模具材料的选择原则

刘卫旗

一、冷冲模的材料选择

冷沖模常用的材料主要有碳素钢、合金钢、硬质合金和铸铁等。

（一）凸模、凹模、凸凹模的材料选择

小型或形状简单的冷冲模的凸模、凹模、凸凹模，当生产批量较小时，常选用碳素工具钢，如T8A、T10A等，经淬火、低温回火，获得高硬度;当生产批量较大时，常选用合金工具钢，如Cr12、CrWM、9SiCr、9Mn2V等，经淬火、低温回火，获得高硬度;当大批量生产时，可采用硬质合金，如YG15、YG20。

大型或形状复杂的冷冲模的凸模、凹模、凸凹模，为减小热处理变形，避免淬火开裂，常选用合金工具钢Cr12MoV。

精密冲裁的冷冲模的凸模、凹模、凸凹模，可选用合金工具钢C12MoV或高速工具钢W18CrV。

（二）模架的材料选择

导柱、导套的材料，可选用20钢，经渗碳、淬火、低温回火;或GCr15经淬火、低温回火，获得高硬度。

模柄的材料选用45钢或Q215钢。

上、下模座的材料，可选用HT200-400、ZG45、Q215、Q235或45钢经调质处理。

（三）辅助零件的材料选择

固定板、卸料板、推件板、顶板、侧压板、挡块等零件，可选用45钢，经淬火、低温回火。

垫板，当轻载时，选用45钢，经淬火、低温回火;当重载时，选用T7A、9Mn2V、CrWMn、Cr12MoV等，经淬火、低温回火。

顶杆、推杆、拉杆，当轻载时，选用45钢，经淬火、低温回火;当重载时，选用CrWMn，经淬火、低温回火。

二、塑料模的材料选择

塑料模常用的材料主要有碳素钢、合金钢，此外，还包括铜合金、铝合金和锌合金。

（一）按加工方式选择

塑料模的种类繁多，其成形加工方法各有不同。一般的塑料模可通过冷挤压成形、超塑性成形、铸造成形、切削加工成形以及通过电加工成形等等，但大多数塑料模都需通过切削加工进行成形。

形状简单的塑料模标准件是量大面广的消耗件，这类标准件多采用冷挤压成形。因此，冷挤压成形的塑料模材料多选用低碳钢或低碳合金钢。若要求模具标准件表面具有一定的耐磨性，在冷挤压成形后，可进行表面渗碳、淬火、回火处理。

对用铸造方法成形的塑料模，可选用铝合金、锌合金、青铜或铸铁，这些金属材料具有良好的铸造性能。特别是铝硅合金和锌基合金这两种金属材料不但熔点低，而且流动性好，甚至用石膏作铸型也能获得尺寸精确的塑料模。

对于用超塑性方法成形的塑料模，应尽量选用共晶合金或共析合金，这些合金由两相组成，当两相的体积分数接近且第二相细小时，该合金具有良好的超塑性，如Zn-22Al和T8钢。对于能获得极细晶粒的合金如LC9和45钢等，通过晶粒细化后也具有良好的超塑性。具有超塑形的合金，在一定的温度下，以比较低的应变速率进行挤压就可得到形状复杂的塑料模。

对于用切削加工或电加工成形的塑料模而言，对模具材料的选择似乎无特殊要求，但对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，那么模具的加工费用就可降低，制造周期可大大缩短;对于电加工成形的塑料模而言，要求模具材料具有良好的导电性。

（二）按服役条件选材

成形ABS、聚氯乙烯或聚四氟乙烯等塑料时，这些塑料会分解产生具有腐蚀性的气体而对塑料膜产生腐蚀。因此，与这类塑料直接接触的塑料模应具有良好的耐腐蚀性。马氏体不锈钢（2Cr13、3Cr13）、时效硬化不锈钢（17-4PH）和马氏体时效钢（18Ni），都具有良好的耐腐蚀性。因此，成形这类塑料的模具，应选择以上钢种，或者对用普通材料制造的塑料模进行镀铬或镀其他耐腐蚀的金属。

