第三节 冷作模具的选材

1、第三节第三节 冷作模具的选材冷作模具的选材一、冷作模具的选材原则一、冷作模具的选材原则1、满足模具的使用性能要求、满足模具的使用性能要求 根据模具的工作条件、结构尺寸和生产批量确根据模具的工作条件、结构尺寸和生产批量确定所选材料应具备的主要性能指标。定所选材料应具备的主要性能指标。2、满足模具的工艺性能要求、满足模具的工艺性能要求 根据模具的制造工艺方法、尺寸大小、精度要根据模具的制造工艺方法、尺寸大小、精度要求等，要考虑所选用的模具材料是否能满足模具制求等，要考虑所选用的模具材料是否能满足模具制造的各种工艺性能要求。造的各种工艺性能要求。 如：可锻性、可加工性、焊接性、淬透性、氧化脱如：可锻

2、性、可加工性、焊接性、淬透性、氧化脱碳倾向、淬火变形和开裂倾向等。碳倾向、淬火变形和开裂倾向等。3、经济性、经济性尽可能选用价格低廉、货源丰富、供应方便的材料。尽可能选用价格低廉、货源丰富、供应方便的材料。 二、常用冷作模具的材料选用二、常用冷作模具的材料选用（一）冷冲裁模（一）冷冲裁模1、工作条件及失效形式、工作条件及失效形式冲裁模工作部位受力情冲裁模工作部位受力情况如图况如图231 由图分析可知：冲裁由图分析可知：冲裁模刃口在侧向压力模刃口在侧向压力F的作的作用下，刃口部位受到很大用下，刃口部位受到很大的的弯曲应力，其次刃口部弯曲应力，其次刃口部位受到冲击和强烈的磨擦。位受到冲击和强烈的磨

3、擦。工作条件：工作条件：失效形式：失效形式： 磨损磨损 刃口磨损到一定的程度会使冲裁件产生毛剌，刃口磨损到一定的程度会使冲裁件产生毛剌，为使刃口锋利，需磨削，多次刃磨，导致失效。为使刃口锋利，需磨削，多次刃磨，导致失效。 崩刃、凸模折断崩刃、凸模折断 安装不良、冲裁工艺执行不严或热处理不安装不良、冲裁工艺执行不严或热处理不当导致这类非正常失效。当导致这类非正常失效。 性能要求：性能要求： 高硬度、高耐磨性。高硬度、高耐磨性。足够的抗弯、抗压强度和适当的韧性。足够的抗弯、抗压强度和适当的韧性。l 板料厚度不同，要求不同。薄板以高精板料厚度不同，要求不同。薄板以高精度、高耐磨为主；厚板以高耐磨、高

4、强韧度、高耐磨为主；厚板以高耐磨、高强韧性为主。性为主。l凸凹模要求也有差异，对凹模来说，抗压凸凹模要求也有差异，对凹模来说，抗压强度和韧性比凸模高。强度和韧性比凸模高。2、冷冲裁模材料选用、冷冲裁模材料选用选材考虑的因素：选材考虑的因素：u产品的形状和尺寸产品的形状和尺寸u被冲材料特性被冲材料特性u工作载荷大小工作载荷大小u失效形式失效形式u生产批量生产批量u模具成本模具成本一般选用概况：一般选用概况：u 形状简单、载荷轻的冲裁模形状简单、载荷轻的冲裁模 : 选用碳素工具钢，如选用碳素工具钢，如T10A。u 形状复杂、尺寸较大、载荷较轻、精度较高：形状复杂、尺寸较大、载荷较轻、精度较高：选用

5、低合金工具钢，如选用低合金工具钢，如9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV等。等。u 大中型模具：大中型模具：可选用高耐磨、高淬透性、变形小的高碳中铬钢、高可选用高耐磨、高淬透性、变形小的高碳中铬钢、高铬钢、高速钢、基体钢和高强韧性低合金冷作模具钢。铬钢、高速钢、基体钢和高强韧性低合金冷作模具钢。u 大量生产的冷冲裁模：大量生产的冷冲裁模：选用硬质合金、钢结硬质合金。选用硬质合金、钢结硬质合金。（二）冷镦模具的选材（二）冷镦模具的选材1、工作条件和失效形式、工作条件和失效形式工作条件：工作条件： 冲击力大，单位冲击压力可达冲击力大，单位冲击压力可达20002500MPa并且冲击频率高。

