，需要從各個(gè)角度來鑄造模具，增長(zhǎng)模具的使用壽命。在制造企業(yè)的全部過程都無法離開模具，特別是在塑性成型的生產(chǎn)過程當(dāng)中，模具作為一種非常重要的工具被更多的應(yīng)用于工業(yè)制造中。與此同時(shí)，因?yàn)槭袌?chǎng)的發(fā)展對(duì)模具的應(yīng)用帶來了更為寬泛的市場(chǎng)，模具的壽命在某些程度來說對(duì)于將要生產(chǎn)的成本有著一定的影響。

3 模具材料的分類

模具的工作溫度與受載類型的不同，對(duì)于模具鋼的機(jī)械性要求是截然不同的。模具鋼的機(jī)械性能指標(biāo)重點(diǎn)是由熱處理、冶煉質(zhì)量以及成分組織所決定的。當(dāng)前我國(guó)模具鋼的構(gòu)成大部分是高合金鋼與合金鋼。冶煉質(zhì)量都是高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼或者優(yōu)質(zhì)鋼，成分不同的模具鋼具備不一樣的機(jī)械性能，相同構(gòu)成的模具鋼利用不同的處理方式可以獲得不同的金屬組織，也可以實(shí)現(xiàn)不一樣的機(jī)械性能指標(biāo)。結(jié)合模具鋼不同的工作用處，通常模具材料可以劃分為三大類：熱作模具鋼、冷作模具鋼以及塑料模具鋼。我國(guó)基本上已經(jīng)形成了模具用鋼的材料體系，各種鋼結(jié)硬質(zhì)合金以及各種模具鋼等新型材料具有七十多種。其中Cr12MoV、5CrMnMo、Cr12、GCr15、3Cr2W8V、9SiCr、5CrNiMo、CrWMn 等鋼種是模具制造過程中常見的材料，大約可以占到80%。

4 影響模具使用壽命的基本因素

許多要素都會(huì)影響到模具的使用壽命，其中包含模具的熱處理工藝、模具機(jī)械加工、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及模具選材等。

4.1 模具選材

模具的選材對(duì)模具使用壽命有重要的影響，所以在選取模具材料時(shí)需要根據(jù)模具自身的使用功能與性能。對(duì)于許多冷沖模而言，需要首先想到的是鋼的耐磨性、強(qiáng)度與韌性。就實(shí)際效果來說，鋼的耐磨性、強(qiáng)度與韌性之間是成反相關(guān)的。多數(shù)情況下，模具會(huì)產(chǎn)生脆性開裂狀況，這個(gè)時(shí)候需要選取強(qiáng)度比較低但是韌性更優(yōu)的材料，還可以選用特殊定制的鋼材。此外，也可以選取強(qiáng)度高、韌性好的鋼來填補(bǔ)韌性不好的情況。但是如果同時(shí)需要具備耐磨性與韌性，不僅需要選取合適的模具材料，還需要通過改進(jìn)加工性能、表面處理等幾個(gè)方面來改進(jìn)模具的耐磨性。

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理

通常來說，模具異常的情況大都是因?yàn)樵缙诮Y(jié)構(gòu)不科學(xué)使得模具變形發(fā)熱失效而導(dǎo)致的。從模具的設(shè)計(jì)角度來說，截面過大以及圓角尖銳都需要盡可能避免，這都都非常容易引起模具的損壞與變形。倘若尖銳圓角無法避免的時(shí)候，需要通過把圓角加工放于最后熱處理或者組合式來替代，這樣能夠從整體結(jié)構(gòu)上來填補(bǔ)產(chǎn)生的缺陷。此外，截面面積能否確保均勻是避免模具開裂與變形的關(guān)鍵保障。在同樣的情況下，許多形狀復(fù)雜容易開裂的模具需要采取組合式，這樣可以降低截面對(duì)于模具使用壽命的影響。

4.3 熱處理的影響

在很多情況下，模具的早期失效是因?yàn)闊崽幚聿磺‘?dāng)引起的。熱處理質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、熱處理技術(shù)不科學(xué)都會(huì)對(duì)模具的使用壽命產(chǎn)生不良的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，熱處理不當(dāng)引起模具使用壽命早期失效的情況非常常見，大約能夠達(dá)到70%。所以可以看到，科學(xué)合理的熱處理技術(shù)跟模具的使用壽命關(guān)聯(lián)是非常密切的。反之，熱處理技術(shù)不成熟或者熱處理不當(dāng)?shù)榷紝?huì)直接或間接對(duì)模具的完整度與模具性能產(chǎn)生危害，對(duì)模具的使用壽命帶來非常大的破壞作用。一般來說，熱處理的方式重點(diǎn)包含以下幾種：①淬火過熱。晶粒增長(zhǎng)主要是因?yàn)榇慊疬^熱引起的，這樣會(huì)導(dǎo)致其韌性降低，將會(huì)使得模具更容易產(chǎn)生早期開裂的狀況。②表面脫碳。模具通常都需要經(jīng)過高溫回火或者淬火，這個(gè)過程中倘若保護(hù)措施沒有開展到位，就會(huì)導(dǎo)致其表現(xiàn)脫碳。如果脫碳層沒有盡早除去，將會(huì)在很大程度上降低其耐磨性能，進(jìn)而降低模具的使用壽命。③淬火裂紋。模具在淬火過程當(dāng)中，極易產(chǎn)生裂紋。裂紋的產(chǎn)生一定會(huì)降低模具的疲勞壽命，更嚴(yán)重的會(huì)引起早期斷裂，將會(huì)嚴(yán)重影響到模具的正常使用。④回火不充分。因?yàn)楦鞣N各樣的原因，模具的回火流程會(huì)產(chǎn)生失誤，引起模具的回火不充分。這樣將會(huì)導(dǎo)致淬火余力留存在模具當(dāng)中，導(dǎo)致模具的韌性降低，產(chǎn)生斷裂。

