模具的使用壽命與模具材料選用及其處理

謝魁

（成都西南鐵路物資公司 四川成都 610051）

模具的使用壽命與模具材料選用及其處理

謝魁

（成都西南鐵路物資公司 四川成都 610051）

在現如今的加工工藝中，模具被大范圍的應用其中。但是模具的使用使命是具有一定限制的，它會受到許多因素的影響，包含模具的工藝流程以及用鋼情況等方面。然而更需要注意的是材料的選取及其處理跟模具使用壽命之間的緊密關聯，這樣才能夠提升模具的使用壽命，給企業帶來更好的發展前景。

模具；使用壽命；材料選用；處理

1 引言

隨著科學技術的不斷發展，21世紀機械制造精加工的50%與粗加工的70%都需要利用塑性成型的辦法來實現，模具是確保塑性成型的重要工藝設備，同時也是生產成型件不可或缺的工具，機械制造等工業部門對于模具的需求可以給模具行業的發展帶來強有力的推力與良好的機遇。模具的壽命是成型件成本的關鍵構成部分，企業成型件在價格上的競爭歸根結底就是模具使用壽命的競爭。影響模具使用壽命的關鍵因素包含：模具材料、模具結構、模具工作狀態、模具加工質量以及產品零部件狀況等。如何選取科學合理且常用的模具材料來提升模具的使用壽命已經成為了一項非常重要的課題。

2 模具的介紹

模具就是利用已經成型的工具來制造出所需要的不同構造與形狀的部件，以此來滿足生產的需要。模具的重要作用就是利用改變加工部件的外在形狀來完成產品外形的制造，需要采取外力開展鑄造、沖壓、擠壓等流程，最后制造出想要的形狀與尺寸的物品。所以，模具的設置、樣式與全部生產過程都會起到直接的作用，需要從各個角度來鑄造模具，增長模具的使用壽命。在制造企業的全部過程都無法離開模具，特別是在塑性成型的生產過程當中，模具作為一種非常重要的工具被更多的應用于工業制造中。與此同時，因為市場的發展對模具的應用帶來了更為寬泛的市場，模具的壽命在某些程度來說對于將要生產的成本有著一定的影響。

3 模具材料的分類

模具的工作溫度與受載類型的不同，對于模具鋼的機械性要求是截然不同的。模具鋼的機械性能指標重點是由熱處理、冶煉質量以及成分組織所決定的。當前我國模具鋼的構成大部分是高合金鋼與合金鋼。冶煉質量都是高級優質鋼或者優質鋼，成分不同的模具鋼具備不一樣的機械性能，相同構成的模具鋼利用不同的處理方式可以獲得不同的金屬組織，也可以實現不一樣的機械性能指標。結合模具鋼不同的工作用處，通常模具材料可以劃分為三大類：熱作模具鋼、冷作模具鋼以及塑料模具鋼。我國基本上已經形成了模具用鋼的材料體系，各種鋼結硬質合金以及各種模具鋼等新型材料具有七十多種。其中Cr12MoV、5CrMnMo、Cr12、GCr15、3Cr2W8V、9SiCr、5CrNiMo、CrWMn 等鋼種是模具制造過程中常見的材料，大約可以占到80%。

4 影響模具使用壽命的基本因素

許多要素都會影響到模具的使用壽命，其中包含模具的熱處理工藝、模具機械加工、結構設計以及模具選材等。

4.1 模具選材

模具的選材對模具使用壽命有重要的影響，所以在選取模具材料時需要根據模具自身的使用功能與性能。對于許多冷沖模而言，需要首先想到的是鋼的耐磨性、強度與韌性。就實際效果來說，鋼的耐磨性、強度與韌性之間是成反相關的。多數情況下，模具會產生脆性開裂狀況，這個時候需要選取強度比較低但是韌性更優的材料，還可以選用特殊定制的鋼材。此外，也可以選取強度高、韌性好的鋼來填補韌性不好的情況。但是如果同時需要具備耐磨性與韌性，不僅需要選取合適的模具材料，還需要通過改進加工性能、表面處理等幾個方面來改進模具的耐磨性。

4.2 結構設計是否合理

通常來說，模具異常的情況大都是因為早期結構不科學使得模具變形發熱失效而導致的。從模具的設計角度來說，截面過大以及圓角尖銳都需要盡可能避免，這都都非常容易引起模具的損壞與變形。倘若尖銳圓角無法避免的時候，需要通過把圓角加工放于最后熱處理或者組合式來替代，這樣能夠從整體結構上來填補產生的缺陷。此外，截面面積能否確保均勻是避免模具開裂與變形的關鍵保障。在同樣的情況下，許多形狀復雜容易開裂的模具需要采取組合式，這樣可以降低截面對于模具使用壽命的影響。