6、并且冲击频率高。 凹模型腔表面和凸模工作表面受强烈的冲击摩擦，工凹模型腔表面和凸模工作表面受强烈的冲击摩擦，工作温度可达作温度可达300左右。左右。 材料的不均、坯料端面不平、镦机调整精度材料的不均、坯料端面不平、镦机调整精度不够，冲头还受到弯曲应力。不够，冲头还受到弯曲应力。 脆性开裂脆性开裂 常见冷镦凹模，一是擦伤和崩落处，二是常见冷镦凹模，一是擦伤和崩落处，二是整个截面淬硬或非金属夹杂物偏析造成脆性开裂。整个截面淬硬或非金属夹杂物偏析造成脆性开裂。 硬度不足，或硬化层过浅而凹陷，或因尺寸超差硬度不足，或硬化层过浅而凹陷，或因尺寸超差而过早报废。而过早报废。主要失效形式：擦伤和脆性开裂主要

7、失效形式：擦伤和脆性开裂性能要求：性能要求： 足够的足够的抗压强度和耐磨性抗压强度和耐磨性。尤其是冷镦凹模，需要良。尤其是冷镦凹模，需要良好的强韧性配合，好的强韧性配合，硬化层控制在硬化层控制在1.54mm，硬度，硬度5862HRC，心部需韧性较好的索氏体组织，心部需韧性较好的索氏体组织，不能整个不能整个截面淬硬。截面淬硬。失效形式：失效形式：擦伤擦伤 冲头和凹模工作表面出现沟痕或磨损。冲头和凹模工作表面出现沟痕或磨损。 崩落崩落 坯料金属粘附在凹模上，致使凸模偏载，使局坯料金属粘附在凹模上，致使凸模偏载，使局部区域成块崩落。部区域成块崩落。 对于受载较重、形状复杂的凹模，可选用高铬中对于受载

8、较重、形状复杂的凹模，可选用高铬中碳钢或高速钢、基体钢制作的嵌镶块嵌入模套内，模套碳钢或高速钢、基体钢制作的嵌镶块嵌入模套内，模套则采用韧性较好的材料。则采用韧性较好的材料。 产量超过产量超过20万件以上时，可选用钨钴类硬质合万件以上时，可选用钨钴类硬质合金或钢结硬质合金制成的嵌镶模块。金或钢结硬质合金制成的嵌镶模块。2、冷镦模材料选用、冷镦模材料选用 选材考虑因素：模具零件受力情况、截面大小、硬化选材考虑因素：模具零件受力情况、截面大小、硬化层要求、批量大小等。层要求、批量大小等。一般选材情况：一般选材情况： 对于轻载小型凹模，硬化层要求不深时可选用对于轻载小型凹模，硬化层要求不深时可选用T

9、10A钢；硬化层要求较深时，选用低合金工具钢。钢；硬化层要求较深时，选用低合金工具钢。冷镦凸模的材料：冷镦凸模的材料： 轻载时，大多采用轻载时，大多采用T10A或低合金工具钢；重载时，采或低合金工具钢；重载时，采用与凹模相同的材料制成模块式镶拼模具。用与凹模相同的材料制成模块式镶拼模具。l 冷镦模具的选材实例和辅助零件的选材可参考教材冷镦模具的选材实例和辅助零件的选材可参考教材表表240。（三）冷挤压模具的选材（三）冷挤压模具的选材1、冷挤压模的工作条件和失效形式、冷挤压模的工作条件和失效形式工作条件：工作条件：变形抗力大。挤压非铁金属时，模具截面上的平均压变形抗力大。挤压非铁金属时，模具截面

10、上的平均压应力可达应力可达1000MPa以上；正挤压钢材时，可达以上；正挤压钢材时，可达20002500MPa；反挤压时可达；反挤压时可达30003500MPa。 模具表面反复受到剧烈摩擦，使接触面磨损大，模具表面反复受到剧烈摩擦，使接触面磨损大，并且模具温升最低温度可达并且模具温升最低温度可达160180，最高可达，最高可达300400。 凸模比凹模工作条件更繁重，往往受到偏心载荷，凸模比凹模工作条件更繁重，往往受到偏心载荷，致使冲头受到很大的弯曲应力作用。致使冲头受到很大的弯曲应力作用。冲头在脱模时还受到拉应力的作用。冲头在脱模时还受到拉应力的作用。失效形式：失效形式： 擦伤磨损或氧化磨损

