沖壓模具，是在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。沖壓是在室溫下利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。下面具體介紹沖壓模具材料的選用以及模具制造工藝對沖壓模具使用壽命的影響。

  沖裁模具

    沖裁模具材料的選用

    選用沖裁模具材料應(yīng)考慮工件生產(chǎn)的批量，若批量不大就沒有必要選擇高壽命的模具材料；還應(yīng)考慮被沖工件的材質(zhì)，不同材質(zhì)適用的模具材料亦有所不同。對于沖裁模具，耐磨性是決定模具壽命的重要因素，鋼材的耐磨性取決于碳化物等硬質(zhì)點相的狀況和基體的硬度，兩者的硬度越高，碳化物的數(shù)量越多，則耐磨性越好。常用沖壓模具鋼材耐磨性的劣優(yōu)依次為碳素工具鋼—合金工具鋼—基體鋼—高碳高鉻鋼—高速鋼—鋼結(jié)硬質(zhì)合金—硬質(zhì)合金。

    此外還必須考慮工件的厚度、形狀、尺寸大小、精度要求等因素對模具材料選擇的影響。

    1.傳統(tǒng)模具用鋼長期以來，國內(nèi)薄板沖裁模用鋼為T10A、CrWMn、9Mn2V、Cr12和Cr12MoV等。

    其中T10A為碳素工具鋼，有一定強度和韌性。但耐磨性不高，淬火容易變形及開裂，淬透性差，只適用于工件形狀簡單、尺寸小、數(shù)量少的沖裁模具。

    T10A碳素工具鋼的熱處理工藝為：760~810℃水或油淬，160~180℃回火，硬度59~62HRC。

    CrWMn、9Mn2V是高碳低合金鋼種，淬火操作簡便，淬透性優(yōu)于碳素工具鋼，變形易控制。但耐磨性和韌性仍較低，應(yīng)用于中等批量、工件形狀較復雜的沖裁模具。CrWMn鋼的熱處理工藝為：淬火溫度820~840℃油冷，回火溫度200℃，硬度60~62HRC。9Mn2V鋼的熱處理工藝為：淬火溫度780~820℃油冷，回火溫度150~200℃，空冷，硬度60~62HRC。注意回火溫度在200~300℃范圍有回火脆性和顯著體積膨脹，應(yīng)予避開。

    Cr12和Cr12MoV為高碳高鉻鋼，耐磨性較高，淬火時變形很小，淬透性好，可用于大批量生產(chǎn)的模具，如硅鋼片沖裁模。但該類鋼種存在碳化物不均勻性，易產(chǎn)生碳化物偏析，沖裁時容易出現(xiàn)崩刃或斷裂。其中，Cr12含碳量較高，碳化物分布不均比Cr12MoV嚴重，脆性更大一些。

    Cr12型鋼的熱處理工藝選擇取決于模具的使用要求，當模具要求比較小的變形和一定韌性時，可采用低溫淬火、回火（Cr12為950~980℃淬火，150~200℃回火；Cr12MoV為1020~1050℃淬火，180~200℃回火）。若要提高模具的使用溫度，改善其淬透性和紅硬性，可采用高溫淬火、回火（Cr12為1000~1100℃淬火，480~500℃回火；Cr12MoV為1110~1140℃淬火，500~520℃回火）。

    高鉻鋼在275~375℃區(qū)域有回火脆性，應(yīng)予避免。

    2.常用模具新鋼種

    為了彌補傳統(tǒng)模具鋼種性能的不足，國內(nèi)開發(fā)或引進了以下性能較好的沖壓模具用鋼：

 

    （1）Cr12Mo1V1（代號D2）鋼為仿美國ASTM標準中的D2鋼引進的鋼種，屬Cr12型鋼。由于D2鋼中Mo、V含量增加，細化了晶粒，改善了碳化物的分布狀況，因此D2鋼的強韌性（沖擊韌度、抗彎強度、撓度）比Cr12MoV鋼有所提高，耐磨性和抗回火穩(wěn)定性也比Cr12MoV更高。可用深冷處理，提高硬度并改善尺寸穩(wěn)定性。用D2鋼制作的沖裁模具壽命要高于Cr12MoV鋼模具。

