(长城汽车股份有限公司技术中心 河北省汽车工程技术研究中心 河北保定 071000)
摘要：模具是冲压生产的关键工艺装备，随着模具行业的不断发展，模具在兵器工业、机械工业及日用品的生产中应用越来越广泛。我国的模具行业已步入了高速发展时期，但模具的制造水平和使用性能与世界上发达国家相比，还有很大的差距。现代汽车90%以上的白车身零件，都靠冲压模具实现大批量生产。 通过对汽车模具设计标准的研究，介绍几种常用模具材料的使用性能，以及模具材料的成本、使用寿命等的比对。结果表明，合理的选用模具的材料，会降低成本、缩短制造周期、方便维修、减少钳工劳动强度。
关键词：汽车模具；材料选用
Abstract: Die is the key equipment for stamping production. With the continuous development of die industry, die has been widely used in the production of weapon industry, machinery industry and daily necessities. China's mold industry has entered a period of rapid development, but the mold manufacturing level and performance compared with the developed countries in the world, there is still a big gap. More than 90% of the body parts of modern cars rely on stamping dies for mass production. Based on the research of automobile die design standard, this paper introduces the performance of several commonly used die materials and the comparison of die material cost and service life. The results show that reasonable selection of die materials will reduce the cost, shorten the manufacturing cycle, facilitate maintenance and reduce the labor intensity of fitters.
Key words: automobile mould; material selection
前言:根据汽车冷冲模具的使用寿命要求：在正常使用、维修状态下，能多批次、小批量生产出50万辆合格零件。故模具材料的性能、质量对模具的使用寿命有极大的影响。因此，模具材料的研究和开发，一直受到模具钢生产厂商的重视，并得到了迅速的发展。
1、模具材料分类
近年来，我国模具钢生产技术发展较快，用于制造冷冲压模具材料主要分为以下几类：①高碳低合金冷作模具钢，如：9SiCr、7CrSiMnMoV、8Cr2MnWMoVS、等；②抗磨损冷作模具钢，如：6Cr4W3Mo2VNb、Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1等；③抗冲击冷作模具钢，如：4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si等；④冷作模具用高速钢，如：W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N、W9Mo3Cr4V等。
2、汽车模具材料的使用
2.1冲裁模材料的使用要求
对于薄板冲裁模具的用材要求具有高的耐磨性和硬度，而对厚板冲裁模除了要求具有高的耐磨性、抗压屈服点外，为防止模具断裂或崩刃，还应具有高的断裂抗力、韧性。
2.2拉延、整形模材料的使用要求
要求模具工作零件材料具有高的耐磨性和硬度、一定的强韧性以及较好的切削加工性能、良好的抗粘附性（抗咬合性），而且热处理时变形要小。根据汽车厂生产冲压件的模具现状，汽车模具主要采用的材料为：钼铬铸铁、Cr12MoV、铸态空冷钢。