在成形添加有玻璃纤维或石英粉等硬质材料的塑料时，由于添加物的硬度高和使塑料的流动性下降，会使塑料模产生严重的磨损。因此，成形这类塑料的模具材料多选用能淬火得到高硬度的工模具钢，如T10A、9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr12MoV等等。若选用碳含量不高的钢，则应进行渗碳淬火处理。

随着高速成形机械的出现，塑料制品的生产速度越来越高，一般情况下塑料的成形温度在200～350°C之间;若是高速成形，则模具表面的温度在短时间内会超过400°C.为了保证塑料模的使用精度并防止塑料制品在脱模后由于温度过高而产生变形，塑料模材料应具有良好的导热性。为此，可选用高强度铝合金

（如LC9）来制造塑料模。

（三）按制品的质量要求选材

成形透明塑料制品的模具，要求模具材料具有较高的镜面加工性，因此，要求模具材料能淬成高硬度，材料中的非金属夹杂物和气孔要极少，而且其纤维组织也要均匀。这时应选用能淬成高硬度的超纯净钢，如4Cr5MoSiV1、17-4PH、18Ni马氏体时效钢等。

许多塑料制品都要求其表面具有美丽的装饰花纹，为此，要求塑料模材料具有良好的装饰纹加工性。显微组织均匀且不含非金属夹杂物的模具钢就具有良好的装饰纹加工性。

在成形塑料磁体时，为了在某一方向得到优异的磁性能，需要选用奥氏体无磁模具钢制造模具。

有的塑料制品要求具有很高的尺寸精度，这时，应选用热膨胀系数小且在热处理过程中变形小的模具钢，18Ni马氏体时效钢就具有这些特性，其不足之处是价格昂贵。若选用Cr12MoV钢，在淬火后进行深冷处理，也可达到同样的目的。

（四）按塑料制品批量选材

由于用户的兴趣爱好不同，现在，塑料制品正在向小批量多品种方向发展。对于成形批量小的塑料制品的塑料模，一般选用铝合金、锌合金或普通碳钢;对于成形批量大的塑料制品的塑料模，应根据其服役条件和对模具质量的要求来选材，一般选用高级钢制造塑料模。

（五）按塑料模的失效方式选材

如前所述，塑料模的失效方式有腐蚀、磨损、变形和开裂等4种。对于不同的失效形式，应选择不同的模具材料。

因腐蚀而失效的塑料模，模具材料应选择马氏体不锈钢（2Cr13、3Cr13）、沉淀硬化不锈钢（17-4PH）、18Ni马氏体时效钢或镍基超合金，若选择普通模具钢则应镀铬或镀其他耐腐蚀的金属。

对于因磨损而失效的塑料模，应选择能淬成高硬度的碳素工具钢、合金工具钢或者高速工具钢，为了进一步提高小型塑料模的耐磨性，也可选择硬质合金来制造塑料模。

塑料模变形大多是因模具材料在长期服役过程中尺寸稳定性较差而造成的。钢中的残余奥氏体发生相变是导致钢制塑料模尺寸稳定性较差的原因;此外，塑料模内的残余应力逐渐释放，也会导致塑料模的尺寸或形状发生变化，这时，选择预硬钢或经过深冷处理的Cr12MoV钢来制造塑料模是恰当的。

塑料模的开裂除与其设计不当有关外，塑料模在制造过程中产生脆化或残留较大的残余应力也是重要因素，这时应根据具体原因采取相应的措施。

（六）按塑料模的交货期选材

由于市场竞争，用户要求塑料模的交货期越短越好。对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坏成了左右塑料模交货期的主要因素。采用铸造尤其是精铸方法制造塑料模是缩短加工周期的好方法，铝合金和锌合金特别适于精铸塑料模。对于钢制塑料模，若选用易切削预硬钢，制模周期可以大大缩短。

总之，适于制造塑料模的材料种类较多，选用时应根据具体生产情况、成本要求等条件，结合以上原则，综合考虑，选用适当的塑料模材料。（作者单位：延安大学西安创新学院）