浅谈模具材料的选择与应用

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　　摘 要：現阶段模具成型技术已成为一种常用的生产加工方式，模具作为该成型技术的核心部件，直接关系到生产效率、产品质量和加工成本。本文从模具的分类、性能、热处理及寿命等方面进行介绍，从实际生产需求出发，分析如何选择模具材料及加工工艺，提高模具使用寿命。
　　关键词：模具钢材料;模具分类;热处理;模具寿命;模具性能
　　随着制造业的不断发展，人们对产品生产质量和生产效率的要求也不断提高。模具成型技术作为现阶段常用的生产加工工艺，受到各行各业的追捧。比如，板材冲压、合金压铸、粉末冶金、塑料注塑、硅胶注塑、吹塑等都属于模具成型技术的范畴。该工艺生产效率高，产品一致性强，加工成本低，是其它生产加工工艺所无法比拟的。模具材料是模具成型技术最基础、最关键、最核心的源头，模具材料的选择与后期的产品质量、生产效率及模具寿命有直接的关系。近年来我们模具成型水平发展迅速，模具材料的合理选择及优化逐渐被大家关注，本文从模具的分类和性能、模具的热处理工艺、模具的使用寿命等方面进行介绍，从实际生产需求出发，分析如何保证产品质量和提高模具寿命。
　　1 模具概述
　　模具成型技术一种是通过把熔融或熔化的产品材料注入到模具的型腔内，通过自然冷却或人工干预冷却使材料凝固;还有一种是使用模具的外形把可进行拉伸的材料挤压成型，该工艺基本能够满足各类零件的生产加工。模具的质量直接影响产品的质量，是产品成型的母体。一副模具主要由上模、下模及配套的抽芯、滑块、顶针等组成。模具设计复杂且造价高，其材料、结构、质量都直接影响模具的使用寿命。
　　2 模具分类
　　根据模具的实际工作环境和加工工艺，模具材料主要可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三种。
　　冷作模具工作在常温条件下，主要应用于板材冲压、粉末冶金等领域，使用模具的外形或内腔形状进行压型，需要模具本身具有良好的强度、韧性及耐磨性。冷作模具钢通常使用高碳合金钢，针对产品和模具的性能质量要求不同，合金的占比也不同。高碳高合金模具钢直接进行加工时容易出现崩裂，所以原材料一般先进行镦拔再进行退火处理，成品模具需要进行淬火回火处理，该类模具通常具有很强的耐磨性。高碳低合金模具钢在生产之前需要对其进行锻造退火处理，因为加入了合金元素使模具有更强的韧性，可以提高模具使用寿命。
　　热作模具钢通常与熔融的金属熔液接触，工作温度可达到500℃左右，在工作过程中模具不仅受到金属熔液的冲击、腐蚀，还需要不断的被加热和冷却，所以模具本身需要具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、抗疲劳等特性。早期的热作模具因为工艺限制，只能加工结构简单，尺寸较小的产品，后来随着加工工艺的不断优化，对模具材料进行非物理处理，使得模具具有热硬性，大大提高了模具的应用范围。
　　塑料模具钢主要用于生产加工塑料产品，该模具钢主要分为预硬钢、时效硬化钢和冷挤压模具钢。预硬钢纯度较高，通常要经过预先调质，使得模具材料易加工成型;时效硬化钢在经过热处理后需进行搁置处理，使其自身晶相发生变化，这种模具钢经过加工处理后精度高、硬度强，适合结构复杂的模具;冷挤压模具钢顾名思义，就是在初始状态下具有良好的塑形，可通过冷挤压的方式进行加工，再进行热处理。
　　3 模具性能
　　模具钢的强度、硬度、韧性、疲劳性、抗腐蚀性等是评价模具材料优劣的关键指标。各类模具因为工作环境不同，对材料的要求也不相同。同类型的模具，还要考虑使用寿命、产品批量、尺寸精度等因素，材料选择上根据实际需求，合理调整模具钢的元素含量、加工工艺和热处理工艺，使模具材料的综合性能配比达到最佳状态，在提高模具使用寿命的同时，避免质量过剩浪费。
　　合金压铸模具考虑到实际工作温度的因素，一般选用热疲劳性能和耐腐蚀性能较高的材料;冲压、粉末冶金等模具考虑到受到频繁冲击的影响，通常选用硬度高，耐磨性好的材料;塑料注塑模具一般对产品表面质量要求较高，多选用韧性好、耐腐蚀性高且容易加工的材料。总之，合理配置资源，根据实际情况匹配模具材料。
　　4 热处理工艺
　　模具的使用寿命和综合性能除了和模具材料有关系之外，和模具的热处理工艺也有很大关系，模具的热处理主要包括退火、回火和淬火等工艺。
　　在模具加工之前或加工之后，通常需要经过热处理调整模具材料的成分和组织，提高内部晶粒的细化程度，经过热处理的模具在一定程度上可提高模具材料的强度、韧性和塑性。热处理不当会导致模具早期出现局部磨损、氧化、脱皮、龟裂等缺陷，降低模具的使用寿命。只有根据模具材料本身的特性，制定相应热处理工艺，通过热处理使组织结构更稳定，才能提高产品质量和模具寿命。
　　5 模具寿命
　　模具材料较贵、结构复杂、加工耗时，成品模具整体造价很高。对于非量产的模具，对寿命要求不高，通常选用易加工的一般材料。对于需要持久使用的模具，通常要考虑尺寸精度、批量大小和内部结构等因素。
　　对于高精度产品，模具的加工精度也相应较高，加工工序和工时会增加模具成本，一般选用综合性能良好的材料进行加工，提高模具的使用寿命。一副高质量的模具可以使用上万次甚至几十万次，比如粉末冶金模具，注塑模具等。
　　产品批量也是模具材料选择的一个重要指标，一般新产品开发模具选用普通模具钢，因为要考虑到结构优化，后期产量等问题，待产品质量稳定并进入稳定增长期时候，可选用高性能模具材料。
　　另外产品结构直接影响模具结构的复杂程度，与高精度模具类似，考虑到模具成本的问题一般选用优质模具钢。
　　6 结语
　　模具的使用寿命与模具材料、热处理工艺等有直接的关系。根据模具用途及寿命要求，合理选择模具钢材料和热处理工艺，同时考虑加工成本问题，避免质量过剩。通过不断优化模具的生产加工工艺，提高模具的整体质量水平，进一步推动制造业的发展。
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