模具选材及热处理(工艺).ppt

第八章第八章 模具材料及热处理模具材料及热处理第一节第一节 模具材料概述模具材料概述 一、一、模具的分类模具的分类 根据模具的工作条件，可将模具分为以下三大类：根据模具的工作条件，可将模具分为以下三大类：1.1.冷作模具：包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉冷作模具：包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉深模、拉丝模、滚丝模、剪切模等。深模、拉丝模、滚丝模、剪切模等。2.2.热作模具：包括热锻压模（热锻模、高速锤锻模、热作模具：包括热锻压模（热锻模、高速锤锻模、精密锻造模）、热挤压模、热冲裁模、压铸模等。精密锻造模）、热挤压模、热冲裁模、压铸模等。3.3.成形模具：包括塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃成形模具：包括塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末冶金模具等。模、粉末冶金模具等。汽车模具系列汽车模具系列保险杠注射模保险杠注射模轮毂压铸模轮毂压铸模轮胎橡胶模轮胎橡胶模密封圈挤出模密封圈挤出模大型覆盖件模大型覆盖件模反光镜玻璃模反光镜玻璃模绝缘陶瓷模绝缘陶瓷模举例举例:二、二、模具失效的概念模具失效的概念 1.1.模具的服役：模具经安装、调试后，正常生产合格产品模具的服役：模具经安装、调试后，正常生产合格产品的过程称为模具的服役。的过程称为模具的服役。2.2.模具的损伤：模具在使用过程中，虽然出现尺寸变化模具的损伤：模具在使用过程中，虽然出现尺寸变化（变形、磨损等）、微裂纹等缺陷，但没有丧失服役能力的状（变形、磨损等）、微裂纹等缺陷，但没有丧失服役能力的状态。态。称为有病状态，要及时维修。称为有病状态，要及时维修。3.3.模具的失效：模具损坏到不可修复，且不能生产出合格模具的失效：模具损坏到不可修复，且不能生产出合格产品的状态产品的状态；模具的失效模具的失效按照发生时间的早晚可分为正常失效按照发生时间的早晚可分为正常失效和早期失效。和早期失效。三、三、常见的失效形式常见的失效形式 塑性断裂塑性断裂1.1.断裂失效断裂失效 脆性断裂脆性断裂 疲劳断裂疲劳断裂 过量弹性变形过量弹性变形2.2.过量变形失效过量变形失效 过量塑性变形（局部塌陷、局部镦粗、型腔胀大）过量塑性变形（局部塌陷、局部镦粗、型腔胀大）蠕变蠕变(金属在高温环境下，即使所受的力小于屈服点，也金属在高温环境下，即使所受的力小于屈服点，也会随时间的增长发生缓慢的永久变形的现象）超限会随时间的增长发生缓慢的永久变形的现象）超限 表面磨损（粘着、磨粒、氧化、疲劳磨损等）表面磨损（粘着、磨粒、氧化、疲劳磨损等）3.3.表面损伤表面损伤 表面腐蚀（冲蚀、浸蚀、熔蚀等）表面腐蚀（冲蚀、浸蚀、熔蚀等）4.4.疲劳及热疲劳失效疲劳及热疲劳失效疲劳裂纹疲劳裂纹 四、模具材料四、模具材料 五、五、模具材料的性能要求模具材料的性能要求 模具的工作条件复杂，工作温度高低不一，失效形式多样，模具的工作条件复杂，工作温度高低不一，失效形式多样，对各类模具性能要求不同。模具的服役条件比较恶劣，一般承受对各类模具性能要求不同。模具的服役条件比较恶劣，一般承受高压、冲击、振动、摩擦、弯扭、拉伸等载荷；工作温度有的很高压、冲击、振动、摩擦、弯扭、拉伸等载荷；工作温度有的很高；精度要求很高；磨损、变形、疲劳、断裂时有发生。模具材高；精度要求很高；磨损、变形、疲劳、断裂时有发生。模具材料的性能相对一般零件为高，一般从使用性能和工艺性能二大方料的性能相对一般零件为高，一般从使用性能和工艺性能二大方面考虑。面考虑。（一）使用性能要求（一）使用性能要求 1.1.硬度和热硬性硬度和热硬性 成形模具应具有足够高的硬度，才能确保使用寿命。成形模具应具有足够高的硬度，才能确保使用寿命。冷作模具一般要求硬度在冷作模具一般要求硬度在60HRC以上；热作模具一般在以上；热作模具一般在4052HRC范围内，塑料模具通常在范围内，塑料模具通常在4560HRC内考虑。内考虑。硬度是衡量材料软硬程度的一种性能指标，是指材料抵硬度是衡量材料软硬程度的一种性能指标，是指材料抵抗局部变形，特别是塑形变形、压痕或划痕的能力。它是强度、抗局部变形，特别是塑形变形、压痕或划痕的能力。它是强度、塑性、韧性、耐磨性等指标的综合反映，因此在零件图上常常塑性、韧性、耐磨性等指标的综合反映，因此在零件图上常常标注硬度值，作为技术要求。