• 港峰首页 >
• 企业资讯 >
• 模具设计及加工资料 >

各类模具的选材原则和方法

一 冷作模具的选材

影响模具使用寿命的长短及模具成本的多少，取决于模具材料的选择。在选择冷作模具材料时，应满足模具的使用性能，同时兼顾材料的工艺性和经济性。根据使用条件，结合工作条件，对模具的结构、材质、尺寸、批量、使用寿命、成本做出最佳的选择。

⑴ 冷冲裁模材料的选材原则和方法

• ①首先考虑模具的寿命长短。
• ②冲压件的形状、尺寸、厚度、尺寸公差和毛刺等各种因素对模具寿命影响应给予适当考虑。
• ③冲压件的材质如：铝、铜、镁合金、低合金钢等材质的不同，冲压的难易程度也不同。
• ④冲压件的产量如果不大，就没有必要选用高性能的模具材料。
• ⑤还应考虑材料价格以及模具材料费占模具总费用的份额。

各种冷冲裁模材料的选用方法：

• ❶薄板冲裁模：形状简单、尺寸小、批量小，选用T10A；形状较复杂、批量小，选用9Mn2V、CrWMn、8Cr2Si、Cr5Mo1V；形状复杂、批量大，选用Cr12、Cr12MoV、D2、W6Mo5、Cr4V2；冲制强度高、变形抗力大的板材，选用Cr12、D2、Cr4W2MoV、GD、GM、ER5。
• ❷厚板冲裁模：批量较小，选用T8A、W6Mo5Cr4V2、012Al、6W6、Cr12MoV、D2、CG-2、LD、GM、ER5。
• ❸剪切刀：剪薄板的厚剪刀选用T10A、T12A、9SiCr、CrWMn、5CrW2Si。

⑵冷挤压模材料的选用

冷挤压模包括正挤压、反挤压、复合挤压三种。由于所挤压的材料不同，变形抗力相差较大，故对模具材料的要求也不同。T10A、CrMn、60Si2Mn、Cr12型钢、W18Cr4V、6WMo5Cr4V12钢及新型冷作模具钢均可作为冷挤压材料。目前，最常用的是60Si2Mn、Cr12、Cr12MoV、W18Cr4V钢及低碳高速钢6W6Mo5Cr4V，基体钢LD、65Nb、012Al、LM1、LM2、GD，马氏体时效钢和硬质合金。

⑶拉深模材料的选用

拉深模主要用于板材的冷拉深成形。在拉深时，冲击力很小，要求模具材料具有高的强度和耐磨性，在工作时不发生粘附和划伤，具有一定韧性和较好的切削加工性能，并要求热处理变形小。通常要求拉深凸模热处理后硬度为58~62HRC，凹模硬度为62~64HRC。

拉深模材料的选用方法：对于小批量生产，可选用表面淬火钢或铸铁；对于轻载拉深模，宜选用T10A、9Mn2V、CrWMn、GD、65Nb等钢；对于重载拉深模，可选用Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr5Mo1V、GM、ER5等钢。

⑷冷镦模材料的选用

冷镦模具有生产效率高、节能、节材，使零件的强度、精度提高，比较适用大批量自动化生产的特点，用于紧固件、滚动轴承、滚子链条及汽车零件的加工。

冷镦模具材料的选用方法：

• ❶一般载荷冷镦模用钢：主要用于不复杂、变形量不太大、冷镦速度也不很高的冷镦件生产，所生产的冷镦件为低碳钢或中、低碳钢零件。对这类零件用模具，冷镦凸模可采用T10A、60Si2Mn、9SiCr、GCr15等钢制造，凹模可采用T10A、Cr12MoV、GCr15等钢种制造。
• ❷重载冷镦模用钢：用于生产变形量较大、形状较复杂的冷镦件要求用强度较高的合金钢或中、高碳钢制造。对这类冷镦件用模具通常采用Cr12型冷镦模用钢，高速钢及新开发研制的冷镦模用钢，如012Al、65Nb、LD、RM2、LM1、LM2、GM等。

⑸弯曲模材料的选用

小件弯曲、卷边、成形用模具、承受负荷较小，无论加工铝合金、铜合金或钢，均可选用45、T10A、GD钢；中件弯曲、卷边、成形用模具，承受负荷较大、摩擦较剧烈、小批量生产可选用低熔点合金、锌基合金；生产批量较大时，宜选用GWMn、6W6钢。制作冷冲、冷挤压件用模具，可选用Cr12型钢或以硬质合金作镶块嵌在低熔点合金或锌基合金的基体中。