5 不同類型模具材料使用選擇原則及熱處理狀態(tài)

5.1 冷作模具鋼

冷作模具鋼通常用在制造讓金屬冷塑性變形的模具，比如冷鍛模、冷擠壓模以及冷沖模等等。在工作中會(huì)承擔(dān)很大的摩擦力、彎曲力、沖擊荷載以及壓力，所以冷作模具需要具備較高的硬度，足夠的強(qiáng)度以及良好的耐磨性。韌性合金的加入提升了模具鋼的淬透性，毛培通常需要鍛造，然后開展球化退火。模具成品熱處理的工藝通常為中溫鹽浴淬火加上低溫回火，金相組織是回火馬氏體，具備較好的耐磨性與韌性，能夠在很大程度上提升冷作模具的使用壽命，通常用在批量大、形狀復(fù)雜零部件的冷作模具工作材料。高碳高合金模具鋼，具備很好的耐磨性，但是它們都是萊氏體鋼，組織當(dāng)中具有眾多的共晶碳化物，熱加工性能較差，容易炸裂。因?yàn)樵牧袭?dāng)中都存在帶狀、網(wǎng)狀碳化物與組織偏析等不足，毛培必須要開展反復(fù)的鍛造，保證擊碎較大塊的共晶碳化物，在鍛造之后都要進(jìn)行球化退火，而且需要將碳化物偏析限制在低于3級(jí)。此外，模具成品的熱處理采取高溫鹽浴快速加熱淬火與低溫回火方式，淬火的溫度大致為1200℃，保溫時(shí)長(zhǎng)大致為10min。

5.2 熱作模具鋼

熱作模具鋼通常用在制造讓金屬在高溫條件下塑性成型的模具，比如壓鑄模、熱鍛模以及熱擠壓模等。這些模具在工作當(dāng)中要承擔(dān)較大的沖擊與壓力，并且要經(jīng)過反復(fù)冷卻與加熱，所以需要模具鋼在高溫條件下具備良好的耐熱疲勞性以及充足的紅硬性，常見的模具鋼有3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo、5CrMnMo。5CrNiMo、5CrMnMo的工作溫度大致在400℃可以滿足各種工藝的成型加工。但是因?yàn)楹辖鹪氐暮勘容^低，材料的淬透性不夠好，在模具超過250mm的時(shí)候，或許會(huì)淬不透，通常用在形狀簡(jiǎn)單、產(chǎn)品批量小、尺寸較小等熱作模具。近幾年來，為了填補(bǔ)該兩類材料的缺陷，在該基礎(chǔ)之上，研制出了5Cr2NiMoVS、4Cr2MoVNi、3Cr2MoVNi等新型材料，在經(jīng)過滲氮處理之后其模具的壽命可以提高至原來的2.5倍以上。3Cr2W8V的工作溫度大致在900℃，應(yīng)用于尺寸比較小，批量制造的模具，是常用的壓鑄模具鋼，有較高的強(qiáng)度和硬度、耐冷熱疲勞性良好，且有較好的淬透性，但其韌性和塑性較差。適用制作高溫、高應(yīng)力下，不受沖擊負(fù)荷的凸模、凹模，如壓鑄模、熱擠壓模、精鍛模、有色金屬成型模等。

6 結(jié)語

綜上所述，許多因素都會(huì)影響到模具的使用壽命，在選取模具的材料與熱處理等方面需要結(jié)合模具的使用壽命，多角度開展整體選取。所以要想提升模具的使用壽命，應(yīng)該具備專業(yè)的技術(shù)人員在經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)之后選取最佳的加工工藝，以此來提升模具的使用壽命。

[1]趙昌盛，居建村.模具材料的選用與使用壽命[J].模具制造，2015（10）：34～35.

[2]賴華清．壓鑄模的失效形式及提高其使用壽命的途徑[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2015（02）：29～30.

[3]楊淑君.模具材料選用、熱處理與使用壽命[J].科技傳播，2015（21）：48～49.

TG76

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1004-7344（2016）32-0306-02

2016-11-5