标注硬度值，作为技术要求。热硬性是指模具在受热或高温条件下保持高硬度的能热硬性是指模具在受热或高温条件下保持高硬度的能力；如热作模具和部分冷作模具要求具有一定的热硬性。力；如热作模具和部分冷作模具要求具有一定的热硬性。材料的硬度和热硬性主要取决于材料的成分、热处理工材料的硬度和热硬性主要取决于材料的成分、热处理工艺及表面处理工艺。艺及表面处理工艺。(1)1)布氏硬度布氏硬度HBHB 适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金属或质地轻软的轴承合金。布氏硬度计布氏硬度计 适用范围适用范围:450HBS;650HBW;(2)(2)洛氏硬度洛氏硬度 定义：每定义：每0.002mm0.002mm相当相当于洛氏于洛氏1 1度。度。洛氏硬度常用标尺有：洛氏硬度常用标尺有：B B、C C、A A三种三种HRB HRB 轻金属，未淬轻金属，未淬火钢火钢HRC HRC 较硬，淬硬钢较硬，淬硬钢制品制品HRA HRA 硬、薄试件硬、薄试件h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛洛氏氏硬硬度度计计10HRCHBS(3)维氏硬度维氏硬度 维维氏氏硬硬度度的的压压力力一一般般可可选选5 5，1010，2020，3030，5050，100100，120kg120kg等等，小小于于10kg10kg的的压压力力可可以测定显微组织硬度。以测定显微组织硬度。适用范围适用范围:测量薄板类测量薄板类 ;HVHBS;HVHBS;图图8 8-1 硬度对三种冷作模具钢抗压屈服强度的影响硬度对三种冷作模具钢抗压屈服强度的影响 1-W6Mo5Cr4V2钢钢;2-Cr12MoV钢钢;3-Cr5Mo1V钢钢 2.2.耐磨性耐磨性材料抵抗磨损的能力，它是衡量模具使用寿命材料抵抗磨损的能力，它是衡量模具使用寿命的重要指标。的重要指标。磨损形式不同，影响耐磨性的因素也不同，主要因素是磨损形式不同，影响耐磨性的因素也不同，主要因素是硬度和组织。硬度和组织。如：冲击载荷较小时，耐磨性和硬度成正比关系；如：冲击载荷较小时，耐磨性和硬度成正比关系；钢的组织中，马氏体和下贝氏体耐磨性较好；钢的组织中，马氏体和下贝氏体耐磨性较好；钢中碳化物的性质、数量、形态、分布对钢的耐磨性有钢中碳化物的性质、数量、形态、分布对钢的耐磨性有显著的影响。显著的影响。图图8-28-2所示为用不同钢种制作的标准冲孔模对冷轧硅钢片进行所示为用不同钢种制作的标准冲孔模对冷轧硅钢片进行冲孔的试验结果，可反映各钢种的耐磨水平冲孔的试验结果，可反映各钢种的耐磨水平；试验以试验以Cr12MoVCr12MoV钢为基准（钢为基准（=1.0=1.0）。图）。图8-38-3所示是标准模具进行耐磨性试验所示是标准模具进行耐磨性试验的结果，较好地反映了工模具钢在磨粒磨损条件下的耐磨性。的结果，较好地反映了工模具钢在磨粒磨损条件下的耐磨性。图图8 8-2 五种模具钢模拟冲裁试验其耐磨性五种模具钢模拟冲裁试验其耐磨性 图图8-3 8-3 工模具钢的磨粒磨损抗力工模具钢的磨粒磨损抗力 1-1-高碳高钒高速钢高碳高钒高速钢;2-;2-高碳高钒钢高碳高钒钢;3-3-低合金模具钢及碳素工具钢低合金模具钢及碳素工具钢 3.3.强度和韧性强度和韧性 强度强度材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力，材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力，是衡量材料变形抗力和断裂抗力的性能指标；是衡量材料变形抗力和断裂抗力的性能指标；如：冷作模具如：冷作模具:变形抗力变形抗力屈服强度，断裂抗力屈服强度，断裂抗力抗拉强度、抗拉强度、抗弯强度等；抗弯强度等；热作模具热作模具:变形抗力变形抗力高温屈服强度，断裂抗力高温屈服强度，断裂抗力抗拉强度、抗拉强度、断裂韧性等；断裂韧性等；韧性韧性在冲击载荷下抵抗产生裂纹的特性，反映了材料的在冲击载荷下抵抗产生裂纹的特性，反映了材料的脆断抗力，常用冲击韧性（脆断抗力，常用冲击韧性（K K）表示。）表示。材料的强度和韧性主要取决于材料的成分、冶金质量、热材料的强度和韧性主要取决于材料的成分、冶金质量、热处理工艺，碳化物的性质、数量、形态、分布对其也有显著的影处理工艺，碳化物的性质、数量、形态、分布对其也有显著的影响。响。圆形截面的拉伸试样圆形截面的拉伸试样 4.4.