⑹拉丝模材料的选用

对于拉丝模，可选用T10A、T10A、6W6钢制作拉铝、铜合金细丝用模具；可选用Cr12、Cr12Mo1V1、ER5、GM钢及硬质合金制作拉非铁金属的粗棒或钢丝用模具。

为选择合适的模具材料，应根据模具生产和使用的条件要求，并要考虑模具材料的性能和其他因素，塑料的品种、批量、尺寸精度等是决定塑料模具材料的主要环节。

二  塑料模具的选材

1.塑料模具成型零件材料的选用

根据对塑料制品的尺寸、品种、精度的不同要求，塑料模具成型零件用的材料可分为以下几种：

⑴ 通用型塑料模具材料

主要用来生产聚乙烯、聚丙烯等塑料模具。若生产批量大、精度要求高、形状复杂、尺寸大，通常采用合金模具钢，如：20CrMnMo、12CrNi4、20Cr、12CrNi3、20Cr2Ni4、LJ、3Cr2Mo、SM1、4Cr3Mo3SiV、5CrNiMo、5CrMnMo、FT、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2SiV1等；若生产批量小，对表面粗糙度及尺寸精度无特殊要求，截面尺寸不大时，常采用45钢制造；若对尺寸精度及表面粗糙度要求较高时，常采用合金模具钢（经过电渣重熔或真空电耗电极重熔的），如：3Cr2Mo、4Cr5MoSiV1、8Cr2MnSiWMoVS、Cr12Mo1V1、5NiSCa、25CrNi3MoAl、06Ni6MoTi1V、PMS、18Ni（250）、18Ni（300）、Y82等。

⑵ 成型腐蚀性塑料的模具材料

因为在成型过程中模具接触聚氯乙烯、氟化塑料或阻燃塑料等腐蚀性介质，故选用耐腐蚀性好的塑料模具钢，如：Cr18MoV、18Ni、9Cr18、4Cr13、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2、PCR、AFC-77。

⑶ 成型增强塑料的模具材料

为提高模具型腔的耐磨性，对于热塑性塑料注射成型模具和热固性塑料挤压成型模具，应选用冷作模具钢制造，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应选用具有良好的镜面抛光性和高耐磨性的时效硬化钢制造，如：18Ni、06Ni、PMS、PCR、SM2等；或预硬型模具钢SM1、Y82、P20系列及8CrMn、5NiSCr、空冷12钢等。

2.塑料模具结构零件材料的选材

塑料模具结构零件的选材要求一般要比成形零件低，因此选用通用的材料就能达到结构零件的要求，同时降低了模具的成本。

塑料模具结构零件的常用材料如下：

对于要求具有较好综合力学性能的各种模板、顶出板、固定板支架常采用45、40MnB、40MnVB、Q235、Q255、Q275、球墨铸铁及HT200制造。

对于要求较高强度、有好的耐磨性和一定的耐腐蚀性，淬火后变形小的型芯、型腔件等，常选用9Mn2V、CrWMn、9SiCr、Cr12、3CrW8V、35CrMn、T7A、T8A、45、40Cr、40VB、40MnB球墨铸铁等。

导向柱、导向套常选择20、20Cr、20CrMnTi、T8A、T10A，并保证零件表面耐磨性，心部韧性较好。

由于主流衬套的性能要求表面耐磨，同时还要耐腐蚀和热硬性较高，常用的材料为20、T8A、T10A、9Mn2V、CrWMn、9SiCr、Cr12、3Cr2W8V、35CrMo。

顶杆、拉料杆、复位杆，要求有一定强度并耐磨，常用材料为Y8A、T7A、45钢等。

三、热作模具的选材

热作模具的选材，应根据模具具体工作条件、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来选择。

1.热锻模的选材

热锻模具的工作条件是在高温、高压、高冲击下，并常常要反复加热和冷却。因此，模具材料应具有一定的高温屈服强度，高的冲击韧度和断裂韧度。由于锻模尺寸一般都较大，模具材料还应有很好的淬透性，高的热疲劳抗力和回火稳定性。

目前我国锤锻模用钢主要钢号为：

5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV；应用效果较好但尚未纳入标准的钢有3Cr2MoWVNi、5Cr2NiMoVSi及45Cr2NiMoVSi；重型机械厂或钢厂生产的其他锤锻模用钢有5CrNiTi、4SiMnMoV及5SiMnMoV、5CrNiW、5CrNiMoV等；国外进口锤锻模用钢有55CrNiMoV6等。

