模具材料的選擇原則

劉衛(wèi)旗

一、冷沖模的材料選擇

冷沖模常用的材料主要有碳素鋼、合金鋼、硬質(zhì)合金和鑄鐵等。

（一）凸模、凹模、凸凹模的材料選擇

小型或形狀簡單的冷沖模的凸模、凹模、凸凹模，當(dāng)生產(chǎn)批量較小時，常選用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，經(jīng)淬火、低溫回火，獲得高硬度;當(dāng)生產(chǎn)批量較大時，常選用合金工具鋼，如Cr12、CrWM、9SiCr、9Mn2V等，經(jīng)淬火、低溫回火，獲得高硬度;當(dāng)大批量生產(chǎn)時，可采用硬質(zhì)合金，如YG15、YG20。

大型或形狀復(fù)雜的冷沖模的凸模、凹模、凸凹模，為減小熱處理變形，避免淬火開裂，常選用合金工具鋼Cr12MoV。

精密沖裁的冷沖模的凸模、凹模、凸凹模，可選用合金工具鋼C12MoV或高速工具鋼W18CrV。

（二）模架的材料選擇

導(dǎo)柱、導(dǎo)套的材料，可選用20鋼，經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火;或GCr15經(jīng)淬火、低溫回火，獲得高硬度。

模柄的材料選用45鋼或Q215鋼。

上、下模座的材料，可選用HT200-400、ZG45、Q215、Q235或45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。

（三）輔助零件的材料選擇

固定板、卸料板、推件板、頂板、側(cè)壓板、擋塊等零件，可選用45鋼，經(jīng)淬火、低溫回火。

墊板，當(dāng)輕載時，選用45鋼，經(jīng)淬火、低溫回火;當(dāng)重載時，選用T7A、9Mn2V、CrWMn、Cr12MoV等，經(jīng)淬火、低溫回火。

頂桿、推桿、拉桿，當(dāng)輕載時，選用45鋼，經(jīng)淬火、低溫回火;當(dāng)重載時，選用CrWMn，經(jīng)淬火、低溫回火。

二、塑料模的材料選擇

塑料模常用的材料主要有碳素鋼、合金鋼，此外，還包括銅合金、鋁合金和鋅合金。

（一）按加工方式選擇

塑料模的種類繁多，其成形加工方法各有不同。一般的塑料?？赏ㄟ^冷擠壓成形、超塑性成形、鑄造成形、切削加工成形以及通過電加工成形等等，但大多數(shù)塑料模都需通過切削加工進(jìn)行成形。

形狀簡單的塑料模標(biāo)準(zhǔn)件是量大面廣的消耗件，這類標(biāo)準(zhǔn)件多采用冷擠壓成形。因此，冷擠壓成形的塑料模材料多選用低碳鋼或低碳合金鋼。若要求模具標(biāo)準(zhǔn)件表面具有一定的耐磨性，在冷擠壓成形后，可進(jìn)行表面滲碳、淬火、回火處理。

對用鑄造方法成形的塑料模，可選用鋁合金、鋅合金、青銅或鑄鐵，這些金屬材料具有良好的鑄造性能。特別是鋁硅合金和鋅基合金這兩種金屬材料不但熔點低，而且流動性好，甚至用石膏作鑄型也能獲得尺寸精確的塑料模。

對于用超塑性方法成形的塑料模，應(yīng)盡量選用共晶合金或共析合金，這些合金由兩相組成，當(dāng)兩相的體積分?jǐn)?shù)接近且第二相細(xì)小時，該合金具有良好的超塑性，如Zn-22Al和T8鋼。對于能獲得極細(xì)晶粒的合金如LC9和45鋼等，通過晶粒細(xì)化后也具有良好的超塑性。具有超塑形的合金，在一定的溫度下，以比較低的應(yīng)變速率進(jìn)行擠壓就可得到形狀復(fù)雜的塑料模。

對于用切削加工或電加工成形的塑料模而言，對模具材料的選擇似乎無特殊要求，但對于用切削加工成形的塑料模而言，若材料的切削加工性良好，那么模具的加工費用就可降低，制造周期可大大縮短;對于電加工成形的塑料模而言，要求模具材料具有良好的導(dǎo)電性。

（二）按服役條件選材

成形ABS、聚氯乙烯或聚四氟乙烯等塑料時，這些塑料會分解產(chǎn)生具有腐蝕性的氣體而對塑料膜產(chǎn)生腐蝕。因此，與這類塑料直接接觸的塑料模應(yīng)具有良好的耐腐蝕性。馬氏體不銹鋼（2Cr13、3Cr13）、時效硬化不銹鋼（17-4PH）和馬氏體時效鋼（18Ni），都具有良好的耐腐蝕性。因此，成形這類塑料的模具，應(yīng)選擇以上鋼種，或者對用普通材料制造的塑料模進(jìn)行鍍鉻或鍍其他耐腐蝕的金屬。