疲劳抗力疲劳抗力-反映材料在交变载荷作用下，抵抗疲劳破反映材料在交变载荷作用下，抵抗疲劳破坏的性能指标。坏的性能指标。热作模具常常是在急冷急热的条件下工作，必定发生不同热作模具常常是在急冷急热的条件下工作，必定发生不同程度的冷热疲劳现象，出现龟裂，因此希望有高的冷热疲劳抗程度的冷热疲劳现象，出现龟裂，因此希望有高的冷热疲劳抗力，以免早期失效。力，以免早期失效。TitanicTitanic沉没原因沉没原因nTitanic Titanic 含硫高含硫高的钢板，韧性很差，的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典所以，冲击试样是典型的脆性断口。近代型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。则具有相当好的韧性。Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果 （二）工艺性能要求（二）工艺性能要求 1.1.热加工工艺性能热加工工艺性能 包括锻轧、铸造、焊接等性能。根据模具的不同制造工包括锻轧、铸造、焊接等性能。根据模具的不同制造工艺，可提出不同的加工性能要求，这些性能要求受到模具材料艺，可提出不同的加工性能要求，这些性能要求受到模具材料的化学成分、冶金质量、组织状态等因素的影响。的化学成分、冶金质量、组织状态等因素的影响。2.2.冷加工工艺性能冷加工工艺性能 包括切削、抛光、研磨、冷挤压和冷拉等性能。模具制品包括切削、抛光、研磨、冷挤压和冷拉等性能。模具制品有时要求很高的表面质量、低的表面粗糙度及高的精度，所以有时要求很高的表面质量、低的表面粗糙度及高的精度，所以对切削性能和抛光性能均有较高要求。对切削性能和抛光性能均有较高要求。3.3.热处理工艺性能热处理工艺性能 实际上它是一种热加工工艺性能，在模具失效事故中，热实际上它是一种热加工工艺性能，在模具失效事故中，热处理所造成的因素占总失效的处理所造成的因素占总失效的52%52%左右，热处理工艺性能的好左右，热处理工艺性能的好坏对模具质量有较大影响。它要求热处理变形小、淬火温度范坏对模具质量有较大影响。它要求热处理变形小、淬火温度范围宽、过热敏感性小，脱碳敏感性低、淬火开裂倾向低等，特围宽、过热敏感性小，脱碳敏感性低、淬火开裂倾向低等，特别要求要有足够的淬硬性和淬透性。别要求要有足够的淬硬性和淬透性。六、模具选材的一般原则六、模具选材的一般原则 模具的选材和其他零件选材一样，都要符合选材的一般原则，模具的选材和其他零件选材一样，都要符合选材的一般原则，它要求所选材料应满足：它要求所选材料应满足：（一）使用性能足够（一）使用性能足够 根据工作条件、失效形式、寿命要求、可靠性的高低等提出根据工作条件、失效形式、寿命要求、可靠性的高低等提出材料的强度、硬度、塑性、韧性等使用性能要求，提出时要考虑材料的强度、硬度、塑性、韧性等使用性能要求，提出时要考虑尺寸效应及主要的、关键的性能指标，使所选材料足够满足性能尺寸效应及主要的、关键的性能指标，使所选材料足够满足性能要求。要求。(二）工艺性能良好二）工艺性能良好 根据制造工艺方法不同使所选材料具有良好的工艺性能，首根据制造工艺方法不同使所选材料具有良好的工艺性能，首先是能制造出来，在批量大时，对便于制造显得更为突出。先是能制造出来，在批量大时，对便于制造显得更为突出。（三）供应上能保证（三）供应上能保证 所选材料应考虑我国资源和现实供应情况，尽量少用进口所选材料应考虑我国资源和现实供应情况，尽量少用进口材料，并且品种规格应尽量少而集中，以便于采购管理。材料，并且品种规格应尽量少而集中，以便于采购管理。（四）经济性合理（四）经济性合理 要求所选材料生产过程简单、成品率高、成本低，在满足要求所选材料生产过程简单、成品率高、成本低，在满足性能、寿命等要求下，尽可能选用价格低的材料，以降低成本。性能、寿命等要求下，尽可能选用价格低的材料，以降低成本。七、模具选材的具体考虑因素七、模具选材的具体考虑因素 在模具实际的设计与制造中，具体选材时，应综合分析，在模具实际的设计与制造中，具体选材时，应综合分析，考虑以下多方面因素。考虑以下多方面因素。（一（一)模具的工作条件因素模具的工作条件因素 1.1.承载受力的大小、速度（冲击状况）承载受力的大小、速度（冲击状况）受力大，材料要求强度高；冲击大，则韧性要求好。受力大，材料要求强度高；冲击大，则韧性要求好。2.2.工作温度工作温度 冷作、塑料、热作三类模具因为工作温度有很大区别，所冷作、塑料、热作三类模具因为工作温度有很大区别，所以材料的抗热性能要求有很大不同以材料的抗热性能要求有很大不同。