模具的材料選用探討

趙治平

【摘 要】材料各種各樣，千差萬(wàn)別。新型材料不斷呈現(xiàn)。在模具設(shè)計(jì)與制造業(yè)，材料的選用影響著模具的制造成本、使用壽命、使用精度。如何選用材料，是設(shè)計(jì)者應(yīng)具備的基本技能。資深設(shè)計(jì)人員對(duì)選材可能駕輕就熟，而對(duì)初學(xué)者如何選材，值得商榷。

【關(guān)鍵詞】模具材料選用；探討

要想合理選用模具材料，首先要熟悉模具的種類、模具的結(jié)構(gòu)組成及模具的使用環(huán)境與使用過程和模具使用壽命。不同模具及不同部件所用材料有所不同；同類模具使用壽命不同所用材料應(yīng)不盡相同。

一、材料一般選用原則

首要考慮材料使用要求：模具零件的工作狀況（震動(dòng)，沖擊，高溫，低溫，高速，高載都應(yīng)當(dāng)慎重對(duì)待）載荷的大小和應(yīng)力狀態(tài)；模具零件尺寸的穩(wěn)定性和使用壽命；該零件在整個(gè)模具中的重要程度（對(duì)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量有何影響？）。

其次要考慮材料工藝要求：毛坯如何獲得？鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、切削加工性能、熱處理及表面處理性能；更要考慮零件力學(xué)性能要求：零件的受力情況強(qiáng)度、塑性與韌性、硬度與耐磨性、疲勞強(qiáng)度等。

再就是要考慮材料經(jīng)濟(jì)性要求：盡可能便宜易得！材料價(jià)格，加工批量和加工費(fèi)用；材料的利用率；替代（盡量用廉價(jià)材料來代替價(jià)格相對(duì)昂貴的稀有材料）另外，還要考慮當(dāng)?shù)夭牧系墓?yīng)情況易得。

二、冷沖模零件材料的選用

冷沖模工作時(shí)要承受沖擊、振動(dòng)、摩擦、高壓和拉伸、彎扭等負(fù)荷，甚至在較高的溫度下工作（如冷擠壓），工作條件復(fù)雜，易發(fā)生磨損、疲勞、斷裂、變形等現(xiàn)象。因此，對(duì)模具工作零件材料的要求比普通零件高。

由于各類沖壓模具的工作條件不同，所以對(duì)模具工作零件材料的要求也有所差異。如沖裁模材料的要求：對(duì)于薄板沖裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性和硬度，而對(duì)厚板沖裁模除了要求具有高的耐磨性、抗壓屈服點(diǎn)外，為防止模具斷裂或崩刃還應(yīng)具有高的斷裂抗力、較高的抗彎強(qiáng)度和韌性。又如拉深模材料的要求：模具工作零件材料具有良好的抗粘附性（抗咬合性）、高的耐磨性和硬度、一定的強(qiáng)韌性以及較好的切削加工性能，而且熱處理時(shí)變形要小。而冷擠壓模材料的要求是要求模具工作零件有高的強(qiáng)度和硬度、高耐磨性，為避免沖擊折斷，還要求有一定的韌性。由于擠壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的升溫，所以還應(yīng)具有一定的耐熱疲勞性和熱硬性。

常用的冷沖模工作部件材料的種類有：碳素工具鋼（T8A、T10A）、低合金工具鋼（CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV）、高碳高鉻（Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1）或中鉻工具鋼（Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV）、中碳合金鋼、高速鋼W18Cr4V（代號(hào)8-4-1）和含鎢量較少的W6Mo5 Cr4V2（代號(hào)6-5-4-2）、基體鋼6Cr4W3Mo2VNb（代號(hào)65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代號(hào)LD）以及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等等。