11、。擦伤磨损或氧化磨损。凸模断裂凸模断裂l装配不良导致折断装配不良导致折断l模所受应力超过材料的屈服极限模所受应力超过材料的屈服极限产生产生“劈裂劈裂”（见下图（见下图a）l脱模时，拉应力使模端部折断，产生脱模时，拉应力使模端部折断，产生“脱帽脱帽”断裂（见下图断裂（见下图b）性能要求：性能要求： 必须具有高强韧性、良好的耐磨性、足够的回火稳定必须具有高强韧性、良好的耐磨性、足够的回火稳定性和耐热疲劳性。性和耐热疲劳性。1、冷挤压模具的材料选用、冷挤压模具的材料选用 挤压力较小、批量不大的正挤压模具，可选用碳素工挤压力较小、批量不大的正挤压模具，可选用碳素工具钢和低合金工具钢。具钢和低合金工具钢

12、。 挤压力较大的正挤压模具，普遍采用挤压力较大的正挤压模具，普遍采用Cr12型钢，但型钢，但锻造、热处理不良时，脆断倾向大，模具寿命短。锻造、热处理不良时，脆断倾向大，模具寿命短。 承受高负荷的反挤压凸模，可选用高速钢，但也有脆承受高负荷的反挤压凸模，可选用高速钢，但也有脆断问题，可用低温淬火来提高脆断抗力。断问题，可用低温淬火来提高脆断抗力。 挤压力较大、批量也较大的冷挤压凸模，选用降碳高挤压力较大、批量也较大的冷挤压凸模，选用降碳高速钢和基体钢使用效果良好。速钢和基体钢使用效果良好。 对于大批量生产的冷挤压模具，应采用硬质全金、钢对于大批量生产的冷挤压模具，应采用硬质全金、钢结硬质合金。结

13、硬质合金。（选材示例可参考教材表（选材示例可参考教材表241）（四）冷拉深、拉丝模具（四）冷拉深、拉丝模具1、拉深模具、拉深模具工作条件：工作条件： 凹模承受强烈摩擦和径向拉应力；凸模主要承凹模承受强烈摩擦和径向拉应力；凸模主要承受轴向压缩力和摩擦力的作用。工作表面温度可受轴向压缩力和摩擦力的作用。工作表面温度可达达400500。失效形式：失效形式： 被拉深材料撕落被拉深材料撕落粘附粘附在模具表面，形成凹凸不在模具表面，形成凹凸不平的伤痕或平的伤痕或粘结成瘤粘结成瘤，使拉深产品表面质量降低或，使拉深产品表面质量降低或成废品。成废品。性能要求：性能要求： 具有高的强度和耐磨性。具有高的强度和耐磨

14、性。材料选用：材料选用： 对中小模具，可选用对中小模具，可选用T10A和低合金工具钢；和低合金工具钢；对大中型模具，可采用球墨铸铁或合金铸铁，批量对大中型模具，可采用球墨铸铁或合金铸铁，批量大时，磨损部位采用较好合金钢镶块硬质合金。大时，磨损部位采用较好合金钢镶块硬质合金。防止粘附措施：防止粘附措施：l拉深铝、铜合金和碳素钢时，凸、凹模应渗氮或镀铬。拉深铝、铜合金和碳素钢时，凸、凹模应渗氮或镀铬。l拉深奥氏体不锈钢时，凹模应采用铝青铜材料。拉深奥氏体不锈钢时，凹模应采用铝青铜材料。l高碳中铬钢和高碳高铬钢作拉深凹模时，应进行高碳中铬钢和高碳高铬钢作拉深凹模时，应进行渗氮和抛光。渗氮和抛光。（拉深模材料选用参照表（拉深模材料选用参照表242）2、拉丝模、拉丝模 拉丝变形量小，主要是刃口部分承受强烈的摩