3.3.腐蚀情况腐蚀情况 腐蚀严重时要考虑不锈钢类的材料，例如加工易产生腐蚀腐蚀严重时要考虑不锈钢类的材料，例如加工易产生腐蚀性体气的塑料件时，可采用不锈钢类型的模具材料性体气的塑料件时，可采用不锈钢类型的模具材料.（二）模具的失效因素（二）模具的失效因素 根据模具的失效分析，找出失效原因，提出解决问题的主根据模具的失效分析，找出失效原因，提出解决问题的主要性能指标，有针对性的进行选材。要性能指标，有针对性的进行选材。（三）模具所加工的产品因素（三）模具所加工的产品因素 1.1.产品批量的大小产品批量的大小 批量大时采用材质高、性能好的材料制模具；批量小时，批量大时采用材质高、性能好的材料制模具；批量小时，可用性能较差、寿命较短、加工简便的材料制模具。可用性能较差、寿命较短、加工简便的材料制模具。2.2.产品质量的高低产品质量的高低 精度要求高、表面粗糙度值要求低、则所选材料要从成分、精度要求高、表面粗糙度值要求低、则所选材料要从成分、材质上保证模具制造时有较好切削、抛光等性能，制成模具后材质上保证模具制造时有较好切削、抛光等性能，制成模具后有好的尺寸形状的稳定性或高的精度与低的表面粗糙度值。有好的尺寸形状的稳定性或高的精度与低的表面粗糙度值。3.3.产品的材质产品的材质 所加工产品是金属材料还是非金属材料，对不同原材料进所加工产品是金属材料还是非金属材料，对不同原材料进行加工，其变形抗力、工作温度都有很大的不同，模具的工作行加工，其变形抗力、工作温度都有很大的不同，模具的工作条件差异很大，所选模具材料就很不一样。条件差异很大，所选模具材料就很不一样。（四）模具的结构因素（四）模具的结构因素 1.1.模具的大小模具的大小 大、中、小型的不同模具应选用不同的材质，一般大、中型大、中、小型的不同模具应选用不同的材质，一般大、中型模具（模具（200mm200mm）的材料费为模具总费用的）的材料费为模具总费用的50%50%，小型模具的材料，小型模具的材料费不超过总成本的费不超过总成本的5%5%10%10%。2.2.模具的形状模具的形状 形状简单、公差要求不严的，可选不易变形的高耐磨性材料；形状简单、公差要求不严的，可选不易变形的高耐磨性材料；形状复杂模具，应选淬透性好的，采用缓冷淬火剂以免变形开裂，形状复杂模具，应选淬透性好的，采用缓冷淬火剂以免变形开裂，同时还应选易加工材料。同时还应选易加工材料。3.3.模具的不同组件、不同部位模具的不同组件、不同部位 模具组成主要可分成工作零件和辅助零件。前者直接与加工模具组成主要可分成工作零件和辅助零件。前者直接与加工材材料接触，要求材料性能比后者高。如凸、凹模工作部位（型料接触，要求材料性能比后者高。如凸、凹模工作部位（型面或刃部）硬度、耐磨性、抗热性等要求高；非工作部位可适面或刃部）硬度、耐磨性、抗热性等要求高；非工作部位可适当降低，但要保证一定强韧性。对于模具的辅助零件，包括紧当降低，但要保证一定强韧性。对于模具的辅助零件，包括紧固件、导向零件等，可按其性能要求进行选材。固件、导向零件等，可按其性能要求进行选材。（五）模具的制造工艺因素（五）模具的制造工艺因素 应考虑制造时所采用的冷加工（切削、抛光、研磨）、热应考虑制造时所采用的冷加工（切削、抛光、研磨）、热加工（锻、铸、焊）的不同加工方法和工艺，选择适当的材料加工（锻、铸、焊）的不同加工方法和工艺，选择适当的材料与其相适应。对手工与机械不同方法制造模具，选材应有所区与其相适应。对手工与机械不同方法制造模具，选材应有所区别，手工制模具成本高，应尽量选较好的材料。别，手工制模具成本高，应尽量选较好的材料。（六）模具的设计因素（六）模具的设计因素 根据具体情况可考虑采用：根据具体情况可考虑采用：1.1.不同模具采用不同结构材料不同模具采用不同结构材料 对大型、复杂模具可应用组合或镶嵌结构，在刃部、型面部对大型、复杂模具可应用组合或镶嵌结构，在刃部、型面部分或某些经受强烈磨损、冲击或高温的部位采用贵重的高性能材分或某些经受强烈磨损、冲击或高温的部位采用贵重的高性能材料，其他的模体部分，性能要求不高，可采用普通材料。料，其他的模体部分，性能要求不高，可采用普通材料。2.2.普通材料强化处理普通材料强化处理 选用普通低价材料，用表面强化方法在型面或局部进行离子选用普通低价材料，用表面强化方法在型面或局部进行离子渗入、堆焊、气相沉积及其他涂覆处理以获得高性能的表层。渗入、堆焊、气相沉积及其他涂覆处理以获得高性能的表层。