三、塑料模成型零件材料的選用

塑料模成型零部件指與塑料直接接觸而成型制品的模具零部件，如型腔、型芯、滑塊、鑲件、斜頂、側(cè)抽等。成型零部件的材質(zhì)直接關(guān)系到模具的質(zhì)量、壽命，決定著所成型塑料制品的外觀及內(nèi)在質(zhì)量，必須十分慎重，一般要在合同規(guī)定及客戶要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)制品和模具的要求及特點(diǎn)選用。

塑料模成型零部件材料的選用原則：根據(jù)所成型塑料的種類、制品的形狀、尺寸精度、制品的外觀質(zhì)量及使用要求、生產(chǎn)批量大小等，兼顧材料的切削、拋光、焊接、蝕紋、變形、耐磨等各項(xiàng)性能，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性以及模具的制造條件和加工方法，以選用不同類型的鋼材。

對(duì)于成型透明塑料制品的模具，其型腔和型芯均需選用高鏡面拋光性能的高檔進(jìn)口鋼材，如718（P20+Ni類）等。對(duì)于制品外觀質(zhì)量要求高，壽命長(zhǎng)、大批量生產(chǎn)的模具，其成型零部件材料選擇如下：

型腔需選用高鏡面拋光性能的高檔進(jìn)口鋼材，如718（P20+Ni類）等，均為預(yù)硬狀態(tài)，不需再進(jìn)行熱處理。

型芯可選用中低檔進(jìn)口P20或P20+Ni類鋼材，也可選用國(guó)產(chǎn)塑料模具鋼或S50C、等進(jìn)口優(yōu)質(zhì)碳素鋼。

四、塑料模非成型零部件材料選用

塑料模模架材料參照模架標(biāo)準(zhǔn)，模板一般選用進(jìn)口S50C或國(guó)產(chǎn)SM45，要求160-200HBS，硬度均勻，且內(nèi)應(yīng)力小，不易變形。導(dǎo)柱材料采用GCr15，硬度為56-62HRC。導(dǎo)套、推板導(dǎo)柱、推板導(dǎo)套及復(fù)位桿材料可采用GCr15，硬度為56-62HRC；也可采用T8A、T10A，硬度為52-56HRC。

塑料模中的一般結(jié)構(gòu)用件，如頂出定位圈、立柱、頂出限位塊、限位拉桿、鎖模塊等，對(duì)硬度和耐磨性無(wú)特別要求，可選用國(guó)產(chǎn)45鋼，正火狀態(tài)，硬度160-200HBS，不需再進(jìn)行熱處理。模具中的澆口套、楔緊塊、耐磨塊、滑塊壓板等對(duì)硬度、強(qiáng)度、耐磨性要求較高的零件，應(yīng)選用碳素工具鋼或優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，如T8A、T10A等。此類鋼使用時(shí)均需進(jìn)行淬火處理，以提高其硬度和耐磨

五、結(jié)語(yǔ)

模具材料的選用，首先遵循材料的一般選用原則；在實(shí)際選用中大同小異。冷沖模的凸凹模由于受力與工作環(huán)境特點(diǎn)要選用高硬度、高耐磨、高耐熱、良好的塑性與韌性及良好的疲勞強(qiáng)度材料和必要的相應(yīng)的熱處理；塑料模的型芯型腔根據(jù)所成型塑料的種類、制品的形狀、尺寸精度、制品的外觀質(zhì)量及使用要求、生產(chǎn)批量大小等，兼顧材料的切削、拋光、焊接、蝕紋、變形、耐磨等各項(xiàng)性能，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性以及模具的制造條件和加工方法，以選用不同類型的鋼材。

【參考文獻(xiàn)】

【1】《金屬材料與熱處理》中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社2011年6月第6版.

【2】《模具材料與熱處理》中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社2008年5月第1版，2015年7月第10 印刷.

【3】《冷沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)制造》付宏生化學(xué)工藝出版社2005年3月第1版，2006年3月第2印刷.

【4】《塑料成型模具設(shè)計(jì)》付宏生化學(xué)工藝出版社2010年1月第1版第1印刷.