冷作模具钢的分类以及主要运用

 下料冲孔模具用钢

主要用于制造对金属或非金属板材进行下料、冲孔用的凸模和

凹模。当薄板放在凸模、凹模之间进行冲裁时，薄板在最初阶段产

生变形，随着变形量的增加，薄板的下侧表面因受到大的拉应力而

产生开裂。在使用过程中，随着凹模和凸模的磨损量的增加，其刃

部的尖角逐步变为圆角，导致薄板下侧产生的拉应力降低，薄板厚

度方向受到压缩，增加了被冲裁板料的加工硬化和变形、延迟了板

料产生裂纹的时间，坯料切断后，其断口周围产生毛刺，随着模具

磨损量的增加，工件的毛刺高度增加，当毛刺高度超过规定要求时

，模具就需要更换或返修。

下料冲孔模具用钢，一般根据被加工工件的材料种类、厚度、

生产工件的批量和模具的尺寸精度、形状复杂程度等因素选择钢材。

当冲压低硬度的纸板，塑料板，铝、镁合金板，铜合金板时，

如果冲裁产品批量不大，可选用碳素工具钢；批量较多时，可选用

CrWMn、9CrWMn、7CrSiMnMoV等低合金钢，淬回火硬度为HRC

62~64；生产批量达到100万件，可选用Cr12、Cr12MoV、Cr5Mo1V、

Cr5Mo1V、7Cr7Mo2V2Si等钢号，淬回火硬度为HRC61~63；当生产

批量超过100万件时，可选用高速钢、超硬高速或硬质合金制造模具。

当冲压强度高、变形抗力大的碳素钢板、硅钢钢板、不锈钢板时，

要根据材料的强度、厚度、变形抗力，选择合金含量更高、耐磨性更

好的高一档模具钢。

    对截面尺寸较大的模具，要选用合金元素含量较高、淬透性好的

模具钢。

冷镦模具用钢

很多紧固件是采用冷镦模具形成的。冷镦模具承受剧烈的冲压载

荷，其凹模表面承受很高的压应力。要求模具材料具有较高的强度、

韧性和耐磨性。

冷镦模具在热处理后，表面必须具有高的硬度而心部必须具有良

好的韧性，这样，表面有一定的压应力可以抵消在冷镦过程中承受的

应力。

用于生产工件批量不大的冷镦模具，一般选择碳素工具钢或低合

金冷作模具钢，对模具型腔表面进行局部淬火，使型腔表面硬度达到

HRC60左右，而模具心5硬度为HRC35~45左右。应根据模具的截面

尺寸，选择具有一定淬透性的模具钢，以得到比较理想的淬硬层深度。

淬硬层过浅，可能造成使用中型腔塌陷；硬化层过深，可能使模具在使

用过程中出现开裂现象。

对于要求使用寿命长的冷镦模具，则采用高合金模具钢（如Cr5

Mo1V，Cr12，Cr12MoV，7CrMo2V2Si等）、高速钢（如W6M

o5Cr4V2，W18Cr4V，粉末高速钢等）、钢结硬质合金或钴含量较

高韧性好的硬质合金制造。为了使模具能承受较高的冲击载荷，一

般采用镶块式模具结构。模具外套采用高韧性的合金结构钢或4Cr5

MoSiV1等热作模具钢制造，热处理后的硬度为HRC45左右。高硬

度冷镦模具镶块采用高合金模具材料制造，用冷压或热压法镶入外套

，使之紧密接触，外套对内套造成一定的压应力，以改善模具的服役

条件，延长模具的使用寿命。

冷挤压模具用钢

在冷挤压过程中凹模经常承受外套的预压应力和挤压过程中的

拉伸应力，凸模则承受巨大的压应力。工件在变形过程中所产生的

热量也部分地被模具吸收，所以模具材料还需要具有一定的高温硬

度和热稳定性。另外，模具表面往往会产生磨损和挤伤，从而造成

工件的尺寸、形状变化，表面粗糙度上升，使得模具失效。

冷挤压模具所承受的载荷取决于被挤压工件的材料强度和加工硬

化程度以及工件挤压过程中的变形度。

挤压较软的铝合金工件用的小型模具，其凹模可以采用碳素工具钢制造；

挤压高强度铝合金、碳素钢和低合金钢工件的冷挤压凹模，一般采用中合金

模具钢制造（如Cr5Mo1V等，硬度为HRC56~58）。生产批量不大的冷挤压

凸模和顶杆材料，一般采用中合金冷作模具钢制造；对于生产大批量工件的冷

挤压凸模，为了提高其抗压强度和耐磨性，一般选用高合金模具钢（如Cr12

