沖壓模具的選材原則及沖壓模具新材料的應(yīng)用情況

隨著產(chǎn)品質(zhì)量的提高，對模具質(zhì)量和壽命要求越來越高。而提高模具質(zhì)量和壽命最有效的辦法就是開發(fā)和應(yīng)用模具新材料及熱處理、表面處理新工藝,不斷提高使用性能, 改善加工性能。

沖壓模具材料的選用原則
制造沖壓模具的材料，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)及淬火時不易開裂等性能。 
合理選取模具材料及實施正確的熱處理工藝是保證模具壽命的關(guān)鍵。對用途不同的模具，應(yīng)根據(jù)其工作狀態(tài)、受力條件及被加工材料的性能、生產(chǎn)批量及生產(chǎn)率等因素綜合考慮，并對上述要求的各項性能有所側(cè)重，然后作出對鋼種及熱處理工藝的相應(yīng)選擇。 

⒈生產(chǎn)批量
當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量很大時，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，應(yīng)適當(dāng)放寬對材料性能的要求，以降低成本。 

⒉被沖壓材料的性能及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，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，可采用鋁青銅凹模，因為它具有較好的抗粘著性。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，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，由于它的耐沖擊性好反而成為優(yōu)點。對于固定板、卸料板類零件，不但要有足夠的強(qiáng)度，而且要求在工作過程中變形小。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，同時應(yīng)具有一定的紅硬性和熱疲勞強(qiáng)度等。 

⒊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。 

⒋降低生產(chǎn)成本
注意采用微變形模具鋼，以減少機(jī)加工費用。 

⒌開發(fā)專用模具鋼
對特殊要求的模具，應(yīng)開發(fā)應(yīng)用具有專門性能的模具鋼。 

⒍考慮我國模具的生產(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決定，做到在滿足主要條件的前提下，選用價格低廉的材料，降低成本。

沖壓模具材料的應(yīng)用情況
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。 

⒈碳素工具鋼 
在模具中應(yīng)用較多的碳素工具鋼為T8A、T10A等，優(yōu)點為加工性能好，價格便宜。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低。比較常用的碳素工具鋼是日本大同的YK30。

⒉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CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代號GD)、日本大同GOA、GO4、GO5、瑞典一勝百ASSAB DF-2、DF-3、德國葛利茲1.2510、日本日立SGT、ACD37等。

⒊高碳高鉻工具鋼 
常用的高碳高鉻工具鋼有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代號D2）、日本大同DC11、瑞典一勝百XW-5、XW-42、德國葛利茲1.2379、日本日立SLD等，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。 

⒋高碳中鉻工具鋼 
用于模具的高碳中鉻工具鋼有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV、瑞典一勝百XW-10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。與碳化物偏析相對較嚴(yán)重的高碳高鉻鋼相比，性能有所改善。 

⒌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8-4-1）和含鎢量較少的W6Mo5 Cr4V2（代號6-5-4-2，美國牌號為M2，日本不二越SKH9,日本日立YXM1）以及為提高韌性開發(fā)的降碳降釩 高速鋼 6W6Mo5 Cr4V（代號6W6或稱低碳M2）。高速鋼也需要改鍛 ，以改善其碳化物分布 。 

⒍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，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65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代號LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代號012AL）等。 

⒎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，對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，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。 

⒏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)展趨勢是在高合金鋼D2（相當(dāng)于我國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。如美國釩合金鋼公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊鋼公司的DC53(Cr8Mo2SiV)、DEX20、DEX40、DRM1、DRM2、DRM3、瑞典一勝百VIKING、635、V4、V10、ASP23、ASP30、ASP60等。另一種是以提高耐磨性為主要目的，以適應(yīng)高速、自動化、大批量生產(chǎn)而開發(fā)的粉末高速鋼。如德國的320CrVMo13等。

沖壓模具熱處理、表面處理新工藝
為了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蝕性，必須采用熱、表處理新技術(shù)，尤其是表面處理新技術(shù)。除人們熟悉的鍍硬鉻、氮化等表面硬化處理方法外，近年來模具表面性能強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展很快，實際應(yīng)用效果很好。其中，化學(xué)氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）以及鹽浴滲金屬（TD）的方法是幾種發(fā)展較快，應(yīng)用最廣的表面涂覆硬化處理的新技術(shù)。它們對提高模具壽命和減少模具昂貴材料的消耗，有著十分重要的意義。