4.3 熱處理的影響

在很多情況下，模具的早期失效是因為熱處理不恰當引起的。熱處理質量不達標、熱處理技術不科學都會對模具的使用壽命產生不良的影響。據統計，熱處理不當引起模具使用壽命早期失效的情況非常常見，大約能夠達到70%。所以可以看到，科學合理的熱處理技術跟模具的使用壽命關聯是非常密切的。反之，熱處理技術不成熟或者熱處理不當等都將會直接或間接對模具的完整度與模具性能產生危害，對模具的使用壽命帶來非常大的破壞作用。一般來說，熱處理的方式重點包含以下幾種：①淬火過熱。晶粒增長主要是因為淬火過熱引起的，這樣會導致其韌性降低，將會使得模具更容易產生早期開裂的狀況。②表面脫碳。模具通常都需要經過高溫回火或者淬火，這個過程中倘若保護措施沒有開展到位，就會導致其表現脫碳。如果脫碳層沒有盡早除去，將會在很大程度上降低其耐磨性能，進而降低模具的使用壽命。③淬火裂紋。模具在淬火過程當中，極易產生裂紋。裂紋的產生一定會降低模具的疲勞壽命，更嚴重的會引起早期斷裂，將會嚴重影響到模具的正常使用。④回火不充分。因為各種各樣的原因，模具的回火流程會產生失誤，引起模具的回火不充分。這樣將會導致淬火余力留存在模具當中，導致模具的韌性降低，產生斷裂。

5 不同類型模具材料使用選擇原則及熱處理狀態

5.1 冷作模具鋼

冷作模具鋼通常用在制造讓金屬冷塑性變形的模具，比如冷鍛模、冷擠壓模以及冷沖模等等。在工作中會承擔很大的摩擦力、彎曲力、沖擊荷載以及壓力，所以冷作模具需要具備較高的硬度，足夠的強度以及良好的耐磨性。韌性合金的加入提升了模具鋼的淬透性，毛培通常需要鍛造，然后開展球化退火。模具成品熱處理的工藝通常為中溫鹽浴淬火加上低溫回火，金相組織是回火馬氏體，具備較好的耐磨性與韌性，能夠在很大程度上提升冷作模具的使用壽命，通常用在批量大、形狀復雜零部件的冷作模具工作材料。高碳高合金模具鋼，具備很好的耐磨性，但是它們都是萊氏體鋼，組織當中具有眾多的共晶碳化物，熱加工性能較差，容易炸裂。因為原材料當中都存在帶狀、網狀碳化物與組織偏析等不足，毛培必須要開展反復的鍛造，保證擊碎較大塊的共晶碳化物，在鍛造之后都要進行球化退火，而且需要將碳化物偏析限制在低于3級。此外，模具成品的熱處理采取高溫鹽浴快速加熱淬火與低溫回火方式，淬火的溫度大致為1200℃，保溫時長大致為10min。

5.2 熱作模具鋼

熱作模具鋼通常用在制造讓金屬在高溫條件下塑性成型的模具，比如壓鑄模、熱鍛模以及熱擠壓模等。這些模具在工作當中要承擔較大的沖擊與壓力，并且要經過反復冷卻與加熱，所以需要模具鋼在高溫條件下具備良好的耐熱疲勞性以及充足的紅硬性，常見的模具鋼有3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo、5CrMnMo。5CrNiMo、5CrMnMo的工作溫度大致在400℃可以滿足各種工藝的成型加工。但是因為合金元素的含量比較低，材料的淬透性不夠好，在模具超過250mm的時候，或許會淬不透，通常用在形狀簡單、產品批量小、尺寸較小等熱作模具。近幾年來，為了填補該兩類材料的缺陷，在該基礎之上，研制出了5Cr2NiMoVS、4Cr2MoVNi、3Cr2MoVNi等新型材料，在經過滲氮處理之后其模具的壽命可以提高至原來的2.5倍以上。3Cr2W8V的工作溫度大致在900℃，應用于尺寸比較小，批量制造的模具，是常用的壓鑄模具鋼，有較高的強度和硬度、耐冷熱疲勞性良好，且有較好的淬透性，但其韌性和塑性較差。適用制作高溫、高應力下，不受沖擊負荷的凸模、凹模，如壓鑄模、熱擠壓模、精鍛模、有色金屬成型模等。

6 結語

綜上所述，許多因素都會影響到模具的使用壽命，在選取模具的材料與熱處理等方面需要結合模具的使用壽命，多角度開展整體選取。所以要想提升模具的使用壽命，應該具備專業的技術人員在經過反復的試驗之后選取最佳的加工工藝，以此來提升模具的使用壽命。

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[3]楊淑君.模具材料選用、熱處理與使用壽命[J].科技傳播，2015（21）：48～49.

TG76

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1004-7344（2016）32-0306-02

2016-11-5