模具的使用寿命与模具材料选用及其处理

谢魁

（成都西南铁路物资公司 四川成都 610051）

模具的使用寿命与模具材料选用及其处理

谢魁

（成都西南铁路物资公司 四川成都 610051）

在现如今的加工工艺中，模具被大范围的应用其中。但是模具的使用使命是具有一定限制的，它会受到许多因素的影响，包含模具的工艺流程以及用钢情况等方面。然而更需要注意的是材料的选取及其处理跟模具使用寿命之间的紧密关联，这样才能够提升模具的使用寿命，给企业带来更好的发展前景。

模具；使用寿命；材料选用；处理

1 引言

随着科学技术的不断发展，21世纪机械制造精加工的50%与粗加工的70%都需要利用塑性成型的办法来实现，模具是确保塑性成型的重要工艺设备，同时也是生产成型件不可或缺的工具，机械制造等工业部门对于模具的需求可以给模具行业的发展带来强有力的推力与良好的机遇。模具的寿命是成型件成本的关键构成部分，企业成型件在价格上的竞争归根结底就是模具使用寿命的竞争。影响模具使用寿命的关键因素包含：模具材料、模具结构、模具工作状态、模具加工质量以及产品零部件状况等。如何选取科学合理且常用的模具材料来提升模具的使用寿命已经成为了一项非常重要的课题。

2 模具的介绍

模具就是利用已经成型的工具来制造出所需要的不同构造与形状的部件，以此来满足生产的需要。模具的重要作用就是利用改变加工部件的外在形状来完成产品外形的制造，需要采取外力开展铸造、冲压、挤压等流程，最后制造出想要的形状与尺寸的物品。所以，模具的设置、样式与全部生产过程都会起到直接的作用，需要从各个角度来铸造模具，增长模具的使用寿命。在制造企业的全部过程都无法离开模具，特别是在塑性成型的生产过程当中，模具作为一种非常重要的工具被更多的应用于工业制造中。与此同时，因为市场的发展对模具的应用带来了更为宽泛的市场，模具的寿命在某些程度来说对于将要生产的成本有着一定的影响。

3 模具材料的分类

模具的工作温度与受载类型的不同，对于模具钢的机械性要求是截然不同的。模具钢的机械性能指标重点是由热处理、冶炼质量以及成分组织所决定的。当前我国模具钢的构成大部分是高合金钢与合金钢。冶炼质量都是高级优质钢或者优质钢，成分不同的模具钢具备不一样的机械性能，相同构成的模具钢利用不同的处理方式可以获得不同的金属组织，也可以实现不一样的机械性能指标。结合模具钢不同的工作用处，通常模具材料可以划分为三大类：热作模具钢、冷作模具钢以及塑料模具钢。我国基本上已经形成了模具用钢的材料体系，各种钢结硬质合金以及各种模具钢等新型材料具有七十多种。其中Cr12MoV、5CrMnMo、Cr12、GCr15、3Cr2W8V、9SiCr、5CrNiMo、CrWMn 等钢种是模具制造过程中常见的材料，大约可以占到80%。

4 影响模具使用寿命的基本因素

许多要素都会影响到模具的使用寿命，其中包含模具的热处理工艺、模具机械加工、结构设计以及模具选材等。

4.1 模具选材

模具的选材对模具使用寿命有重要的影响，所以在选取模具材料时需要根据模具自身的使用功能与性能。对于许多冷冲模而言，需要首先想到的是钢的耐磨性、强度与韧性。就实际效果来说，钢的耐磨性、强度与韧性之间是成反相关的。多数情况下，模具会产生脆性开裂状况，这个时候需要选取强度比较低但是韧性更优的材料，还可以选用特殊定制的钢材。此外，也可以选取强度高、韧性好的钢来填补韧性不好的情况。但是如果同时需要具备耐磨性与韧性，不仅需要选取合适的模具材料，还需要通过改进加工性能、表面处理等几个方面来改进模具的耐磨性。

4.2 结构设计是否合理

通常来说，模具异常的情况大都是因为早期结构不科学使得模具变形发热失效而导致的。从模具的设计角度来说，截面过大以及圆角尖锐都需要尽可能避免，这都都非常容易引起模具的损坏与变形。倘若尖锐圆角无法避免的时候，需要通过把圆角加工放于最后热处理或者组合式来替代，这样能够从整体结构上来填补产生的缺陷。此外，截面面积能否确保均匀是避免模具开裂与变形的关键保障。在同样的情况下，许多形状复杂容易开裂的模具需要采取组合式，这样可以降低截面对于模具使用寿命的影响。

