一 冷作模具的選材

影響模具使用壽命的長短及模具成本的多少，取決于模具材料的選擇。在選擇冷作模具材料時，應滿足模具的使用性能，同時兼顧材料的工藝性和經濟性。根據使用條件，結合工作條件，對模具的結構、材質、尺寸、批量、使用壽命、成本做出最佳的選擇。

⑴ 冷沖裁模材料的選材原則和方法

• ①首先考慮模具的壽命長短。
• ②沖壓件的形狀、尺寸、厚度、尺寸公差和毛刺等各種因素對模具壽命影響應給予適當考慮。
• ③沖壓件的材質如：鋁、銅、鎂合金、低合金鋼等材質的不同，沖壓的難易程度也不同。
• ④沖壓件的產量如果不大，就沒有必要選用高性能的模具材料。
• ⑤還應考慮材料價格以及模具材料費占模具總費用的份額。

各種冷沖裁模材料的選用方法：

• ❶薄板沖裁模：形狀簡單、尺寸小、批量小，選用T10A；形狀較復雜、批量小，選用9Mn2V、CrWMn、8Cr2Si、Cr5Mo1V；形狀復雜、批量大，選用Cr12、Cr12MoV、D2、W6Mo5、Cr4V2；沖制強度高、變形抗力大的板材，選用Cr12、D2、Cr4W2MoV、GD、GM、ER5。
• ❷厚板沖裁模：批量較小，選用T8A、W6Mo5Cr4V2、012Al、6W6、Cr12MoV、D2、CG-2、LD、GM、ER5。
• ❸剪切刀：剪薄板的厚剪刀選用T10A、T12A、9SiCr、CrWMn、5CrW2Si。

⑵冷擠壓模材料的選用

冷擠壓模包括正擠壓、反擠壓、復合擠壓三種。由于所擠壓的材料不同，變形抗力相差較大，故對模具材料的要求也不同。T10A、CrMn、60Si2Mn、Cr12型鋼、W18Cr4V、6WMo5Cr4V12鋼及新型冷作模具鋼均可作為冷擠壓材料。目前，最常用的是60Si2Mn、Cr12、Cr12MoV、W18Cr4V鋼及低碳高速鋼6W6Mo5Cr4V，基體鋼LD、65Nb、012Al、LM1、LM2、GD，馬氏體時效鋼和硬質合金。

⑶拉深模材料的選用

拉深模主要用于板材的冷拉深成形。在拉深時，沖擊力很小，要求模具材料具有高的強度和耐磨性，在工作時不發生粘附和劃傷，具有一定韌性和較好的切削加工性能，并要求熱處理變形小。通常要求拉深凸模熱處理后硬度為58~62HRC，凹模硬度為62~64HRC。

拉深模材料的選用方法：對于小批量生產，可選用表面淬火鋼或鑄鐵；對于輕載拉深模，宜選用T10A、9Mn2V、CrWMn、GD、65Nb等鋼；對于重載拉深模，可選用Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr5Mo1V、GM、ER5等鋼。

⑷冷鐓模材料的選用

冷鐓模具有生產效率高、節能、節材，使零件的強度、精度提高，比較適用大批量自動化生產的特點，用于緊固件、滾動軸承、滾子鏈條及汽車零件的加工。

冷鐓模具材料的選用方法：

• ❶一般載荷冷鐓模用鋼：主要用于不復雜、變形量不太大、冷鐓速度也不很高的冷鐓件生產，所生產的冷鐓件為低碳鋼或中、低碳鋼零件。對這類零件用模具，冷鐓凸�？刹捎肨10A、60Si2Mn、9SiCr、GCr15等鋼制造，凹�？刹捎肨10A、Cr12MoV、GCr15等鋼種制造。
• ❷重載冷鐓模用鋼：用于生產變形量較大、形狀較復雜的冷鐓件要求用強度較高的合金鋼或中、高碳鋼制造。對這類冷鐓件用模具通常采用Cr12型冷鐓模用鋼，高速鋼及新開發研制的冷鐓模用鋼，如012Al、65Nb、LD、RM2、LM1、LM2、GM等。

⑸彎曲模材料的選用

小件彎曲、卷邊、成形用模具、承受負荷較小，無論加工鋁合金、銅合金或鋼，均可選用45、T10A、GD鋼；中件彎曲、卷邊、成形用模具，承受負荷較大、摩擦較劇烈、小批量生產可選用低熔點合金、鋅基合金；生產批量較大時，宜選用GWMn、6W6鋼。制作冷沖、冷擠壓件用模具，可選用Cr12型鋼或以硬質合金作鑲塊嵌在低熔點合金或鋅基合金的基體中。

⑹拉絲模材料的選用

對于拉絲模，可選用T10A、T10A、6W6鋼制作拉鋁、銅合金細絲用模具；可選用Cr12、Cr12Mo1V1、ER5、GM鋼及硬質合金制作拉非鐵金屬的粗棒或鋼絲用模具。

