常用材料类型
1. 工具钢：工具钢是模具制造中应用极为广泛的材料之一，其中 Cr12MoV 和 SKD11 更是备受青睐。Cr12MoV 属于高碳高铬型冷作模具钢，其含碳量在 1.45% - 1.70% 之间，铬含量高达 11.0% - 12.5%，同时还含有钼（0.15% - 0.30%）和钒（0.40% - 0.60%）等合金元素 。这些合金元素的加入，使其具有卓越的性能。高碳含量赋予了它高硬度和高耐磨性，在冷作模具的工作过程中，能够有效抵抗材料的磨损，延长模具的使用寿命 。而铬元素不仅能提高钢的淬透性，还能形成坚硬的碳化物，进一步增强耐磨性 。钼和钒则能细化晶粒，提高钢的强度和韧性，降低热处理变形 。在制造冲压模具时，Cr12MoV 可以承受高强度的冲击力和摩擦力，长时间保持模具的精度和形状，确保冲压件的质量稳定 。
SKD11 是一种国际上广泛应用的空冷硬化冷作模具钢，其化学成分与 Cr12MoV 相近，但在炼钢提纯工艺上更为先进，品质更加稳定 。它具有良好的韧性与抗高温疲劳性能，能承受温度聚变，适宜在高温下长期工作 。SKD11 经过电炉冶炼并电渣重溶，内部质量极为清洁，这使得它的机械加工性良好，淬透性也十分出色，空冷就能硬化，无需担心淬裂问题 。而且，其热处理变形非常小，淬火偏差极小，特别适合对精度要求极高的模具 。在制造精密冲裁模时，SKD11 能够保证模具在复杂的冲压过程中，始终保持高精度，生产出尺寸精确、表面质量优良的冲裁件 。
2. 铝合金：铝合金以其显著的轻量化优势，在模具制造领域占据着重要地位。铝合金的密度通常仅为钢铁的三分之一左右，这使得铝合金模具的重量大幅减轻，便于搬运和安装 。在一些对模具重量有严格要求的应用场景，如航空航天领域的小型零部件成型模具，铝合金模具的轻量化特性显得尤为关键 。它还具有良好的导热性，能够快速传导热量，使模具在工作过程中温度分布更加均匀，避免因局部过热而导致的模具损坏或产品质量问题 。在注塑模具中，铝合金模具能够加快塑料熔体的冷却速度，缩短成型周期，提高生产效率 。
铝合金模具的加工性能也十分出色，其硬度相对较低，易于进行切削加工、电火花加工等，能够快速制造出复杂形状的模具 。而且，铝合金材料价格相对较低，制造成本也相对较低，对于一些小批量生产或对成本敏感的产品，铝合金模具是一种经济实惠的选择 。例如，在电子产品的外壳注塑模具制造中，铝合金模具能够以较低的成本满足产品的精度和外观要求，为企业降低生产成本，提高市场竞争力 。
3. 硬质合金：硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，具有极高的硬度、耐磨性和抗压强度 。其硬度通常可达 HRA89 - 93，远远高于一般的工具钢，在高负载的工作条件下，能够保持良好的形状和尺寸稳定性 。在精密冲裁模中，硬质合金模具能够承受巨大的冲裁力，保证冲裁件的尺寸精度和断面质量 。它还具有出色的耐热性，在高温环境下仍能保持较高的硬度和强度，适用于高温成型模具，如粉末冶金模具 。在粉末冶金过程中，模具需要承受高温和高压，硬质合金能够满足这些苛刻的工作条件，确保粉末冶金制品的质量和精度 。
然而，硬质合金也存在一些缺点，如韧性较差，脆性较大，加工难度较高 。为了克服这些缺点，在实际应用中，通常会采用一些特殊的加工工艺和表面处理技术，如电火花加工、激光加工以及涂层处理等，以提高硬质合金模具的综合性能 。
材料处理工艺
1. 热处理：热处理是提升模具材料性能的关键工艺之一，通过淬火和回火等操作，可以有效调整模具材料的硬度与韧性 。淬火是将模具加热到临界温度以上，保温一定时间后迅速冷却的过程 。以 Cr12MoV 模具钢为例，淬火温度一般在 950 - 1020℃之间，油冷淬火 。在这个过程中，模具钢中的奥氏体组织转变为马氏体组织，马氏体具有高硬度和高强度，从而显著提高模具的硬度和耐磨性 。然而，淬火后的模具脆性较大，韧性较差，需要通过回火来改善其性能 。
回火是将淬火后的模具加热到低于临界温度的某一温度范围，保温一定时间后冷却的过程 。回火可以消除淬火内应力，降低模具的脆性，提高韧性 。根据回火温度的不同，可分为低温回火（150 - 250℃）、中温回火（350 - 500℃）和高温回火（500 - 650℃） 。低温回火主要用于保持模具的高硬度和高耐磨性，适用于一些对硬度要求极高的模具，如冷冲模 。中温回火可以获得较高的弹性极限和屈服强度，常用于弹簧模具等 。高温回火则能使模具获得良好的综合力学性能，既有较高的强度，又有较好的韧性，适用于大多数模具 。例如，对于 Cr12MoV 模具钢，经过 1020℃淬火后，再进行 200℃回火 2h，能够使模具在保持高硬度（≥60HRC）的同时，具有一定的韧性，满足实际工作的需求 。
2. 表面强化：表面强化是进一步提升模具性能的重要手段，离子氮化和 PVD 涂层是两种常见的表面强化工艺 。离子氮化是在一定的真空环境下，将模具作为阴极，通以高压直流电，使含氮气体电离，产生的氮离子在电场作用下高速轰击模具表面，使氮原子渗入模具表面，形成一层硬度高、耐磨性好、抗腐蚀性强的氮化层 。这层氮化层的硬度通常可达 HV900 - 1200，能够显著提高模具的表面硬度和耐磨性 。同时，氮化层还具有良好的抗腐蚀性，能够有效抵抗模具在工作过程中受到的化学腐蚀 。在注塑模具中，经过离子氮化处理后，模具表面的氮化层可以防止塑料中的添加剂对模具表面的腐蚀，延长模具的使用寿命 。
PVD（Physical Vapor Deposition，物理气相沉积）涂层是在高温下将涂层材料蒸发或溅射，使其原子或分子沉积在模具表面，形成一层均匀、致密的涂层 。常见的 PVD 涂层有氮化钛（TiN）涂层、碳化钛（TiC）涂层等 。这些涂层具有硬度高、摩擦系数低、化学稳定性好等优点 。以 TiN 涂层为例，其硬度可达 HV2000 左右，摩擦系数低至 0.1 - 0.2 。在模具表面涂覆 TiN 涂层后，能够显著降低模具与被加工材料之间的摩擦系数，减少模具的磨损和粘连现象，提高模具的脱模性能 。同时，TiN 涂层还具有金黄色的外观，美观且具有一定的装饰性 。在五金冲压模具中，PVD 涂层可以提高模具的耐磨性和抗腐蚀性，使冲压件的表面质量更好，生产效率更高 。
