精密成型模具的材料选择直接影响模具寿命、成型精度及生产效率,需根据应用场景综合考量力学性能、耐热性及加工特性。核心材料体系及选型要点如下:
一、金属材料体系
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工具钢
- 冷作模具钢:高硬度(52–60HRC)、高耐磨性,如Cr12、Cr12MoV适用于冲压模/拉伸模,抗压强度≥2500MPa;
- 热作模具钢:耐高温(600℃)、抗热疲劳,如H13(4Cr5MoSiV1)用于压铸模/热锻模,回火稳定性优异;
- 塑料模具钢:高抛光性(Ra≤0.02μm)与耐腐蚀性,如P20、718钢(预硬态HRC 30–36)。
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硬质合金
- 钨钴类(YG15/YG20)硬度≥89 HRA,用于高精度拉伸模/挤压模镶件,耐磨性为工具钢5倍以上;
- 涂层硬质合金(如YN9)进一步提升抗粘着磨损能力。
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特种合金
- 钛合金:轻量化+耐高温,适用于航空接头模具5;
- 黄铜/镀铜:高导热性(>300 W/m·K),用作冷却镶件优化模温控制。
二、非金属及复合材料
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等静压模具专用材质
- 承压层:34CrNiMo6合金钢,真空淬火后硬度HRC 58–62;
- 缓冲层:纳米增强聚氨酯,压缩永久变形率<5%,抗疲劳性提升8倍;
- 胶套:食品级硅胶/氟橡胶,耐压600MPa且无污染。
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耐磨非金属
- 锌合金(ZAMAK):低熔点易铸造,用于快速原型模;
- 工程塑料:低成本简易模具,适用小批量试制。
三、性能要求与选型逻辑
性能维度 | 冷作模具 | 热作模具 | 塑料模具 |
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portant;">核心指标 | 硬度(≥58HRC) | 回火稳定性 | 抛光性(Ra≤0.02μm) |
portant;">韧性需求 | 抗冲击(冲击值≥25J) | 耐热疲劳(>10⁵次循环) | 耐腐蚀性 |
portant;">导热要求 | - | 高导热(>40 W/m·K) | 均匀散热 |
注:压铸模需额外考虑抗熔融金属侵蚀性。
四、创新材质趋势
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复合涂层技术:硬质合金表面沉积TiAlN涂层,耐磨性提升30%;
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增材制造应用:3D打印随形冷却镶件,散热效率+40%;
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智能材料:温敏聚合物实现模具自调节收缩补偿。
选型关键:需同步满足尺寸稳定性(热处理变形<5μm)、经济性(量产模具寿命>10万件)及工艺适配性(如温成形模具抗热震)。