在成形添加有玻璃纖維或石英粉等硬質(zhì)材料的塑料時，由于添加物的硬度高和使塑料的流動性下降，會使塑料模產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損。因此，成形這類塑料的模具材料多選用能淬火得到高硬度的工模具鋼，如T10A、9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr12MoV等等。若選用碳含量不高的鋼，則應(yīng)進(jìn)行滲碳淬火處理。

隨著高速成形機(jī)械的出現(xiàn)，塑料制品的生產(chǎn)速度越來越高，一般情況下塑料的成形溫度在200～350°C之間;若是高速成形，則模具表面的溫度在短時間內(nèi)會超過400°C.為了保證塑料模的使用精度并防止塑料制品在脫模后由于溫度過高而產(chǎn)生變形，塑料模材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性。為此，可選用高強(qiáng)度鋁合金

（如LC9）來制造塑料模。

（三）按制品的質(zhì)量要求選材

成形透明塑料制品的模具，要求模具材料具有較高的鏡面加工性，因此，要求模具材料能淬成高硬度，材料中的非金屬夾雜物和氣孔要極少，而且其纖維組織也要均勻。這時應(yīng)選用能淬成高硬度的超純凈鋼，如4Cr5MoSiV1、17-4PH、18Ni馬氏體時效鋼等。

許多塑料制品都要求其表面具有美麗的裝飾花紋，為此，要求塑料模材料具有良好的裝飾紋加工性。顯微組織均勻且不含非金屬夾雜物的模具鋼就具有良好的裝飾紋加工性。

在成形塑料磁體時，為了在某一方向得到優(yōu)異的磁性能，需要選用奧氏體無磁模具鋼制造模具。

有的塑料制品要求具有很高的尺寸精度，這時，應(yīng)選用熱膨脹系數(shù)小且在熱處理過程中變形小的模具鋼，18Ni馬氏體時效鋼就具有這些特性，其不足之處是價格昂貴。若選用Cr12MoV鋼，在淬火后進(jìn)行深冷處理，也可達(dá)到同樣的目的。

（四）按塑料制品批量選材

由于用戶的興趣愛好不同，現(xiàn)在，塑料制品正在向小批量多品種方向發(fā)展。對于成形批量小的塑料制品的塑料模，一般選用鋁合金、鋅合金或普通碳鋼;對于成形批量大的塑料制品的塑料模，應(yīng)根據(jù)其服役條件和對模具質(zhì)量的要求來選材，一般選用高級鋼制造塑料模。

（五）按塑料模的失效方式選材

如前所述，塑料模的失效方式有腐蝕、磨損、變形和開裂等4種。對于不同的失效形式，應(yīng)選擇不同的模具材料。

因腐蝕而失效的塑料模，模具材料應(yīng)選擇馬氏體不銹鋼（2Cr13、3Cr13）、沉淀硬化不銹鋼（17-4PH）、18Ni馬氏體時效鋼或鎳基超合金，若選擇普通模具鋼則應(yīng)鍍鉻或鍍其他耐腐蝕的金屬。

對于因磨損而失效的塑料模，應(yīng)選擇能淬成高硬度的碳素工具鋼、合金工具鋼或者高速工具鋼，為了進(jìn)一步提高小型塑料模的耐磨性，也可選擇硬質(zhì)合金來制造塑料模。

塑料模變形大多是因模具材料在長期服役過程中尺寸穩(wěn)定性較差而造成的。鋼中的殘余奧氏體發(fā)生相變是導(dǎo)致鋼制塑料模尺寸穩(wěn)定性較差的原因;此外，塑料模內(nèi)的殘余應(yīng)力逐漸釋放，也會導(dǎo)致塑料模的尺寸或形狀發(fā)生變化，這時，選擇預(yù)硬鋼或經(jīng)過深冷處理的Cr12MoV鋼來制造塑料模是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

塑料模的開裂除與其設(shè)計不當(dāng)有關(guān)外，塑料模在制造過程中產(chǎn)生脆化或殘留較大的殘余應(yīng)力也是重要因素，這時應(yīng)根據(jù)具體原因采取相應(yīng)的措施。

（六）按塑料模的交貨期選材

由于市場競爭，用戶要求塑料模的交貨期越短越好。對于用切削加工成形的塑料模而言，模具材料切削加工性的好壞成了左右塑料模交貨期的主要因素。采用鑄造尤其是精鑄方法制造塑料模是縮短加工周期的好方法，鋁合金和鋅合金特別適于精鑄塑料模。對于鋼制塑料模，若選用易切削預(yù)硬鋼，制模周期可以大大縮短。

總之，適于制造塑料模的材料種類較多，選用時應(yīng)根據(jù)具體生產(chǎn)情況、成本要求等條件，結(jié)合以上原則，綜合考慮，選用適當(dāng)?shù)乃芰夏２牧?。（作者單位：延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院）