為選擇合適的模具材料，應根據模具生產和使用的條件要求，并要考慮模具材料的性能和其他因素，塑料的品種、批量、尺寸精度等是決定塑料模具材料的主要環節。

二  塑料模具的選材

1.塑料模具成型零件材料的選用

根據對塑料制品的尺寸、品種、精度的不同要求，塑料模具成型零件用的材料可分為以下幾種：

⑴ 通用型塑料模具材料

主要用來生產聚乙烯、聚丙烯等塑料模具。若生產批量大、精度要求高、形狀復雜、尺寸大，通常采用合金模具鋼，如：20CrMnMo、12CrNi4、20Cr、12CrNi3、20Cr2Ni4、LJ、3Cr2Mo、SM1、4Cr3Mo3SiV、5CrNiMo、5CrMnMo、FT、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2SiV1等；若生產批量小，對表面粗糙度及尺寸精度無特殊要求，截面尺寸不大時，常采用45鋼制造；若對尺寸精度及表面粗糙度要求較高時，常采用合金模具鋼（經過電渣重熔或真空電耗電極重熔的），如：3Cr2Mo、4Cr5MoSiV1、8Cr2MnSiWMoVS、Cr12Mo1V1、5NiSCa、25CrNi3MoAl、06Ni6MoTi1V、PMS、18Ni（250）、18Ni（300）、Y82等。

⑵ 成型腐蝕性塑料的模具材料

因為在成型過程中模具接觸聚氯乙烯、氟化塑料或阻燃塑料等腐蝕性介質，故選用耐腐蝕性好的塑料模具鋼，如：Cr18MoV、18Ni、9Cr18、4Cr13、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2、PCR、AFC-77。

⑶ 成型增強塑料的模具材料

為提高模具型腔的耐磨性，對于熱塑性塑料注射成型模具和熱固性塑料擠壓成型模具，應選用冷作模具鋼制造，如：Cr12MoV、Cr12Mo1V1、9Mn2V、Cr6WV、Cr12、7CrMn2WMo、7CrMnNiMo、Cr2Mn2SiWMoV、CrWMn、MnCrWV、GCr15等。

⑷ 透明塑料制品的模具

制造透明塑料的模具應選用具有良好的鏡面拋光性和高耐磨性的時效硬化鋼制造，如：18Ni、06Ni、PMS、PCR、SM2等；或預硬型模具鋼SM1、Y82、P20系列及8CrMn、5NiSCr、空冷12鋼等。

2.塑料模具結構零件材料的選材

塑料模具結構零件的選材要求一般要比成形零件低，因此選用通用的材料就能達到結構零件的要求，同時降低了模具的成本。

塑料模具結構零件的常用材料如下：

對于要求具有較好綜合力學性能的各種模板、頂出板、固定板支架常采用45、40MnB、40MnVB、Q235、Q255、Q275、球墨鑄鐵及HT200制造。

對于要求較高強度、有好的耐磨性和一定的耐腐蝕性，淬火后變形小的型芯、型腔件等，常選用9Mn2V、CrWMn、9SiCr、Cr12、3CrW8V、35CrMn、T7A、T8A、45、40Cr、40VB、40MnB球墨鑄鐵等。

導向柱、導向套常選擇20、20Cr、20CrMnTi、T8A、T10A，并保證零件表面耐磨性，心部韌性較好。

由于主流襯套的性能要求表面耐磨，同時還要耐腐蝕和熱硬性較高，常用的材料為20、T8A、T10A、9Mn2V、CrWMn、9SiCr、Cr12、3Cr2W8V、35CrMo。

頂桿、拉料桿、復位桿，要求有一定強度并耐磨，常用材料為Y8A、T7A、45鋼等。

三、熱作模具的選材

熱作模具的選材，應根據模具具體工作條件、失效形式以及模具的抗力要求和模具材料本身所具有的特性來選擇。

1.熱鍛模的選材

熱鍛模具的工作條件是在高溫、高壓、高沖擊下，并常常要反復加熱和冷卻。因此，模具材料應具有一定的高溫屈服強度，高的沖擊韌度和斷裂韌度。由于鍛模尺寸一般都較大，模具材料還應有很好的淬透性，高的熱疲勞抗力和回火穩定性。

目前我國錘鍛模用鋼主要鋼號為：

5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV；應用效果較好但尚未納入標準的鋼有3Cr2MoWVNi、5Cr2NiMoVSi及45Cr2NiMoVSi；重型機械廠或鋼廠生產的其他錘鍛模用鋼有5CrNiTi、4SiMnMoV及5SiMnMoV、5CrNiW、5CrNiMoV等；國外進口錘鍛模用鋼有55CrNiMoV6等。

