在沖壓模具中，使用了各種金屬材料和非金屬材料，主要有碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鑄鋼、硬質(zhì)合金、低熔點(diǎn)合金、鋅基合金、鋁青銅、合成樹(shù)脂、聚氨脂橡膠、塑料、層壓樺木板等。
制造模具的材料，要求具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性、適當(dāng)?shù)捻g性、高淬透性和熱處理不變形(或少變形)及淬火時(shí)不易開(kāi)裂等性能。
我們先來(lái)了解一下沖壓模具材料的種類(lèi)
制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鋅基合金、低熔點(diǎn)合金、鋁青銅、高分子材料等等。目前制造沖壓模具的材料絕大部分以鋼材為主，常用的模具工作部件材料的種類(lèi)有：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻或中鉻工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等等。
|
具種類(lèi) |
工作條件 |
對(duì)模具材料的性能要求
常用材料 |
|
冷沖模 |
沖裁模 |
主要用于各種板料的沖切成型，其刃口在工作過(guò)程中受到強(qiáng)烈的磨擦和沖擊。 |
具有較高的耐磨性、沖擊韌性以及耐疲勞斷裂性能。 |
|
Cr12mov、Cr12、SKD11、T10A、W18Cr4V、6-5-4-2 |
|
擠壓模 |
主要用于變形成型，工作時(shí)沖頭承受巨大的壓力，凹模則承受巨大的張力;由于金屬在型腔中劇烈流動(dòng)，使沖頭和凹模工作面受到強(qiáng)烈地摩擦，并使模具表面溫度上升200——300℃。 |
具有較高的變形抗力、耐磨性及斷裂抗力，此外還應(yīng)具有高的回火穩(wěn)定性。 |
|
H13、3Cr2W8V、40Cr、38CrMoAl、5CrNiMo |
|
拉伸模 |
主要用于具有一定塑性板料的拉深成型，工作應(yīng)力不大，但凹模入口處承受強(qiáng)烈摩擦。 |
具有高的硬度及耐磨性，工作表面粗糙度較低 |
|
Cr12MoV、Cr12、D2、6-5-4-2、PeCu |
|
彎曲模 |
主要用于具有一定塑性金屬材料的彎曲成型，作用于模具的負(fù)荷不很大，但有一定摩擦。 |
具有高的耐磨性和斷裂能力。 |
|
Cr12MoV、D2、T10A、S45C |
a.碳素工具鋼
在模具中應(yīng)用較多的碳素工具鋼為T(mén)8A、T10A等，優(yōu)點(diǎn)為加工性能好，價(jià)格便宜。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低。
b.低合金工具鋼
低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入了適量的合金元素。與碳素工具鋼相比，減少了淬火變形和開(kāi)裂傾向，提高了鋼的淬透性，耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代號(hào)CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代號(hào)GD)等。
c. 高碳高鉻工具鋼
常用的高碳高鉻工具鋼有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代號(hào)D2），它們具有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性，熱處理變形很小，為高耐磨微變形模具鋼，承載能力僅次于高速鋼。但碳化物偏析嚴(yán)重，必須進(jìn)行反復(fù)鐓拔（軸向鐓、徑向拔）改鍛，以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能。
d. 高碳中鉻工具鋼
用于模具的高碳中鉻工具鋼有Cr4W2MoV、Cr6WV 、Cr5MoV等，它們的含鉻量較低，共晶碳化物少，碳化物分布均勻，熱處理變形小，具有良好的淬透性和尺寸穩(wěn)定性。與碳化物偏析相對(duì)較嚴(yán)重的高碳高鉻鋼相比，性能有所改善。
e. 高速鋼
高速鋼具有模具鋼中最高的的硬度、耐磨性和抗壓強(qiáng)度，承載能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代號(hào)8-4-1）和含鎢量較少的W6Mo5 Cr4V2（代號(hào)6-5-4-2，美國(guó)牌號(hào)為M2）以及為提高韌性開(kāi)發(fā)的降碳降釩 高速鋼 6W6Mo5 Cr4V（代號(hào)6W6或稱低碳M2）。高速鋼也需要改鍛 ，以改善其碳化物分布 。
f. 基體鋼
