模具材料概述

王軫　仝義鑫　付振峰

摘 要：模具是材料成型加工中的重要工藝裝備，是機(jī)械、電子、輕工、國(guó)防等工業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)之一。利用模具可以實(shí)現(xiàn)少、無(wú)切削加工，從而提高生產(chǎn)效率、降低成本。由于模具成形具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗等特點(diǎn)，從而提高生產(chǎn)效率、降低成本。由于模具成形具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗等特點(diǎn)，因而其應(yīng)用十分廣泛。其中占飛機(jī)、汽車(chē)、拖拉機(jī)。機(jī)電產(chǎn)品成形加工的60%～70%；占家電產(chǎn)品、塑料制品成形加工的80%～90%。隨著模具工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)模具的使用壽命、加工精度等提出了更高的要求。

關(guān)鍵詞：模具材料；模具失效分析；模具材料性能；模具材料選用

1 模具的失效分析

要研究模具的失效問(wèn)題，就要了解各類(lèi)模具的服役條件和失效形式，以便分析其失效原因，合理地選擇模具材料，改進(jìn)模具的設(shè)計(jì)、加工和熱處理工藝，提出預(yù)防或推遲失效的措施，不斷提高模具的使用壽命。模具在服役中產(chǎn)生過(guò)量塑性變形、表面損傷、開(kāi)裂和斷裂、冷熱疲勞。腐蝕等損傷破壞后，將會(huì)失去原有功能，一直不能正常服役，這些現(xiàn)象均稱(chēng)為失效。如冷仲裁模刃口的過(guò)度磨損或崩刃；熱擠壓沖頭的鐓粗變形；熱鍛模出現(xiàn)冷熱疲勞裂紋等。模具失效是模具在使用過(guò)程中所出現(xiàn)的一種正?，F(xiàn)象，但由于人們研究模具失效的目的不同，對(duì)模具失效的分類(lèi)方法不同。有如下分類(lèi)方法：1過(guò)量變形失效2表面損傷失效3斷裂失效。

2 模具材料的分類(lèi)

根據(jù)服役條件不同可將模具材料分為冷作模具材料、熱作模具材料、塑料模具材料和其他模具材料等幾大類(lèi)，每大類(lèi)又分為若干小的類(lèi)別。

冷作模具材料應(yīng)用量大，使用面廣，其主要性能要求有強(qiáng)度、硬度、韌性和耐磨性。近年來(lái)碳素工具鋼的使用愈來(lái)愈少，而高合金鋼模具所占的比例為最高。冷作模具鋼一高碳合金鋼為主，均屬熱處理強(qiáng)化型鋼，使用硬度高于58HRC 。以9CrWMn為典型代表的低合金冷作模具鋼，一般僅用于小批量生產(chǎn)中的簡(jiǎn)易型模具和承受沖擊力較小的試制模具；Cr12型高碳合金鋼是大多數(shù)模具的通用材料，這類(lèi)鋼的強(qiáng)度和耐磨性較高，韌性較低。

熱作模具用材的系列化，除少數(shù)幾種用量特別大的以外，總的來(lái)說(shuō)不如冷作模具用材系列完善。熱作模具用材的選擇，在力學(xué)方面要兼顧熱強(qiáng)性和抗裂紋性能。

由于塑料模具的工作條件、制造方法、精度及對(duì)耐久性要求的多樣性，所以塑料模具用鋼的成分范圍很大，各種優(yōu)質(zhì)鋼都有可用之處，且形成了范圍很廣的塑料模具用材料系列。

其他模具材料有鑄造模具鋼、有色合金模具材料、玻璃模具材料、特種新型模具材料等等。

3 模具材料的性能

模具的工作條件不同，對(duì)其材料的性能的要求也不同，如冷沖壓模具要求其材料具有高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，高的硬度及耐磨性；冷擠壓模具要求其材料具有高強(qiáng)度、高韌性、高淬透性以及良好的耐磨性、熱穩(wěn)定性和切削加工性。模具的各項(xiàng)性能要求有時(shí)是相互矛盾的，一般硬度越高，耐磨性越高。在同樣的硬度下，鋼材含碳量越高，耐磨性也就越高。熱穩(wěn)定性與加入元素的種類(lèi)及數(shù)量有關(guān)，只有在高合金含量的情況下，才能達(dá)到所要求的抗軟化能力。韌性則與前二者相反，碳化物的合金含量增加，鋼材變脆，這樣就形成耐磨性和韌性之間以及穩(wěn)定性和韌性之間的兩對(duì)矛盾。在選擇模具材料時(shí)，應(yīng)首先考慮模具的基本性能必須能適應(yīng)所制造的模具的要求。在一般情況下，主要是鋼的耐磨性、韌性、硬度、熱硬度以及熱疲勞抗力，這四種性能指標(biāo)可以比較全面的反應(yīng)材料的總額和性能，可以在一定的程度上決定其應(yīng)用范圍。當(dāng)然對(duì)于一種模具的性能要求來(lái)說(shuō)可能其中的一種或兩種性能是主要的，而另外的一種或兩種是次要的。

4 模具材料的選用原則

根據(jù)模具生產(chǎn)條件和工作條件的需要，結(jié)合模具材料的基本性能和相關(guān)因素，應(yīng)選擇適合模具需要、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的模具材料。對(duì)于一種模具，如果單純從材料的基本性能考慮，可能幾種模具材料都能符合要求，然而必須綜合考慮模具的使用壽命、制造工藝過(guò)程的難易程度、模具制造的費(fèi)用以及分?jǐn)偟矫總€(gè)工件上的模具費(fèi)用等多種因素，進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)，才能得出符合實(shí)際的正確結(jié)論。

5 模具材料的發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)模具鋼的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速，近年來(lái)已經(jīng)逐步形成了我國(guó)自己的模具鋼系列，建成了不少先進(jìn)的生產(chǎn)工藝裝備。但是模具鋼的生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量等方面還存在著很多問(wèn)題，致使模具早期失效的比例仍然很高。

針對(duì)以上問(wèn)題，繼續(xù)開(kāi)展以下工作：發(fā)展模具材料冶煉技術(shù)，保證模具材料性能；完善模具材料系列，合理使用材料；發(fā)展熱處理技術(shù)，延長(zhǎng)模具的使用壽命；改善冷熱加工工藝，提高模具壽命。

對(duì)于發(fā)展而言有模具鋼冶煉技術(shù)的發(fā)展，在生產(chǎn)實(shí)際中合理使用模具材料，并且推廣應(yīng)用一些性能較好的新型模具材料。熱處理技術(shù)包括：真空熱處理、深冷熱處理、高溫回火等等。鍛造和機(jī)加工對(duì)模具壽命的影響，常常被人們所忽視。不正確的鍛造和機(jī)加工工藝往往成為模具早期失效的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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