第二节第二节 冷作模具材料及其热处理冷作模具材料及其热处理 冷作模具是在常温下对材料进行压力加工或其他加工所使用冷作模具是在常温下对材料进行压力加工或其他加工所使用的模具，它主要分为冲裁模、拉拔及成形模、冷镦模和冷挤模。的模具，它主要分为冲裁模、拉拔及成形模、冷镦模和冷挤模。一、一、各类冷作模具的特点各类冷作模具的特点 （一）冲裁模（一）冲裁模 它是带有刃口、工作时冲切、分离材料（主要是板材）而获它是带有刃口、工作时冲切、分离材料（主要是板材）而获得一定形状、尺寸工件的模具。包括落料模、冲孔模、切边模等。得一定形状、尺寸工件的模具。包括落料模、冲孔模、切边模等。它的硬度要求见表它的硬度要求见表8-18-1。http:/ 1.1.工作条件工作条件 主要承受冲击力、剪切力。而模具的刃部（工作部位主要承受冲击力、剪切力。而模具的刃部（工作部位)可可看成特殊的剪刀，承受冲击、剪切、弯曲和挤压（冲头），同看成特殊的剪刀，承受冲击、剪切、弯曲和挤压（冲头），同时，板料与刃口部位产生强烈的摩擦。时，板料与刃口部位产生强烈的摩擦。2.2.失效形式失效形式 主要为磨损、崩刃失效。主要为磨损、崩刃失效。3.3.性能要求性能要求 要求高的硬度、高的耐磨性，一定的韧性，较高的抗弯强要求高的硬度、高的耐磨性，一定的韧性，较高的抗弯强度和高的断裂抗力。度和高的断裂抗力。冲压常用设备：剪床和冲床等。冲压常用设备：剪床和冲床等。剪床为冲床备料，将板料切成条料；而冲压加工主要剪床为冲床备料，将板料切成条料；而冲压加工主要在各类冲床上进行。在各类冲床上进行。对于薄板对于薄板 (板厚板厚1.5 mm)1.5 mm)，冲裁模以高耐磨性、高精度要，冲裁模以高耐磨性、高精度要求为主；求为主；对于厚板对于厚板(板厚板厚1.5mm)1.5mm)，除要求高耐磨性外，还应具有良，除要求高耐磨性外，还应具有良好的强韧性；好的强韧性；另外，模具的功能不同，对性能要求也不同。另外，模具的功能不同，对性能要求也不同。表表8-1 8-1 冲裁模的硬度要求冲裁模的硬度要求（HRC）名称单式、复式硅钢片冲模 级进式硅钢片冲模 薄钢板冲模厚钢板冲模切边模剪刀冲头5mm以下的小冲头凸模58-62 56-60 56-60 56-5850-55 54-58 52-56 54-58 凹模58-62 58-60 56-60 56-5850-55 （二）冷镦模（二）冷镦模 它是在冲击力作用下将棒料镦成一定形状和尺寸的产品的模它是在冲击力作用下将棒料镦成一定形状和尺寸的产品的模具。主要用于紧固件、滚动轴承、滚子、链条、汽车零件的成形。具。主要用于紧固件、滚动轴承、滚子、链条、汽车零件的成形。1.1.工作条件工作条件 工作时，物料受强烈镦击，工作条件差工作时，物料受强烈镦击，工作条件差。凸模承受。凸模承受巨大巨大的冲的冲击压应力击压应力，可超过可超过2500 MPa2500 MPa，冲击频率很高。凹模的型腔表面和，冲击频率很高。凹模的型腔表面和凸模的工作表面还受到剧烈的冲击摩擦，温度可达凸模的工作表面还受到剧烈的冲击摩擦，温度可达300300。2.2.失效形式失效形式 主要是模具发生镦粗、局部变形及破裂。主要是模具发生镦粗、局部变形及破裂。3.3.性能要求性能要求 要求有足够的硬度要求有足够的硬度，凸模凸模（镦头）要求（镦头）要求606062HRC62HRC,凹模凹模585860HRC60HRC，并要求模具型面有适当的硬化深度（，并要求模具型面有适当的硬化深度（1.5mm1.5mm）和）和硬度分布，心部有足够的强度和韧性硬度分布，心部有足够的强度和韧性。例如表层选取适当硬度例如表层选取适当硬度和和硬化层深度硬化层深度，既不能太高过深，否则，既不能太高过深，否则易碎裂崩块易碎裂崩块，也不能硬，也不能硬度不足、深度过浅，否则容度不足、深度过浅，否则容易磨损、易磨损、变形、变形、拉毛、粘模而使工拉毛、粘模而使工件精度下降。件精度下降。（三）冷挤压模三）冷挤压模 它是在常温下，在压力机上对金属以一定的速度和压力，它是在常温下，在压力机上对金属以一定的速度和压力，使金属发生塑性变形而成形产品的模具。使金属发生塑性变形而成形产品的模具。1.1.工作条件工作条件 冷挤压成形时，有强烈的三向压应力作用，金属发生剧烈的冷挤压成形时，有强烈的三向压应力作用，金属发生剧烈的流动，变形抗力大。模具承受巨大的挤压力，同时还有很大的摩流动，变形抗力大。模具承受巨大的挤压力，同时还有很大的摩擦力产生。当挤压有色金属时，挤压力达擦力产生。当挤压有色金属时，挤压力达1000 1000 MPaMPa以上；当挤压以上；当挤压钢材时，一般正挤压力达钢材时，一般正挤压力达2000-2500MPa2000-2500MPa，而反挤压力达，而反挤压力达3000-3000-3500MPa3500MPa。