揭示汽车行业的细节：冲压模具材料选择与热处理探秘
汽车生产过程中，压铸模是极为重要的组成部分。这种模具的质量好坏，直接关联到汽车制造的快慢和产品的优劣。而模具的质量，又与其选用的材料种类以及经过的热处理过程关系重大。所以，弄清楚模具用料的挑选标准和热处理的标准，对于提高整个汽车制造行业的发展程度很有帮助。
铝板采购计划：冲裁模具材料的选择考量
挑选冲裁模用材料时，要全面权衡各种条件。生产零件的数量是个重要参考依据。如果生产数量不多，就不必选用耐用度太高的材料，这样能够节省开支。零件本身的材质也具有决定性作用，不同种类的零件应该搭配不同的材料来制造模具。同时，抗磨损能力是影响模具使用期限的关键指标。钢材的耐磨损程度主要取决于硬质点相和基体材料的坚硬程度，硬质点相和基体材料越坚硬，碳化物成分越多，钢材的耐磨损性能就越好。所以，在挑选冲压模具用钢时，应该把耐磨损性能放在首位。一般而言，常用钢材的耐磨损能力从强到弱依次是：碳素工具钢、合金工具钢、基体钢、高碳高铬钢、高速钢、钢结硬质合金以及硬质合金。此外，也要全面权衡工件有多厚，是什么样，有多大，以及需要多精确这些方面，它们对模具用什么材料有作用。
一、传统模具用钢
国内薄板冲裁模长期以来主要使用T10A、CrWMn、9Mn2V、Cr12以及Cr12MoV等材料。T10A属于碳素工具钢，尽管它具备一定的强度和韧性，但抗磨损能力较弱，并且在淬火过程中容易发生变形或开裂，因此只适合制作形状简单、尺寸较小、生产数量不多的冲裁模具。
CrWMn与9Mn2V属于高碳低合金钢，其淬透性较T10A更佳，塑形调整更为便利，不过抗磨损能力和抗冲击性尚待增强，适合用于中等规模、构造较为繁复的落料模。
Cr12和Cr12MoV属于高碳高铬钢，其耐磨损性能优异，不易发生形变，具备良好的淬透性，因此特别适用于大规模生产的模具，例如硅钢片冲裁模具。不过，使用这类材料时必须留意，它们容易存在碳化物分布不均的问题，这种情况可能会引发刃口崩裂或模具断裂。
确定热处理流程时，要依据模具的实际应用条件来决定。针对需要微小形变且具备一定韧性的模具，可以使用低温硬化并加以回火处理；如果希望提升工作温度、淬透能力以及耐热硬度，则应该采用高温硬化并加以回火处理。此外，高铬钢在275到375摄氏度的范围内会出现回火脆性现象，必须设法规避。
二、新型模具钢种
突破传统模具钢的束缚，国内研制或引进了多种新型高性能冲压模具钢，例如Cr12Mo1V1（代号D2）、Cr6WV以及Cr4W2MoV等。这些钢种在性能表现上实现了显著提升，足以应对更为复杂精密的模具加工要求。
D2钢，源自美国ASTM标准中的D2钢，是Cr12型钢的升级版本。通过添加Mo、V成分，D2钢的晶粒得以细化，碳化物分布更为均匀，因此其强韧性、抗磨损能力以及抗回火性能均优于Cr12MoV钢。而且，经过深冷处理后，D2钢的硬度会进一步提高，尺寸稳定性得到加强，这样用D2钢制成的冲裁模具使用期限会相应延长。
Cr6WV钢属于一种高碳中铬钢，具有优异的抗磨损能力和极小的变形特性。它的碳元素与铬元素的总量要少于Cr12型钢。这种材料碳化物分布均匀，并且淬透性良好，因此经过热处理后不易变形，在机械加工方面表现出色。在抗弯曲能力和冲击韧性方面，Cr6WV钢的表现要优于Cr12MoV钢，不过它的耐磨程度略微不如Cr12型钢。因此，在需要承受巨大冲击力的场合，采用Cr6WV钢制造的高硬度、高耐磨板材冲裁模，其性能更加优异。
这种钢种是Cr4W2MoV，能够替代Cr12型钢，同样具备抗磨损能力强、变形微小的优点。它的碳化物分布均匀，耐磨程度超过Cr12MoV，特别适宜制造形状复杂、尺寸要求严格的冲压模，例如硅钢片用的冲裁模。
Cr4W2MoV钢材的加工流程非常关键。若要获得较强的抗压能力和较好的延展性，就必须使用冷处理和冷处理后的再次加热相结合的技术。具体来说，冷处理温度要维持在960到980度之间，再次加热的温度则设定在280到320度之间，经过这样的加工后，材料的坚硬程度能够达到60到62HRC。要想增强材料的高温强度和抗磨损能力，需要采用特定的高温处理方法，包括先进行高温加热冷却，再进行高温加热调质，具体加热冷却温度在1020度到1040度之间，调质加热温度在500度到540度之间，通过这样的工艺流程，同样能够达到6062HRC的硬度指标。