不同类型锻模的硬度指标不同。

其他热锻模材料的选用与热挤压模用钢相同，工作时受热温度更高，受热时间更长，工作负荷更大。其他热锻模是指热镦模、精锻模和高速锻模。

2、热挤压模常用材料及选用原则

热挤压模具由于受到的冲击载荷比热锻模小，对冲击韧度，淬透性的要求不如热锻模高。但工作时炽热金属接触的时间比热锻模长，最高温度可达800~850℃，由于反复加热冷却而引起的热疲劳现象也比较严重。

对几种热挤压凹模的硬度要求如下：

常用热挤压模具钢的钢号为：3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1；应用较多的标准钢号为：3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、5Cr4Mo3SiMnVAl、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi等；应用较多的其他钢号为：4Cr3Mo3W4VTiNb、3Cr3Mo3VNb等。在特殊情况下，有时会应用奥氏体型耐热钢、镍基合金、硬质合金和钨钴类和钨钛钴类硬质合金等。

3Cr2W8V钢是我国最常用的黑色和有色金属及合金的热挤压模用钢。新型热挤压模用钢为：HM1、RM2、012Al、GR、CG2等，它们既有较高硬度、强度，又有较高韧性，在热挤压模上应用效果较好。

铬系热挤压模用钢如4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi等适于制作急冷急热条件下工作的模具。当挤压耐热钢管时，模具温度可高达900~1000℃，需采用高温合金制作模具；工作温度较高的凸模或凹模，可以采用硬质合金镶块模。

选择热挤压模材料时，主要应根据被挤压金属的种类及其挤压温度来决定，其次也应考虑到挤压比、挤压速度和润滑条件等因素，以延长模具的使用寿命。

3、压铸模常用材料及选用原则

压铸模具的选材，主要依据浇注金属的温度及种类而定。如何选用合适的模具材料，来提高压铸模具的使用寿命，尤其是高熔点的金属。压铸温度越高，压铸模的损坏就越快。

⑴锌合金压铸模

锌合金的熔点为400~430℃，锌合金压铸模型腔的表层温度不会超过400℃。由于工作温度较低，故除常用模具钢外，也可采用合金结构钢制造模具，甚至可采用低碳钢（如20钢），经中温固体碳氮共渗、淬火、低温回火，使用效果也很好。

常用于制造锌合金压铸模具的材料为：合金结构钢40Cr、30CrMnSi、40CrMo等，合金模具钢5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V、CrWMn等。

⑵铜合金压铸模

铜合金压铸模的工作条件极为苛刻，铜液温度通常为870~940℃，模具型腔受到高温铜液的反复冲刷，促使模腔表面产生冷热疲劳裂纹（龟裂），寿命远比铝合金压铸模短；因此，铜合金压铸模应具有较高的热强性、导热性、韧性、塑性、高的抗氧化性、耐蚀性及良好加工工艺性能。

国内仍大量采用3Cr2W8V钢制造铜合金压铸模，也有的用铬钼系热作模具钢。近几年研制成功的新型热作模具钢Y4，应用于制造铜合金压铸模具取得较满意效果，Y4钢抗热疲劳性能明显优于3Cr2W8V钢。国外已采用加钴的钨系高热强模具钢、钨基合金、钼基合金等，使用效果比3Cr2W8V钢好。因钨、钼价格昂贵，在我国难以推广应用。

⑶铝合金压铸模

铝合金熔液的温度通常在650~700℃左右，压铸模模腔表面受高温高速铝液的反复冲刷，产生较大的应力，模具受到液态铝合金的熔损粘蚀作用。因此，铝合金压铸模的寿命长短，要重点考虑是否发生粘模和模腔早期干裂。

目前，我国常用铝合金压铸模用钢有：4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5MoSiV（H11）、3Cr2W8V及新钢种Y10和HM3等。

3Cr2W8V钢的回火抗力和热稳定性能最好，具有足够高的耐热性，但冷热疲劳抗力最差，容易在模具型腔表面出现冷热疲劳裂纹（龟裂）。H13和H11钢的回火抗力及热稳定性稍次于3Cr2W8V钢，但冷热疲劳抗力比3Cr2W8V钢高得多。用H13钢制造的铝合金压铸模，寿命远长于3Cr2W8V钢制造的模具。

新钢种Y10钢是在H13钢基础上研制的新型铝合金压铸模用钢，除耐热性能比3Cr2W8V钢稍差外，其他力学性能如冲击韧度、断裂韧度。物理性能如热导率、热胀系数。工艺性能如热处理变形性能、热疲劳抗力以及红硬性能，均优于3Cr2W8V钢。Y10钢应用于铝合金压铸模具，使用寿命可延长1~10倍。

来源：公众号--金属材料的世界