冲压模具材料的要求及选用.doc

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1、冲压模具材料的要求及选用冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、高压和拉伸、弯扭等负荷，甚至在较高的温度下工作（如冷挤压），工作条件复杂，易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因此，对模具工作零件材料的要求比普通零件高。 由于各类冲压模具的工作条件不同，所以对模具工作零件材料的要求也有所差异。 1.冲裁模材料的要求 对于薄板冲裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性和硬度，而对厚板冲裁 模除了 要求具有高的耐磨性、抗压屈服点外，为防止模具断裂或崩刃 ，还应具有高的断裂抗力、较高的抗弯强度和韧性。 2. 拉深模材料的要求 要求模具工作零件材料具有良好的抗粘附性（抗咬合性）、高的耐磨性和硬度、一定的强韧

2、性以及较好的切削加工性能，而且热处理时变形要小。 3. 冷挤压模材料 的要求 要求模具工作零件有高的强度和硬度、高耐磨性，为避免冲击折断，还要求有一定的韧性。由于挤压时会产生较大的升温，所以还应具有一定的耐热疲劳性和热硬性 11.2.2 冲压模具材料的种类及特性 制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、 钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳 高铬或中 铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、 钢结硬质合金 等等。 1. 碳素工具钢 在模具中应用较多的碳素工具钢为

3、T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。 2. 低合金工具钢 低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。 3. 高碳高铬工具钢 常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2），它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重 ，

4、必须进行反复镦拔 （轴向镦、径向拔）改 锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。 4. 高碳中铬工具钢 用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV 、Cr5MoV等，它们的含铬量较低， 共晶碳化物 少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。 5. 高速钢 高速钢具有模具钢中最高的 的 硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有 W18Cr4V（代号8-4-1）和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2（代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提高韧性开发的 降碳降钒 高速钢 6W6Mo5 Cr4V（

5、代号6W6或称低碳M2）。高速钢也需要改 锻 ，以改善其碳化物分布 。 6. 基体钢 在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强 韧性冷作模具钢 ，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代号LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代号012AL）等。 7. 硬质合金和钢结硬质合金 硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是 钨钴类 ，对冲击性

6、小而耐磨性要求高的模具，可选用 含钴量较低 的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用 含钴量较高 的硬质合金。 钢结硬质合金 是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、 钼 、钨、钒等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相 ，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金 的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。 钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达 68 73HRC。 11.2.3 冲压模具材料的选用及热处理要求 一. 冲裁模具材料的选用及热处理要求 选用冲裁模具材料应考虑工件生产的批量，若批量不大就没有

7、必要选择高寿命的模具材料；还应考虑被冲工件的材质，不同材质适用的模具材料亦有所不同。对于冲裁模具，耐磨性是决定模具寿命的重要因素，钢材的耐磨性取决于碳化物等硬质点相的状况和基体的硬度，两者的硬度越高，碳化物的数量越多，则耐磨性越好。常用冲压模具钢材耐磨性 的劣优依次 为碳素工具钢 合金工具钢 基体钢 高碳高铬钢 高速钢 钢结 硬质合金 硬质合金。 此外还必须考虑工件的厚度、形状、尺寸大小、精度要求等因素对模具材料选择的影响。 1.传统模具用钢 长期以来，国内薄板冲裁模用钢为 T10A 、 CrWMn 、9Mn2V、Cr12 和 Cr12MoV 等。 其中 T10A 为碳素工具钢，有一定强度和韧

8、性。但耐磨性不高，淬火容易变形及开裂，淬透性差，只适用于工件形状简单、尺寸小、数量少的冲裁模具。 T10A 碳素工具钢的热处理工艺为： 760810 水或油 淬， 160180 回火，硬度 5962HRC 。 CrWMn 、 9Mn2V 是高碳低合金钢种，淬火操作简便，淬透性优于碳素工具钢，变形易控制。但耐磨性和韧性仍较低，应用于中等批量、工件形状较复杂的冲裁模具。 CrWMn 钢的热处理工艺为：淬火温度 820840 油冷 ，回火温度 200 ，硬度 6062HRC 。 9Mn2V 钢的热处理工艺为：淬火温度 780820 油冷 ，回火温度 150200 ，空冷，硬度 6062HRC 。注意

9、 回火温度在 200300 范围有回火脆性和显著体积膨胀，应予避开。 Cr12 和 Cr12MoV 为高碳高铬钢，耐磨性较高，淬火时变形很小，淬透性好，可用于大批量生产的模具，如硅钢片冲裁模。但该类钢种存在碳化物不均匀性，易产生碳化物偏析，冲裁时容易出现崩 刃 或断裂。其中， Cr12 含碳量较高，碳化物分布不均比 Cr12MoV 严重，脆性更大一些。 Cr12 型钢的热处理工艺选择取决于模具的使用要求，当模具要求比较小的变形和一定韧性时，可采用低温淬火、回火（ Cr12 为 950980 淬火， 150200 回火； Cr12MoV 为 10201050 淬火， 180200 回火 ）。若要