另外一种值得重视的低合金钢和火焰淬火钢是7CrSiMnMoV（代号CH-1）。这种钢材的特殊性在于能够借助火焰实施局部硬化，以便精确地硬化模具的锋利部位。它在淬火温度达到800至1000摄氏度时，表现出良好的穿透硬化和硬化能力，硬度可以达到60HRC以上。它强度突出，韧性优异，即便刃口崩裂也能实施焊接修补，所以很适合用来替换CrWMn、Cr12MoV钢，制造结构复杂的冲裁模。针对CH-1钢，建议的热处理流程是：先加热到900至920℃，然后油中冷却，再在190到200℃范围内回火13个小时，这样加工后的硬度能达到58到62HRC。
（5）6CrNiSiMnMoV（代号GD）钢
六铬镍硅锰钼钒钢，属于高韧性低合金钢，具备出色的淬透能力，空冷时不易变形，并且抗磨损能力很强。这种钢的强韧性能明显优于铬钨锰钢和铬十二钼钒钢，不容易崩口或者断裂，非常适合制造细长薄片的凸模，或者大型、形状复杂以及薄壁的凸凹模。
首选的回火流程是：将温度设定在175230℃，持续两小时，这样能达到58到62HRC的坚硬程度。这个材料在空冷条件下就能完成淬火，所以也可以考虑使用火焰加热的方式来进行淬火处理。在加热环节，建议使用盐浴炉，将每毫米的工件加热时间控制在45秒，加热温度最好维持在900℃左右，这个范围在870到930℃之间都是可以接受的。完成加热之后，可以通过浸入油中或者自然冷却的方式使工件降温。
（6）9Cr6W3Mo2V2（代号GM）钢
9Cr6W3Mo2V2钢，属于一种合金钢，具备显著的耐磨损特质，同时拥有优异的强度和韧性，各项工艺指标均十分出色。与Cr12型钢相比，它在耐磨损能力、强度韧性以及加工适应性方面都表现得更为突出。正因如此，这种材料特别适用于高速压力机进行冲压作业的多工位级进模等精密模具，是制造耐磨损、精密冲压模具的理想材料。
它的热处理流程是这样的：首先将加热温度设定在1080到1120度之间，这样处理后能达到64到66HRC的坚硬程度。接着，需要在540到560度的范围内进行两次回火操作。
（7）Cr8MoWV3Si（代号ER5）钢
这种钢材同样属于兼具优异耐磨性和高强度的合金钢，其电火花加工效果十分理想。它的强度、韧性以及抗磨损能力都显著超越Cr12型钢，非常适合制造大型精密冲压模具。比如，当它被用于硅钢片冲裁模具时，单次刃磨就能支撑21万次冲裁，整体使用寿命则能达到360万次，充分证明了这种合金钢在冲压模具领域冲裁硅钢片时的超长使用寿命表现。
针对必须具备优异抗磨损能力和良好强度韧性的模具，应选用1150度进行急冷处理，再于520530度实施三次回火操作。至于承受重大载荷的模具，则可考虑采用11201130度进行急冷处理，并配合550度完成三次回火作业。
三，硬质合金及钢结硬质合金
当处理大量零件时，硬质合金或钢结硬质合金更为适宜，由于它们的坚硬程度和抗磨损能力强于所有模具钢材种类。在硬质合金里，含钨钴的合金特别普遍，这类材料的回弹能力与抗压折能力会随着钴含量的提升而增强，不过其坚硬特性会随之减弱。对于冲击力不大的模具，选用钴含量低的YG10X较为适宜；而面对中等强度或更大冲击的模具，则建议采用钴含量高的YG15或者YG20。不过要注意，这类合金材料的韧性相对较弱，并且加工起来比较麻烦，所以把它做成模具的工作部件时，最好设计成组合拼接的形式。
钢结硬质合金的特质位于硬质合金与高速钢的中间地带，它既能够胜任机械加工，又具备热处理的可能性，因此特别适宜制造结构复杂且需要长久使用的模具，例如冲裁模经常选用的材料有DT、GT35、TLMW50以及GW50等。
此外，冲压模具的视觉检测技术正获得广泛采用。这项技术可以即时确认连续冲压模具中原料带是否正确安装，是否出现堵塞或重叠状况，有助于显著降低模具受损风险，维护模具状态，节约生产开销，增强制造效能，并促进企业自动化程度的进步。此外，该技术亦可迅速察觉冲压成品表面存在的瑕疵。