此外，模具还受到坯料塑性流动的剧烈摩擦，使模具表。此外，模具还受到坯料塑性流动的剧烈摩擦，使模具表面局部温升可大于面局部温升可大于400400。凸模比凹模的工作条件更苛刻，如毛坯。凸模比凹模的工作条件更苛刻，如毛坯端面不平整，冲头与凹模不同心等，都会使冲头受到很大的弯曲端面不平整，冲头与凹模不同心等，都会使冲头受到很大的弯曲应力的作用。应力的作用。2.2.失效形式失效形式 主要产生变形、磨损、冲头折断（因偏心弯曲）等失效。主要产生变形、磨损、冲头折断（因偏心弯曲）等失效。3.3.性能要求性能要求 具有高的强韧性，良好的耐磨性。一般凸模硬度要求在具有高的强韧性，良好的耐磨性。一般凸模硬度要求在60-60-64HRC64HRC，凹模在，凹模在58-62HRC58-62HRC。另外由于冷挤压时产生较大的温升，所。另外由于冷挤压时产生较大的温升，所以还应具有一定的冷热疲劳抗力和热硬性。以还应具有一定的冷热疲劳抗力和热硬性。（四）拉拔模及成形模四）拉拔模及成形模 它是将板材或棒材进行延伸或压迫，使之成为一定尺寸形状它是将板材或棒材进行延伸或压迫，使之成为一定尺寸形状的产品的模具。包括拉深模、胀形模、弯曲模和拔管模等。的产品的模具。包括拉深模、胀形模、弯曲模和拔管模等。1.1.工作条件工作条件 工作时物料受拉应力延伸变形。模具在工作时，凹模主要受工作时物料受拉应力延伸变形。模具在工作时，凹模主要受径向张力和摩擦力，凸模主要承受轴向压缩力及摩擦力，摩擦力径向张力和摩擦力，凸模主要承受轴向压缩力及摩擦力，摩擦力十分强烈。总的来说，模具承受的力不算太大。十分强烈。总的来说，模具承受的力不算太大。2.2.失效形式失效形式 模具应严重磨损而失效，因表面产生沟槽而报废，还产生模具应严重磨损而失效，因表面产生沟槽而报废，还产生咬合、擦伤、变形等失效。咬合、擦伤、变形等失效。3.3.性能要求性能要求 对拉拔模，要求很高耐磨性，高的硬度（比成形模、冲裁对拉拔模，要求很高耐磨性，高的硬度（比成形模、冲裁模更高），一般凸模硬度要求为模更高），一般凸模硬度要求为58-62HRC58-62HRC，凹模硬度要求为，凹模硬度要求为62-62-64HRC64HRC，另外还要求具有良好的抗咬合性；对成形模的耐磨性要，另外还要求具有良好的抗咬合性；对成形模的耐磨性要求稍低，一般凸模硬度为求稍低，一般凸模硬度为54-58HRC54-58HRC，凹模硬度为，凹模硬度为56-60HRC56-60HRC，但，但要求较高的韧性。要求较高的韧性。二、常用冷作模具材料及其性能特点二、常用冷作模具材料及其性能特点 按热处理性能分类：按热处理性能分类：(一一)低淬透性冷作模具钢低淬透性冷作模具钢碳素工具钢和低合金工具钢碳素工具钢和低合金工具钢 1.1.碳素工具钢（以碳素工具钢（以T7AT7A钢、钢、T10AT10A钢、钢、T12AT12A钢为代表）钢为代表）表示方式：表示方式：T+T+数字数字 T T表示表示“碳素工具钢碳素工具钢”；数字表示平均含碳量的千分之几数字表示平均含碳量的千分之几.如如T8T8其平均含碳量为千分之八其平均含碳量为千分之八(0.8%C)(0.8%C)。*说明说明:碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加号后加“A A”，如，如T8AT8A。特点：特点：这类钢的含碳量在这类钢的含碳量在0.7%0.7%1.3%1.3%范围内，范围内，价格便宜、原材料来源方便；加工性良好；价格便宜、原材料来源方便；加工性良好；热处理后可得到较高的硬度和一定的耐磨性，热处理后可得到较高的硬度和一定的耐磨性，用于制作尺寸不大、形状简单、受载较轻的用于制作尺寸不大、形状简单、受载较轻的模具。模具。主要缺点是淬透性差，淬火温度范围主要缺点是淬透性差，淬火温度范围窄，对于厚大的模具就不能淬透，如模具截窄，对于厚大的模具就不能淬透，如模具截面尺寸面尺寸15 mm15 mm，采用快速水冷也只是模，采用快速水冷也只是模具表具表层得到高硬度，淬火变形大，易层得到高硬度，淬火变形大，易产生裂纹，与合金钢相比，模具产生裂纹，与合金钢相比，模具使用寿命低，因此，不适宜制作使用寿命低，因此，不适宜制作大中型和复杂的模具零件。大中型和复杂的模具零件。丝丝锥锥锉刀锉刀 应用范围应用范围 碳素工具钢只适宜制造尺寸较小、形状简单、精度要求不高、碳素工具钢只适宜制造尺寸较小、形状简单、精度要求不高、受载较轻、生产批量不大的冷作模具。