冷冲模材料与热处理

冷冲模材料与热处理

冷冲模,冷作模工作零件常用材料及热处理

模具类型

常用材料

热处理

硬度（HRC）

凹模凸模

冲裁模

形状简单、冲裁板料厚度＜3mm

T8A、T10A、9Mn2V、Cr6WV、GCr15、45#喜

淬火、回火

58~62

58~62

形状复杂、冲裁板料厚度＞3mm，要求耐磨性高CrWMn、9SiCr、Cr12、Cr12MoV、Cr4W2MoV

D2

淬火、回火

58~62

58~62

弯曲模

一般弯曲模

T8A、T10A

淬火、回火

54~58

56~60

要求耐磨性高、形状复杂、生产批量大的弯曲模CrWMn、Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1

淬火、回火

58~62

58~62

热弯曲模

5CrNiMo、5CrMnMo

H13、3Cr2W8V

淬火、回火

48~52

48~52

拉伸模

一般拉伸模

T8A、T10A、GCr15

淬火、回火

55~58

55~58

要求耐磨性高、生产批量大的拉伸模

Cr12、Cr12MoV、YG8、YG15、D2

冷作模

紧固件行业冷作模具主要完成金属或非金属材料的冲裁、弯曲、拉深、镦锻、挤压等工序，制作成各种螺栓、螺钉、螺母、垫片、销、铆钉等。由于加载形式和被加工材料力学性能不同，各种模具的工作条件差别很大，故失效形式也不相同。在以上模具中，模具工作条件最为恶劣的是镦锻模、挤压模，其次是厚板小孔冲裁模。

2. 冷作模具的失效

镦锻模、挤压模主要用于螺栓、螺母、异型件的制造。它用于金属体积成形。成形模具所受的载荷轻重根据工作形状、尺寸、变形量

以及变形材料的力学性能的不同而不同。

在生产中由于变形金属在模具型腔中剧烈流动产生严重摩擦，致使模具表面温度瞬时达到400 ℃，要求这类模具型腔能承受较大压力、张力和摩擦力，不开裂，不变形，不磨损。

对于冲裁模，它要求刃口在板料冲裁（锥垫、带齿垫片等）过程中保持锋利与完整，不崩刃、不变形、耐磨损，冲头尤其具有高的强韧性和耐磨性。

在生产中常见模具失效形式有以下几类：

(1)断裂失效模具在使用中突然出现大裂纹或发生破损而失效。如冲裁模崩刃，冷挤压模和冷镦模的冲头断裂，凹模破裂。在冷镦模、冷挤压模工作时，由于成形力大，在金属变形过程中模具表面的瞬时温度很高，造成温度循环，也加速疲劳裂纹产生。

(2)变形失效如凸模镦粗、弯曲、凹模型腔下沉塌陷、棱角堆塌、模孔胀大等。

(3)磨损失效如厚板冲裁模刃口、冷镦冷挤模型腔尺寸超差。

3. 材料选择及热处理

选择模具材料首先要了解模具钢的材质成分、性能，模具的使用条件以及模具失效形式，针对性地选材。

3.1 冲裁模

冲裁模刃口承受的剪切力大，摩擦发热严重，易磨损。凸模易产生崩刃、折断等。对于批量较大的厚板冲裁模可选用W18Cr4V 钢W6Mo5Cr4V2 钢制作凸模，用Cr12MoV 钢制作凹模，这类钢耐磨性

抗压强度较好，基本能满足使用要求，但韧性较低、碳化物分布不均匀，使模具易断裂及崩刃，模具寿命也不理想。目前，紧固件企业多数使用了基体钢（LD 、65Nb 等），低合金高强度钢（GD ），降碳高速钢（6W6Mo5Cr4V ），火焰淬火钢（7CrSiMnMoN ）等。

基体钢由于有较高的强韧性，克服了Cr12MoV 钢脆断倾向，使冲裁模寿命显著提高。

表1 新旧模具材料寿命对照表

钢号被加工材料模具硬度／HRC 平均寿命／件

寿命提高（倍）

Cr12MoV Q235

t ＝2.1 ～2.4mm 58 ～62 14000 ～16000 ――65Nb 57 ～59 35000 ～70000 2.5 ～4.3

CD 65Mn

t ＝1.8 ～2.1mm 58 ～60 47000 ～88000

3.3 ～5.5

LD 10 ＃钢

t ＝2.6 ～3.5mm 58 ～62 22000 ～46000

1.5 ～

2.8

3.2 冷镦模

冷镦模工作时，凸模必须承受强烈的冲击力，其最大压应力可达

到2500N/mm2, 一般低合金工具钢是不能承受的，必须采用高强韧性合金工具钢和硬质合金制造。

对于冷镦六角螺栓，六角螺母冷作模具，应采用高强韧、高耐磨性模具钢65Nb ，LD ，GM ，LM ，6W6Mo5Cr4V 钢。这类钢强韧很高，耐磨性稍次。如在冷镦模表面实施强化处理，如PVD 物理气相氮化钛涂层，气体氮碳共渗、液体氮碳共渗、硼――碳复合渗等，就可明显提高冷作模具耐磨性。

硬质合金是用粉末冶金方法制造的复合材料，其硬度很高、耐磨性好，用于制作冷镦模具，其使用寿命可提高数倍和数百倍。如六角螺栓冷镦模芯、缩径模套寿命可达20 万～50 万件，但其较脆，韧性较差，且不能进行车、铣，只宜磨削加工。

常用牌号YG20 、YG15 。

表2 硬质合金的化学成分

牌号组成（％）性能

WC CO 硬度HRC 抗弯强度／Mpa 抗压强度／Mpa

YG15 85 15 86~88 1800 ～2200 3900

YG20 80 20 83~86 2000 ～2600 3400

YG25 75 25 82 ～84 1800 ～2700 3200

钢结构硬质合金是以碳化物为硬质相、钢作粘结相形成的复合材料，钢结硬质合金有良好的耐磨性，其强度和韧性高于硬质合金，并