4.3 热处理的影响

在很多情况下，模具的早期失效是因为热处理不恰当引起的。热处理质量不达标、热处理技术不科学都会对模具的使用寿命产生不良的影响。据统计，热处理不当引起模具使用寿命早期失效的情况非常常见，大约能够达到70%。所以可以看到，科学合理的热处理技术跟模具的使用寿命关联是非常密切的。反之，热处理技术不成熟或者热处理不当等都将会直接或间接对模具的完整度与模具性能产生危害，对模具的使用寿命带来非常大的破坏作用。一般来说，热处理的方式重点包含以下几种：①淬火过热。晶粒增长主要是因为淬火过热引起的，这样会导致其韧性降低，将会使得模具更容易产生早期开裂的状况。②表面脱碳。模具通常都需要经过高温回火或者淬火，这个过程中倘若保护措施没有开展到位，就会导致其表现脱碳。如果脱碳层没有尽早除去，将会在很大程度上降低其耐磨性能，进而降低模具的使用寿命。③淬火裂纹。模具在淬火过程当中，极易产生裂纹。裂纹的产生一定会降低模具的疲劳寿命，更严重的会引起早期断裂，将会严重影响到模具的正常使用。④回火不充分。因为各种各样的原因，模具的回火流程会产生失误，引起模具的回火不充分。这样将会导致淬火余力留存在模具当中，导致模具的韧性降低，产生断裂。

5 不同类型模具材料使用选择原则及热处理状态

5.1 冷作模具钢

冷作模具钢通常用在制造让金属冷塑性变形的模具，比如冷锻模、冷挤压模以及冷冲模等等。在工作中会承担很大的摩擦力、弯曲力、冲击荷载以及压力，所以冷作模具需要具备较高的硬度，足够的强度以及良好的耐磨性。韧性合金的加入提升了模具钢的淬透性，毛培通常需要锻造，然后开展球化退火。模具成品热处理的工艺通常为中温盐浴淬火加上低温回火，金相组织是回火马氏体，具备较好的耐磨性与韧性，能够在很大程度上提升冷作模具的使用寿命，通常用在批量大、形状复杂零部件的冷作模具工作材料。高碳高合金模具钢，具备很好的耐磨性，但是它们都是莱氏体钢，组织当中具有众多的共晶碳化物，热加工性能较差，容易炸裂。因为原材料当中都存在带状、网状碳化物与组织偏析等不足，毛培必须要开展反复的锻造，保证击碎较大块的共晶碳化物，在锻造之后都要进行球化退火，而且需要将碳化物偏析限制在低于3级。此外，模具成品的热处理采取高温盐浴快速加热淬火与低温回火方式，淬火的温度大致为1200℃，保温时长大致为10min。

5.2 热作模具钢

热作模具钢通常用在制造让金属在高温条件下塑性成型的模具，比如压铸模、热锻模以及热挤压模等。这些模具在工作当中要承担较大的冲击与压力，并且要经过反复冷却与加热，所以需要模具钢在高温条件下具备良好的耐热疲劳性以及充足的红硬性，常见的模具钢有3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo、5CrMnMo。5CrNiMo、5CrMnMo的工作温度大致在400℃可以满足各种工艺的成型加工。但是因为合金元素的含量比较低，材料的淬透性不够好，在模具超过250mm的时候，或许会淬不透，通常用在形状简单、产品批量小、尺寸较小等热作模具。近几年来，为了填补该两类材料的缺陷，在该基础之上，研制出了5Cr2NiMoVS、4Cr2MoVNi、3Cr2MoVNi等新型材料，在经过渗氮处理之后其模具的寿命可以提高至原来的2.5倍以上。3Cr2W8V的工作温度大致在900℃，应用于尺寸比较小，批量制造的模具，是常用的压铸模具钢，有较高的强度和硬度、耐冷热疲劳性良好，且有较好的淬透性，但其韧性和塑性较差。适用制作高温、高应力下，不受冲击负荷的凸模、凹模，如压铸模、热挤压模、精锻模、有色金属成型模等。

6 结语

综上所述，许多因素都会影响到模具的使用寿命，在选取模具的材料与热处理等方面需要结合模具的使用寿命，多角度开展整体选取。所以要想提升模具的使用寿命，应该具备专业的技术人员在经过反复的试验之后选取最佳的加工工艺，以此来提升模具的使用寿命。

[1]赵昌盛，居建村.模具材料的选用与使用寿命[J].模具制造，2015（10）：34～35.

[2]赖华清．压铸模的失效形式及提高其使用寿命的途径[J].中国新技术新产品，2015（02）：29～30.

[3]杨淑君.模具材料选用、热处理与使用寿命[J].科技传播，2015（21）：48～49.

TG76

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1004-7344（2016）32-0306-02

2016-11-5