受载较轻、生产批量不大的冷作模具。T7AT7A钢适合制作易脆断的小型模具或承受冲击载荷较大的模钢适合制作易脆断的小型模具或承受冲击载荷较大的模具；具；T10AT10A钢适合制作要求耐磨性较高，而承受冲击载荷较小的模钢适合制作要求耐磨性较高，而承受冲击载荷较小的模具；具；T8AT8A钢适合制作小型拉拔模、拉深模、挤压模；钢适合制作小型拉拔模、拉深模、挤压模；T12AT12A钢只用于韧性要求不高，而硬度和耐磨性高的切边模和钢只用于韧性要求不高，而硬度和耐磨性高的切边模和冲孔模等。冲孔模等。2.2.低合金工具钢低合金工具钢 表示方式：含碳量表示方式：含碳量+合金元素符号合金元素符号+该元素百分含量该元素百分含量 当含碳量小于当含碳量小于1.00%1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.8MnSi.当含碳量大于当含碳量大于1.00%1.00%时，不标含碳量。时，不标含碳量。常用钢种：常用钢种：GCr15GCr15钢（滚动轴承钢）钢（滚动轴承钢）w（C）=0.950.951.05%1.05%，w（Cr）=1.31.31.65%1.65%。特点特点:热处理后可获得高硬度、高强度、良好的耐磨性和一定的热处理后可获得高硬度、高强度、良好的耐磨性和一定的韧性。与碳素工具钢相比，低合金工具钢韧性。与碳素工具钢相比，低合金工具钢的主要优点是淬透性较高，过热倾向小，的主要优点是淬透性较高，过热倾向小，淬火变形小，回火稳定性高，热处理质量淬火变形小，回火稳定性高，热处理质量稳定。稳定。应用范围：应用范围：GCrl5GCrl5钢综合性能优于碳素工具钢钢综合性能优于碳素工具钢,适适于制作形状复杂、精度要求较高的小尺寸于制作形状复杂、精度要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、搓丝模和成形模等落料模、冷挤压模、搓丝模和成形模等.（二）低变形冷作模具钢（二）低变形冷作模具钢 这类钢一般都有较高的含碳量，它是在碳素工具钢的基础上，这类钢一般都有较高的含碳量，它是在碳素工具钢的基础上，加入了适量的加入了适量的Cr、Mn、Si、W、V、Mo等等合金元素合金元素。主要作用：提高淬透性；减小淬火变形、开裂；形成特殊碳主要作用：提高淬透性；减小淬火变形、开裂；形成特殊碳化物，细化晶粒；提高回火稳定性。化物，细化晶粒；提高回火稳定性。这类钢的韧性、耐磨性、硬度都比碳素工具钢高，使用寿命这类钢的韧性、耐磨性、硬度都比碳素工具钢高，使用寿命也较碳素工具钢长。也较碳素工具钢长。CrWMn和和9Mn2V是常用钢种，广泛用来制作形状较复杂、是常用钢种，广泛用来制作形状较复杂、截面较大、承受负载较大、变形要求严格的中小型冷作模具。截面较大、承受负载较大、变形要求严格的中小型冷作模具。（三）高耐磨微变形冷作模具钢（三）高耐磨微变形冷作模具钢 低变形冷作模具钢的性能虽然优于碳素工具钢，但其耐磨性、低变形冷作模具钢的性能虽然优于碳素工具钢，但其耐磨性、强韧性以及变形要求等仍不能满足形状复杂的重载冷作模具的要强韧性以及变形要求等仍不能满足形状复杂的重载冷作模具的要求，这时需采用性能更好的模具钢。求，这时需采用性能更好的模具钢。高耐磨微变形冷作模具钢就是其中一类。高耐磨微变形冷作模具钢就是其中一类。典型钢种有：典型钢种有：Cr12型钢（型钢（Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1）和和Cr4W2MoV 。这类钢的成分特点是高碳（这类钢的成分特点是高碳（w（C）=1.4 2.3%），），高铬高铬（w（Cr）=11 13%）。）。合金元素作用：合金元素作用：Cr 提高淬透性；提高淬透性；Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒。提高耐磨性，细化晶粒。应用：应用：Cr12型钢是应用最广、使用量最大型钢是应用最广、使用量最大的冷作模具钢。的冷作模具钢。Cr12钢脆性大、易断裂，只适用于制造冲击负荷小、耐磨性钢脆性大、易断裂，只适用于制造冲击负荷小、耐磨性要求高的冲切薄钢板的冲裁模；要求高的冲切薄钢板的冲裁模；Cr12MoV和和Cr12Mo1V1钢的脆断倾向较小，钢的脆断倾向较小，综合性能也优于综合性能也优于Cr12钢，所以广泛用于制造大截钢，所以广泛用于制造大截面、形状复杂的重载冷作模具，如切边模、落料面、形状复杂的重载冷作模具，如切边模、落料 Cr12钢钢冷冷冷冷冲压件冲压件冲压件冲压件模、滚丝模等。