10、提高模具的使用温度，改善其淬透性和红硬性，可采用高温淬火、回火 （ Cr12 为 10001100 淬火， 480500 回火； Cr12MoV 为 11101140 淬火， 500520 回火 ）。 高铬钢在 275375 区域有回火脆性，应予避免。 2.常用模具新钢种 为了弥补传统模具钢种性能的不足，国内开发或引进了以下性能较好的冲压模具用钢： （ 1 ） Cr12Mo1V1 （代号 D2 ）钢 为仿美国 ASTM 标准中的 D2 钢引进 的钢种，属 Cr12 型钢。由于 D2 钢中 Mo 、 V 含量增加，细化了晶粒，改善了碳化物的分布状况，因此 D2 钢的强韧性（冲击韧度、抗弯强度、挠

11、度）比 Cr12MoV 钢有所提高，耐磨性和抗回火稳定性也比 Cr12MoV 更高。可用深冷处理，提高硬度并改善尺寸稳定性。用 D2 钢制作的冲裁模具寿命要高于 Cr12MoV 钢模具。 D2 钢的锻造性能和热塑成形性比 Cr12MoV 钢略差，机械加工性能和热处理工艺与 Cr12 型钢相似。 （ 2 ） Cr6WV 钢 为高 耐磨微 变形高碳中铬钢，碳、铬含量均低于 Cr12 型钢，碳化物的分布状态较 Cr12MoV 均匀，具有良好的淬透性。热处理变形小，机械加工性能较好。抗弯强度、冲击韧度优于 Cr12MoV ， 只是耐磨性略低于 Cr12 型钢。用于承受较大冲击力的高硬度、高耐磨板料冲裁

12、模，其效果好于 Cr12 型钢。 钢的常用热处理工艺为：淬火温度9701 000，一般可热油或硝盐分级淬火冷却，尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后应立即回火，回火温度160210 ，硬度 58 62HRC。 （ 3 ） Cr4W2MoV 钢 也是高 耐磨微 变形高碳中铬钢，替代 Cr12 型钢而研制的钢种，碳化物均匀性好，耐磨性高于 Cr12MoV ，适于制作形状复杂、尺寸精度要求高的冲压模具，可用于硅钢片冲裁模。 Cr4W2MoV 钢的热处理工艺：要求强度、韧性较高时，采用低温淬火、低温回火工艺：淬火温度 960980 ，回火温度 280320 ，硬度 6062HRC 。要求热硬性和耐磨性较高

13、时，采用高温淬火、高温回火工艺：淬火温度 10201040 ，回火温度 50 0540 ，硬度 6062HRC 。 （ 4 ） 7CrSiMnMoV( 代号 CH-1) 钢 为 空淬微变形低合金钢、火焰淬火钢，可以利用火焰进行局部淬火，淬硬模具刃口部分。淬火温度（ 8001000 ），具有良好的淬透性和 淬硬性 （可达 60 HRC 以上），强度和韧性较高，崩 刃 后能补焊。可代替 CrWMn 、 Cr12MoV 钢，制作形状复杂的冲裁模。 CH-1 钢的推荐热处理工艺：淬火温度 900920 ， 油冷 ， 190200 回火 13 小时，硬度 5862 HRC 。 （ 5 ） 6CrNiSi

14、MnMoV( 代号 GD) 钢 为高韧性低合金钢，淬透性好，空淬变形小，耐磨性较高。其强韧性显著高于CrWMn 和 Cr12MoV 钢，不易崩刃或断裂。尤其适用于细长、薄片状 凸模及 大型、形状复杂、薄壁凸凹模。 GD 钢的推荐热处理工艺：淬火温度 870930 （ 900 最佳 ），盐浴炉加热（ 45s/mm ）， 油冷或 空冷、风冷 ， 175230 回火 2 小时，硬度 5862 HRC 。由于空冷即可淬硬 ，也可采用火焰加热淬火。 （ 6 ） 9Cr6W3Mo2V2( 代号 GM) 钢为高耐磨高强 韧 合金钢，各项工艺性能良好，其耐磨性、强韧性、加工性能均优于 Cr12 型钢，能够用于

15、高速压力机冲压下的多工位 级进模等 精密模具，是较理想的耐磨、精密冲压模具用钢。 GM 钢的热处理工艺：淬火温度 10801120 ，硬度 6466HRC 。 回火温度 540560 ，回火二次。 （ 7 ） Cr8MoWV3Si ( 代号 ER5) 钢 属高耐磨高强韧合金钢，具有较好的电火花加工性能，强度、韧性、耐磨性都优于 Cr12 型钢，适用于大型精密冲压模具。用于硅钢片冲裁模，一次 刃 磨寿命为 21 万次，总寿命高达 360 万次，是目前合金钢冲模冲裁硅钢片的较高寿命水平。 ER5 钢的推荐热处理工艺：对高耐磨性、高强韧性的模具，采用 1150 淬火， 520530 回火 3 次； 对重载服役条件下的模具，采用 11201130 淬火， 550 回火 3 次。 3 硬质合金及钢结硬质合金 当工件的批量极大时，可以考虑选用硬度和耐磨性比各类模具钢种更高的硬质合金 或钢结硬质合金 。用作模具材料的硬质合金为 钨钴类 ，随着 含钴量的增加，韧性及抗弯强度提高而硬度降低。对于承受冲击力较小的模具，可以选用 含钴量较低 的 YG10X ；承受冲击力中等或较大的模具，可以选用含