模具设计之针对模具的性能要求合理选材

不同类型的材料具有各自的性能特点，在模具设计时，应全面了解模具的工作条件和失效形式，针对特定模具对材料性能的要求，选择合适的材料。

冲薄板的冲模所受的载荷较小，选择材料时应以耐磨性为主，兼顾韧性、抗疲劳性等其他性能。冲厚板的冲模在工作时承受较大的冲击载荷，应选择既有足够的耐磨性同时又有良好韧性的材料，如基体钢（LD钢；65NB；CG2；LM1；LM2）、低合金高强度钢（GD钢）、降碳高速钢（6W6Mo5Cr4V）、7CrSiMnMoV火焰淬火钢、马氏体时效钢（18Ni）等。冷挤压模具在有重载条件下工作时，要求材料同时具备足够的耐磨性和良好的抗压强度和韧性。

高速钢（W18Cr4V；W6Mo5Cr4V2）的抗压强度和耐磨性在冷作模具钢中是最高的，因而常用于制作冷挤压模具。但是，高速钢的韧性较差，易发生脆性断裂失效，其中尤其以W18Cr4V更为严重。与高速钢相比，降碳高速钢、基体钢、低合金高强度钢、马氏体时效钢等材料的耐磨性稍差，然而它们具有良好的韧性，用这些材料代替高速钢，能显著提高冷挤压模具的承载能力和使用寿命。

锌合金压铸模具的型腔表层温度较低，可以选用5CrNiMo、5CrMnMo)等高强度而耐热疲劳性较低的材料，在模具寿命要求较低时甚至可以选用40Cr、30CrMnSi等合金结构钢。如选用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV等材料，能延长模具的使用寿命。铝合金、镁合金压铸模具的型腔表层温度较高，要求材料既有良好的热稳定性，又有较高的耐热疲劳性。符合上述要求的铝合金、镁合金压铸模具常用材料有3Cr2W8V、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1其中3Cr2W8V的热稳定性最好，但其耐热疲劳性最差。因此，对于铝合金、镁合金压铸模，选用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1时的模具使用寿命远高于选用3Cr2W8V时的使用寿命。
    铜合金压铸模具的型腔表层温度很高，工作条件极为苛刻，要求材料具有很好的综合性能，即同时具有很高的热稳定性、韧性、导热性、耐疲劳性、耐热疲劳性等。目前国内使用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1等材料制作铜合金压铸模，模具寿命较低。国外已采用加钴的钨系高热强模具钢、钨基合金、钼基合金、马氏体时效钢、加钴的铬钼钒钢等材料制作铜合金压铸模具，模具寿命较长。

 除了耐磨件外，材料还有下列使用性能指标：

(l)塑性变形抗力指标，包括抗拉屈服极限、抗压屈服极限、抗弯屈服极限。

(2)断裂抗力指标，包括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度。

(3)韧性指标，通常用冲击韧度AKu。作为评价材料韧性的指标。

(4)疲劳抗力指标，即材料的耐疲性。

(5)热疲劳抗力指标，即材料的耐热疲性。

塑料模具承受的载荷较轻，型腔表层温度较低，选材的灵活性较大。目前，塑料模常用的材料有：渗碳钢（20、20Cr、12CrNi3A）、调质钢（45、40Cr、30CrMnSi、38CrMoAIA、35CrMo）、碳素工具钢（T7A、T10A）、合金工具钢（9Mn2V、CrWMn、9CrWMn、Cr12、Cr12MoV）、热作模具钢（5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V）等。其中：合金工具钢具有良好的耐磨性；热作模具钢具有良好的韧性、热稳定性和耐热疲劳性；38CrMoA1A、3Cr2W8V调质后经渗氮处理，既有良好的耐磨性、韧性、热稳定性、耐热疲劳性，又有很好的耐腐蚀性。

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资料来源：无锡市瀚超特殊钢有限公司合金模具钢营业部

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