淺談模具材料的選擇與應用

馮楠 朱巍峰

摘 要：現階段模具成型技術已成為一種常用的生產加工方式，模具作為該成型技術的核心部件，直接關系到生產效率、產品質量和加工成本。本文從模具的分類、性能、熱處理及壽命等方面進行介紹，從實際生產需求出發，分析如何選擇模具材料及加工工藝，提高模具使用壽命。

關鍵詞：模具鋼材料;模具分類;熱處理;模具壽命;模具性能

隨著制造業的不斷發展，人們對產品生產質量和生產效率的要求也不斷提高。模具成型技術作為現階段常用的生產加工工藝，受到各行各業的追捧。比如，板材沖壓、合金壓鑄、粉末冶金、塑料注塑、硅膠注塑、吹塑等都屬于模具成型技術的范疇。該工藝生產效率高，產品一致性強，加工成本低，是其它生產加工工藝所無法比擬的。模具材料是模具成型技術最基礎、最關鍵、最核心的源頭，模具材料的選擇與后期的產品質量、生產效率及模具壽命有直接的關系。近年來我們模具成型水平發展迅速，模具材料的合理選擇及優化逐漸被大家關注，本文從模具的分類和性能、模具的熱處理工藝、模具的使用壽命等方面進行介紹，從實際生產需求出發，分析如何保證產品質量和提高模具壽命。

1 模具概述

模具成型技術一種是通過把熔融或熔化的產品材料注入到模具的型腔內，通過自然冷卻或人工干預冷卻使材料凝固;還有一種是使用模具的外形把可進行拉伸的材料擠壓成型，該工藝基本能夠滿足各類零件的生產加工。模具的質量直接影響產品的質量，是產品成型的母體。一副模具主要由上模、下模及配套的抽芯、滑塊、頂針等組成。模具設計復雜且造價高，其材料、結構、質量都直接影響模具的使用壽命。

2 模具分類

根據模具的實際工作環境和加工工藝，模具材料主要可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼三種。

冷作模具工作在常溫條件下，主要應用于板材沖壓、粉末冶金等領域，使用模具的外形或內腔形狀進行壓型，需要模具本身具有良好的強度、韌性及耐磨性。冷作模具鋼通常使用高碳合金鋼，針對產品和模具的性能質量要求不同，合金的占比也不同。高碳高合金模具鋼直接進行加工時容易出現崩裂，所以原材料一般先進行鐓拔再進行退火處理，成品模具需要進行淬火回火處理，該類模具通常具有很強的耐磨性。高碳低合金模具鋼在生產之前需要對其進行鍛造退火處理，因為加入了合金元素使模具有更強的韌性，可以提高模具使用壽命。

熱作模具鋼通常與熔融的金屬熔液接觸，工作溫度可達到500℃左右，在工作過程中模具不僅受到金屬熔液的沖擊、腐蝕，還需要不斷的被加熱和冷卻，所以模具本身需要具有耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、抗疲勞等特性。早期的熱作模具因為工藝限制，只能加工結構簡單，尺寸較小的產品，后來隨著加工工藝的不斷優化，對模具材料進行非物理處理，使得模具具有熱硬性，大大提高了模具的應用范圍。

塑料模具鋼主要用于生產加工塑料產品，該模具鋼主要分為預硬鋼、時效硬化鋼和冷擠壓模具鋼。預硬鋼純度較高，通常要經過預先調質，使得模具材料易加工成型;時效硬化鋼在經過熱處理后需進行擱置處理，使其自身晶相發生變化，這種模具鋼經過加工處理后精度高、硬度強，適合結構復雜的模具;冷擠壓模具鋼顧名思義，就是在初始狀態下具有良好的塑形，可通過冷擠壓的方式進行加工，再進行熱處理。

3 模具性能

模具鋼的強度、硬度、韌性、疲勞性、抗腐蝕性等是評價模具材料優劣的關鍵指標。各類模具因為工作環境不同，對材料的要求也不相同。同類型的模具，還要考慮使用壽命、產品批量、尺寸精度等因素，材料選擇上根據實際需求，合理調整模具鋼的元素含量、加工工藝和熱處理工藝，使模具材料的綜合性能配比達到最佳狀態，在提高模具使用壽命的同時，避免質量過剩浪費。

合金壓鑄模具考慮到實際工作溫度的因素，一般選用熱疲勞性能和耐腐蝕性能較高的材料;沖壓、粉末冶金等模具考慮到受到頻繁沖擊的影響，通常選用硬度高，耐磨性好的材料;塑料注塑模具一般對產品表面質量要求較高，多選用韌性好、耐腐蝕性高且容易加工的材料。總之，合理配置資源，根據實際情況匹配模具材料。

4 熱處理工藝

模具的使用壽命和綜合性能除了和模具材料有關系之外，和模具的熱處理工藝也有很大關系，模具的熱處理主要包括退火、回火和淬火等工藝。

在模具加工之前或加工之后，通常需要經過熱處理調整模具材料的成分和組織，提高內部晶粒的細化程度，經過熱處理的模具在一定程度上可提高模具材料的強度、韌性和塑性。熱處理不當會導致模具早期出現局部磨損、氧化、脫皮、龜裂等缺陷，降低模具的使用壽命。只有根據模具材料本身的特性，制定相應熱處理工藝，通過熱處理使組織結構更穩定，才能提高產品質量和模具壽命。

5 模具壽命

模具材料較貴、結構復雜、加工耗時，成品模具整體造價很高。對于非量產的模具，對壽命要求不高，通常選用易加工的一般材料。對于需要持久使用的模具，通常要考慮尺寸精度、批量大小和內部結構等因素。

對于高精度產品，模具的加工精度也相應較高，加工工序和工時會增加模具成本，一般選用綜合性能良好的材料進行加工，提高模具的使用壽命。一副高質量的模具可以使用上萬次甚至幾十萬次，比如粉末冶金模具，注塑模具等。

產品批量也是模具材料選擇的一個重要指標，一般新產品開發模具選用普通模具鋼，因為要考慮到結構優化，后期產量等問題，待產品質量穩定并進入穩定增長期時候，可選用高性能模具材料。

另外產品結構直接影響模具結構的復雜程度，與高精度模具類似，考慮到模具成本的問題一般選用優質模具鋼。

6 結語

模具的使用壽命與模具材料、熱處理工藝等有直接的關系。根據模具用途及壽命要求，合理選擇模具鋼材料和熱處理工藝，同時考慮加工成本問題，避免質量過剩。通過不斷優化模具的生產加工工藝，提高模具的整體質量水平，進一步推動制造業的發展。

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