模、滚丝模等。Cr12Mo1V1钢较钢较Cr12MoV钢中钢中Mo、V含量高，因此强韧性含量高，因此强韧性较较Cr12MoV高，耐磨性也有所增加。一般情况下，高，耐磨性也有所增加。一般情况下，Cr12Mo1V1钢的模具寿命比钢的模具寿命比 Cr12MoV钢的模具寿命提高。如用钢的模具寿命提高。如用Cr12Mo1V1钢制造的冲裁模、滚丝模均比钢制造的冲裁模、滚丝模均比Cr12MoV钢模具寿命提高钢模具寿命提高56倍。倍。改进钢种：改进钢种：Cr4W2MoV钢钢 在用在用Cr12型钢做冷作模具时，一个很突出的问题是钢中的粗型钢做冷作模具时，一个很突出的问题是钢中的粗大碳化物导致钢的脆性大，使用中易开裂。而大碳化物导致钢的脆性大，使用中易开裂。而 Cr4W2MoV钢钢是是针对针对Cr12型钢的缺点研制的新钢种，型钢的缺点研制的新钢种，Cr含量比含量比Cr12型钢减少型钢减少23，属于高碳中铬钢。与，属于高碳中铬钢。与Cr12型钢相比，碳化物颗粒细小，分布型钢相比，碳化物颗粒细小，分布均匀，具有较高的淬透性和淬硬性，耐磨性相当，淬火变形小，均匀，具有较高的淬透性和淬硬性，耐磨性相当，淬火变形小，尺寸稳定性好。尺寸稳定性好。应用范围应用范围:Cr4W2MoV钢主要用来替代钢主要用来替代Cr12型钢制造各种冷冲模、高型钢制造各种冷冲模、高压力冷镦模、落料模、冷挤压凹模以及搓丝板等，并能提高模具压力冷镦模、落料模、冷挤压凹模以及搓丝板等，并能提高模具寿命。寿命。（四）高强度高耐磨冷作模具钢（四）高强度高耐磨冷作模具钢 典型钢种：典型钢种：W18Cr4V（高速钢（高速钢)、W6Mo5Cr4V2（高速钢）（高速钢）。特点：特点：w（C）=0.70.9，合金元素总，合金元素总量大于量大于15。具有很高的硬度、抗压。具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性，其耐磨性和承载能力强度和耐磨性，其耐磨性和承载能力居各类冷作模具钢之首，居各类冷作模具钢之首，主要用于制主要用于制造要求重载荷、高寿命的冷作模具。但高速钢的热塑性差，不适造要求重载荷、高寿命的冷作模具。但高速钢的热塑性差，不适宜制造大型模具宜制造大型模具。高速钢冷轧钢带高速钢冷轧钢带高速钢形材高速钢形材 （五）高韧性冷作模具钢（五）高韧性冷作模具钢 传统高碳高铬钢、高速钢等韧性较低，制作的冷挤压模、冷传统高碳高铬钢、高速钢等韧性较低，制作的冷挤压模、冷镦模、薄板冲模在使用中常常发生脆断。为提高上述冷作模具的镦模、薄板冲模在使用中常常发生脆断。为提高上述冷作模具的寿命，现已研制出各种高韧性冷作模具钢。主要包括降碳高速钢、寿命，现已研制出各种高韧性冷作模具钢。主要包括降碳高速钢、基体钢、低合金高强度钢、马氏体时效钢等。基体钢、低合金高强度钢、马氏体时效钢等。1.6W6Mo5Cr4V(代号代号6W6)钢钢 主要性能特点主要性能特点:又称降碳高速钢，相对高速钢又称降碳高速钢，相对高速钢W6Mo5Cr4V，降低了，降低了C含量含量和和V含量，碳化物总量减少，碳化物不均匀性得到改善，使钢在含量，碳化物总量减少，碳化物不均匀性得到改善，使钢在保持高硬度、耐磨性的同时，明显提高钢的抗弯强度、塑性和保持高硬度、耐磨性的同时，明显提高钢的抗弯强度、塑性和韧性。韧性。主要缺陷是易产生脱碳，耐磨性稍差主要缺陷是易产生脱碳，耐磨性稍差。应用范围：应用范围：主要取代高速钢或主要取代高速钢或Cr12型钢制作易于脆断或开裂的冷挤压型钢制作易于脆断或开裂的冷挤压凸模或冷镦模，寿命可提高凸模或冷镦模，寿命可提高210倍，而用于尺寸较大的圆钢下倍，而用于尺寸较大的圆钢下料剪刀，模具寿命可提高数十倍。料剪刀，模具寿命可提高数十倍。2.2.基体钢基体钢 基体钢是指成分与高速钢正常淬火后的基体组织（基体钢是指成分与高速钢正常淬火后的基体组织（M）成分）成分大致相同、而性能有所改善的一类钢。大致相同、而性能有所改善的一类钢。与高速钢相比，基体钢的过剩碳化物数量少，颗粒细小，分与高速钢相比，基体钢的过剩碳化物数量少，颗粒细小，分布均匀，在保证一定耐磨性和热硬性的条件下，可显著改善钢的布均匀，在保证一定耐磨性和热硬性的条件下，可显著改善钢的韧性和抗弯强度，不仅适用于冷作模具，也可用于热作模具。韧性和抗弯强度，不仅适用于冷作模具，也可用于热作模具。下面主要介绍三种已经研制成功并在推广应用的基体钢。下面主要介绍三种已经研制成功并在推广应用的基体钢。（1）65Cr4W3Mo2VNb钢（代号钢（代号65Nb）成分上成分上w（Nb）