不同類型鍛模的硬度指標不同。

其他熱鍛模材料的選用與熱擠壓模用鋼相同，工作時受熱溫度更高，受熱時間更長，工作負荷更大。其他熱鍛模是指熱鐓模、精鍛模和高速鍛模。

2、熱擠壓模常用材料及選用原則

熱擠壓模具由于受到的沖擊載荷比熱鍛模小，對沖擊韌度，淬透性的要求不如熱鍛模高。但工作時熾熱金屬接觸的時間比熱鍛模長，最高溫度可達800~850℃，由于反復加熱冷卻而引起的熱疲勞現象也比較嚴重。

對幾種熱擠壓凹模的硬度要求如下：

常用熱擠壓模具鋼的鋼號為：3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1；應用較多的標準鋼號為：3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、5Cr4Mo3SiMnVAl、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi等；應用較多的其他鋼號為：4Cr3Mo3W4VTiNb、3Cr3Mo3VNb等。在特殊情況下，有時會應用奧氏體型耐熱鋼、鎳基合金、硬質合金和鎢鈷類和鎢鈦鈷類硬質合金等。

3Cr2W8V鋼是我國最常用的黑色和有色金屬及合金的熱擠壓模用鋼。新型熱擠壓模用鋼為：HM1、RM2、012Al、GR、CG2等，它們既有較高硬度、強度，又有較高韌性，在熱擠壓模上應用效果較好。

鉻系熱擠壓模用鋼如4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi等適于制作急冷急熱條件下工作的模具。當擠壓耐熱鋼管時，模具溫度可高達900~1000℃，需采用高溫合金制作模具；工作溫度較高的凸模或凹模，可以采用硬質合金鑲塊模。

選擇熱擠壓模材料時，主要應根據被擠壓金屬的種類及其擠壓溫度來決定，其次也應考慮到擠壓比、擠壓速度和潤滑條件等因素，以延長模具的使用壽命。

3、壓鑄模常用材料及選用原則

壓鑄模具的選材，主要依據澆注金屬的溫度及種類而定。如何選用合適的模具材料，來提高壓鑄模具的使用壽命，尤其是高熔點的金屬。壓鑄溫度越高，壓鑄模的損壞就越快。

⑴鋅合金壓鑄模

鋅合金的熔點為400~430℃，鋅合金壓鑄模型腔的表層溫度不會超過400℃。由于工作溫度較低，故除常用模具鋼外，也可采用合金結構鋼制造模具，甚至可采用低碳鋼（如20鋼），經中溫固體碳氮共滲、淬火、低溫回火，使用效果也很好。

常用于制造鋅合金壓鑄模具的材料為：合金結構鋼40Cr、30CrMnSi、40CrMo等，合金模具鋼5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V、CrWMn等。

⑵銅合金壓鑄模

銅合金壓鑄模的工作條件極為苛刻，銅液溫度通常為870~940℃，模具型腔受到高溫銅液的反復沖刷，促使模腔表面產生冷熱疲勞裂紋（龜裂），壽命遠比鋁合金壓鑄模短；因此，銅合金壓鑄模應具有較高的熱強性、導熱性、韌性、塑性、高的抗氧化性、耐蝕性及良好加工工藝性能。

國內仍大量采用3Cr2W8V鋼制造銅合金壓鑄模，也有的用鉻鉬系熱作模具鋼。近幾年研制成功的新型熱作模具鋼Y4，應用于制造銅合金壓鑄模具取得較滿意效果，Y4鋼抗熱疲勞性能明顯優于3Cr2W8V鋼。國外已采用加鈷的鎢系高熱強模具鋼、鎢基合金、鉬基合金等，使用效果比3Cr2W8V鋼好。因鎢、鉬價格昂貴，在我國難以推廣應用。

⑶鋁合金壓鑄模

鋁合金熔液的溫度通常在650~700℃左右，壓鑄模模腔表面受高溫高速鋁液的反復沖刷，產生較大的應力，模具受到液態鋁合金的熔損粘蝕作用。因此，鋁合金壓鑄模的壽命長短，要重點考慮是否發生粘模和模腔早期干裂。

目前，我國常用鋁合金壓鑄模用鋼有：4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5MoSiV（H11）、3Cr2W8V及新鋼種Y10和HM3等。

3Cr2W8V鋼的回火抗力和熱穩定性能最好，具有足夠高的耐熱性，但冷熱疲勞抗力最差，容易在模具型腔表面出現冷熱疲勞裂紋（龜裂）。H13和H11鋼的回火抗力及熱穩定性稍次于3Cr2W8V鋼，但冷熱疲勞抗力比3Cr2W8V鋼高得多。用H13鋼制造的鋁合金壓鑄模，壽命遠長于3Cr2W8V鋼制造的模具。

新鋼種Y10鋼是在H13鋼基礎上研制的新型鋁合金壓鑄模用鋼，除耐熱性能比3Cr2W8V鋼稍差外，其他力學性能如沖擊韌度、斷裂韌度。物理性能如熱導率、熱脹系數。工藝性能如熱處理變形性能、熱疲勞抗力以及紅硬性能，均優于3Cr2W8V鋼。Y10鋼應用于鋁合金壓鑄模具，使用壽命可延長1~10倍。

來源：公眾號--金屬材料的世界