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2.2.1钼铬铸铁：属于镍硬白口铸铁系中高铬白口铸铁的一种，由于其共晶组织由一种M7C3型碳化物和奥氏体其它转变物组成，其基体退火成马氏体后能表现出很高的耐磨性，同时其含有的铬能显著提高强度、硬度和耐磨性、锰能显著提高韧性，而且钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性。其热处理的方法为表面淬火，大量节省热处理时间，淬火后硬度HRC 50以上，热处理后变形量小。由于其铸造性好，且铸造成本较低，可实现整体铸造，减轻钳工的工作强度，缩短模具的制造周期。同时由于其硬度相对空冷钢低，加工时对刀具的磨损较小，具有良好的切削加工性能，加工成本低。在模具工作时，由于钼铬铸铁的散热性能优于其他几种模具材料，尤其模具在机械压力机上工作时，其具有良好的抗粘附性（抗咬合性）能最大化的保护模具，延长模具使用寿命。维修时，可以直接对其表面进行冷焊，大量节约维修时间。但由于其淬火后的硬度相对较低，耐磨性差，生产高强板的模具不会采用钼铬铸铁。
2.2.2 Cr12MoV：属于高碳高铬钢，其含有大量的碳化物和高合金度的马氏体。使钢具有高硬度、高耐磨，其硬度与耐磨性要高于钼铬铸铁。其含有的钒能细化晶粒增加韧度，又能形成高硬度的VC，以进一步增加钢的耐磨性；铬又使钢具有高的淬透性和回火稳定性。经整体淬火后，需要1～2次的回火，热处理时间较长。火后硬度可以达到HRC 60-62。但热处理后变形量要大于空冷钢，消除变形困难，容易降低模具的精度。生产Cr12MoV模具钢的方法为锻造，生产成本较高，同时由于锻造工艺的局限性，Cr12MoV钢只能分块锻造，制造模具时还需要拼装镶块，增加了钳工的劳动强度，延长了模具的制造周期，成本也随之增加。同时由于其硬度相对空冷钢高，加工时对刀具的磨损较大，增加了切削加工的时间和成本。另外，由于Cr的大量存在，钢液结晶时析出的大量共晶碳化物，形成带状或网状碳化物脆性区，其塑性、韧度差，裂纹很容易在这里萌生与扩展，往往成为裂纹产生的主要原因，使其使用寿命降低。对其维修时，由于焊接性能差，不能直接对其表面进行冷焊，需要加热并保温一段时间后，再对其表面进行焊接，大量浪费维修时间。
2.2.3 铸态空冷钢：是一种以铸代锻的高碳低合金钢，其含有的锰使钢有较高的强度和硬度，提高钢的淬性。其热处理的方法也为表面淬火，然后空冷即达到淬火的目的，大量节省了时间和成本。火后硬度可达HRC 55以上，不须其他加工，所以变形很小，并且随淬火温度的升高变形量逐渐减小[2]。空冷钢进行表面淬火后，淬硬层下有高韧性基体作衬垫，韧性高于Cr12MoV，工作时不容易产生开裂、崩刃现象。但由于铸态空冷钢不能整体铸造，在加工模具前，需要钳工将镶块拼接好后在进行机加，钳工劳动强度增加，延长了制造周期，增加了制造成本。但由于其可以使用泡沫板材制造成近型模具型，可以节省铸造费用以及部分加工费用，又可以降低部分成本。其硬度相对钼铬铸铁高，加工时对刀具的磨损较大，增加了切削加工的时间，增加了加工成本。另外，空冷钢具有良好的焊接性能，从而模具获得较高的使用寿命。制造有偏差时可以直接进行补焊，经打磨修整即可达到理想的效果，大量的节约了维修时间。
基于以上性能介绍，适用于拉延凸模、凹模、压料圈的材料为钼铬铸铁和Cr12MoV；适用于整形模的材料为钼铬铸铁、Cr12MoV、铸态空冷钢；适用于修冲模具的材料为Cr12MoV、铸态空冷钢。
结语：
经过上述材料性能对比以及对生产现状的经验积累，对于普通钢板（如DC01、DC04、DC06、B170P1等），料厚在1.2以下时，由于板材的屈服强度在260MPa以下、硬度比较低的钢板，拉延模具的材质选用钼铬铸铁即可；修冲模具的材质选用铸态空冷钢即可；翻边整形模具工作部分的包容型面等要求高韧性的地方，镶块材质选用铸态空冷钢即可，工作部分的被包容型面等要求具备高耐磨性的地方，镶块材质选用钼铬铸铁即可。对于高强钢板（车身常用材料，如B280VK、B340/590DP、B400/780DP、SAPH440等），以及料厚在1.2以上时，由于板材的屈服强度在260MPa以上，590MPa以下[3]、硬度比较高的钢板，拉延模具的材质选用Cr12MoV即可；修冲模具的材质选用Cr12MoV即可；翻边整形模具工作部分的包容镶块材质与被包容镶块材质选用Cr12MoV即可。
参考文献：
[1]宝钢汽车用冷轧钢板产品手册 .
[2]黄全新 模具材料与热处理工艺选择探讨 《广西教育》2012（11）.
[3]索钢 铸造空冷钢在冲模中的应用《金属加工（热加工）》1994（11）.
论文作者:马洪宾,王乐乐
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/25
标签：模具论文; 材料论文; 硬度论文; 铸铁论文; 耐磨性论文; 性能论文; 材质论文; 《电力设备》2018年第25期论文;