在高速鋼的基本成分上添加少量的其它元素，適當(dāng)增減含碳量，以改善鋼的性能。這樣的鋼種統(tǒng)稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點(diǎn)，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲勞強(qiáng)度和韌性均優(yōu)于高速鋼，為高強(qiáng)韌性冷作模具鋼，材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有 6Cr4W3Mo2VNb（代號(hào)65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代號(hào)LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代號(hào)012AL）等。
g. 硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性高于其它任何種類(lèi)的模具鋼，但抗彎強(qiáng)度和韌性差。用作模具的硬質(zhì)合金是鎢鈷類(lèi)，對(duì)沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用含鈷量較低的硬質(zhì)合金。對(duì)沖擊性大的模具，可選用含鈷量較高的硬質(zhì)合金。
鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以鐵粉加入少量的合金元素粉末（如鉻、 鉬 、鎢、釩等）做粘合劑，以碳化 鈦或碳化鎢為硬質(zhì)相 ，用粉末冶金方法燒結(jié)而成。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的基體是鋼，克服了硬質(zhì)合金韌性較差、加工困難的缺點(diǎn)，可以切削、焊接、鍛造和熱處理。 鋼結(jié)硬質(zhì)合金含有大量的碳化物，雖然硬度和耐磨性低于硬質(zhì)合金，但仍高于其它鋼種，經(jīng)淬火、回火后硬度可達(dá) 68 ~ 73HRC。
h.新材料
沖壓模具使用的材料屬于冷作模具鋼，是應(yīng)用量大、使用面廣、種類(lèi)最多的模具鋼。主要性能要求為強(qiáng)度、韌性、耐磨性。目前冷作模具鋼的發(fā)展趨勢(shì)是在高合金鋼D2（相當(dāng)于我國(guó)Cr12MoV）性能基礎(chǔ)上，分為兩大分支：一種是降低含碳量和合金元素量，提高鋼中碳化物分布均勻度，突出提高模具的韌性。如美國(guó)釩合金鋼公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊鋼公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一種是以提高耐磨性為主要目的，以適應(yīng)高速、自動(dòng)化、大批量生產(chǎn)而開(kāi)發(fā)的粉末高速鋼。如德國(guó)的320CrVMo13，等。
1. 生產(chǎn)批量
當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量很大時(shí)，模具的工作零件凸模和凹模的材料應(yīng)選取質(zhì)量高、耐磨性好的模具鋼。對(duì)于模具的其它工藝結(jié)構(gòu)部分和輔助結(jié)構(gòu)部分的零件材料，也要相應(yīng)地提高。在批量不大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)放寬對(duì)材料性能的要求，以降低成本。
2. 被沖壓材料的，性能、模具零件的使用條件
當(dāng)被沖壓加工的材料較硬或變形抗力較大時(shí)，沖模的凸、凹模應(yīng)選取耐磨性好、強(qiáng)度高的材料。拉深不銹鋼時(shí)，可采用鋁青銅凹模，因?yàn)樗哂休^好的抗粘著性。而導(dǎo)柱導(dǎo)套則要求耐磨和較好的韌性，故多采用低碳鋼表面滲碳淬火。又如，碳素工具鋼的主要不足是淬透性差，在沖模零件斷面尺寸較大時(shí)，淬火后其中心硬度仍然較低，但是，在行程次數(shù)很大的壓床上工作時(shí)，由于它的耐沖擊性好反而成為優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于固定板、卸料板類(lèi)零件，不但要有足夠的強(qiáng)度，而且要求在工作過(guò)程中變形小。另外，還可以采用冷處理和深冷處理、真空處理和表面強(qiáng)化的方法提高模具零件的性能。對(duì)于凸、凹模工作條件較差的冷擠壓模，應(yīng)選取有足夠硬度、強(qiáng)度、韌性、耐磨性等綜合機(jī)械性能較好的模具鋼，同時(shí)應(yīng)具有一定的紅硬性和熱疲勞強(qiáng)度等。
3. 材料性能
應(yīng)考慮材料的冷熱加工性能和工廠現(xiàn)有條件。
4. 降低生產(chǎn)成本
注意采用微變形模具鋼，以減少機(jī)加工費(fèi)用。
5. 開(kāi)發(fā)專用模具鋼
對(duì)特殊要求的模具，應(yīng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有專門(mén)性能的模具鋼。
6. 考慮我國(guó)模具的生產(chǎn)和使用情況
選擇模具材料要根據(jù)模具零件的使用條件來(lái)決定，做到在滿足主要條件的前提下，選用價(jià)格低廉的材料，降低成本。