MoV，Cr12Mo1V1，7Cr7Mo3V2Si等）或高速钢、基体钢（如W6Mo5Cr4V2、

6W6Mo5Cr4V等）制造。

良好的润滑条件是减少冷挤压模具磨损的主要措施。对于黑色金属冷挤压

产品，常采用磷化加皂化处理来改善润滑条件。在实际生产中，润滑条件不当

将造成冷挤压模具早期失效。

挤压工件很大时，如挤压钢件超过10万件，挤压轻合金工件超过50万件

时，有时采用硬质合金制造模具镶块。当挤压变形抗力很高的合金钢工件或反

挤压大型环形的工件时，也可以采用硬质合金制造冷挤压凸模的镶块，凸模的

外套一般选用高强度结构钢制造（热处理硬度为HRC55~58）。

冲压成形模具用钢

冲压成形是通过弯曲或少量的延伸，将金属薄板压制成与模具轮廓

相近的工件。冲压成形模具钢的选用要根据成形工件的生产批量、工件的材

料和厚度、形状、尺寸、要求的精度等情况来决定。冲压模具的正常失效，

主要是由于磨损。软的、薄的和强度低的工件成形压力低、磨损少。反之，

模具磨损就会加速。

对于小型冲压成形模具，一般多采用高合金模具钢Cr12MoV或Cr12M

o1V1钢制造（硬度为HRC58~62）。对于易产生表面擦伤的模具可以进行氮

化处理。

对于大型工件冲压用的大型模具，凸模往往采用Cr12MoV或Cr12Mo1V1

钢制造（硬度为HRC58~62），凹模本体用铸铁制造，仅在容易磨损处采用淬硬

的Cr5Mo1V，Cr12MoV，Cr12Mo1V1钢的镶块。为了简化工艺，也可以采用

经局部淬硬的7CrSiMnMoV钢镶块。

生产形状复杂的、较厚工件的模具可采用高一档的模具钢；而形状简单、

较薄的工件的成形模具，可选择低一档的模具材料。

硬质合金具有很高的耐磨性和抗擦伤性能，但是成本高、脆、不易加工，

一般仅用于制造重要模具的镶块。

近几年来发展的钢结硬质合金、粉末高合金耐磨钢，如空冷高耐磨粉末

模具钢CPM10V（2.45%C，5.0%Cr，9.75%V，1.25%Mo）具有高耐磨性

和高韧性，是很有发展前途的冷作模具材料，用以制造模具镶块。

拉深模具用钢

拉深模具是使金属薄板在凸模和凹模之间被拉伸变形，形成与凸模形状

近似的杯状工件。拉深模具主要要求抗磨损和抗咬合性能。模具的使用寿命

与被拉深薄板的材质、厚度，模具的尺寸、形状、材质、硬度、表面状态、

制造工艺、拉深变形程度、润滑方式等有关。

当拉深有色金属、碳素钢薄板时，根据工件的生产批量，可分别选用碳

素工具钢、低合金冷作模具钢和中合金模具钢。并根据需要，对部分模具表

面进行镀铬或氮化处理，以防咬合。

当拉深奥氏体不锈钢或高镍合金钢时，为了防止咬合，除对模具进行氮

化处理外，有时采用铝青铜制造凹模或采用硬质合金制造凹模镶块。

压印模具用钢

在压印加工过程中，工件坯料和模具间的相对滑动量较小，模具的失效

主要是由于磨损和型面凹陷、龟裂等原因。

当压印模具尺寸不大，生产工件批量较小时，可采用碳素工具钢作为模

具材料；当模具尺寸较大、形状复杂时或生产工件批量大，或进行不锈钢等

难变形材料的压印时，则可分别选用低合金冷作模具钢、空淬微变形钢和

Cr5Mo1V、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、7Cr7Mo3V2Si等中高合金冷作模具钢

或高速钢制造，热处理硬度为HRC59~61。当采用高合金冷作模具钢或高速钢

制造压印模具时，可根据需要对模具进行镀铬处理或采用镶块模具。

对于使用过程中易于产生裂纹的压印模具，也可以采用4Cr5MoSiV1热作

模具钢制造，以提高其韧性，硬度为HRC50~54。

粉末高速钢和高合金粉末冶金模具钢也可以用作长寿命压印模具镶块材料。

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