    D2鋼的鍛造性能和熱塑成形性比Cr12MoV鋼略差，機械加工性能和熱處理工藝與Cr12型鋼相似。

    （2）Cr6WV鋼為高耐磨微變形高碳中鉻鋼，碳、鉻含量均低于Cr12型鋼，碳化物的分布狀態(tài)較Cr12MoV均勻，具有良好的淬透性。熱處理變形小，機械加工性能較好。抗彎強度、沖擊韌度優(yōu)于Cr12MoV，只是耐磨性略低于Cr12型鋼。用于承受較大沖擊力的高硬度、高耐磨板料沖裁模，其效果好于Cr12型鋼。

    鋼的常用熱處理工藝為：淬火溫度9701~000℃，一般可熱油或硝鹽分級淬火冷卻，尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后應(yīng)立即回火，回火溫度160210~℃，硬度58~62HRC。

    （3）Cr4W2MoV鋼也是高耐磨微變形高碳中鉻鋼，替代Cr12型鋼而研制的鋼種，碳化物均勻性好，耐磨性高于Cr12MoV，適于制作形狀復雜、尺寸精度要求高的沖壓模具，可用于硅鋼片沖裁模。

    Cr4W2MoV鋼的熱處理工藝：要求強度、韌性較高時，采用低溫淬火、低溫回火工藝：淬火溫度960~980℃，回火溫度280~320℃，硬度60~62HRC。要求熱硬性和耐磨性較高時，采用高溫淬火、高溫回火工藝：淬火溫度1020~1040℃，回火溫度500~540℃，硬度60~62HRC。

    （4）7CrSiMnMoV(代號CH-1)鋼為空淬微變形低合金鋼、火焰淬火鋼，可以利用火焰進行局部淬火，淬硬模具刃口部分。淬火溫度（800~1000℃），具有良好的淬透性和淬硬性（可達60HRC以上），強度和韌性較高，崩刃后能補焊。可代替CrWMn、Cr12MoV鋼，制作形狀復雜的沖裁模。CH-1鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度900~920℃，油冷，190~200℃回火1~3小時，硬度58~62HRC。

    （5）6CrNiSiMnMoV(代號GD)鋼為高韌性低合金鋼，淬透性好，空淬變形小，耐磨性較高。其強韌性顯著高于CrWMn和Cr12MoV鋼，不易崩刃或斷裂。尤其適用于細長、薄片狀凸模及大型、形狀復雜、薄壁凸凹模。

    GD鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度870~930℃（900℃最佳），鹽浴爐加熱（45s/mm），油冷或空冷、風冷，175~230℃回火2小時，硬度58~62HRC。由于空冷即可淬硬，也可采用火焰加熱淬火。

    （6）9Cr6W3Mo2V2(代號GM)鋼為高耐磨高強韌合金鋼，各項工藝性能良好，其耐磨性、強韌性、加工性能均優(yōu)于Cr12型鋼，能夠用于高速壓力機沖壓下的多工位級進模等精密模具，是較理想的耐磨、精密沖壓模具用鋼。

    GM鋼的熱處理工藝：淬火溫度1080~1120℃，硬度64~66HRC。回火溫度540~560℃，回火二次。

    （7）Cr8MoWV3Si(代號ER5)鋼屬高耐磨高強韌合金鋼，具有較好的電火花加工性能，強度、韌性、耐磨性都優(yōu)于Cr12型鋼，適用于大型精密沖壓模具。用于硅鋼片沖裁模，一次刃磨壽命為21萬次，總壽命高達360萬次，是目前合金鋼沖模沖裁硅鋼片的較高壽命水平。

    ER5鋼的推薦熱處理工藝：對高耐磨性、高強韌性的模具，采用1150℃淬火，520~530℃回火3次；對重載服役條件下的模具，采用1120~1130℃淬火，550℃回火3次。

    3．硬質(zhì)合金及鋼結(jié)硬質(zhì)合金

    當工件的批量極大時，可以考慮選用硬度和耐磨性比各類模具鋼種更高的硬質(zhì)合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金。用作模具材料的硬質(zhì)合金為鎢鈷類，隨著含鈷量的增加，韌性及抗彎強度提高而硬度降低。對于承受沖擊力較小的模具，可以選用含鈷量較低的YG10X；承受沖擊力中等或較大的模具，可以選用含鈷量較高的YG15或YG20。硬質(zhì)合金的缺點為韌性較差、難以加工，作為模具的工作部件可以設(shè)計為鑲拼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的性能介于硬質(zhì)合金和高速鋼之間，能夠機械加工和熱處理，可以用于制作復雜的高壽命模具。用作沖裁模的鋼結(jié)硬質(zhì)合金有DT、GT35、TLMW50、GW50等。