模具材料的选择是模具设计的核心环节，直接决定模具的寿命、精度和成 本。根据我多年的实践经验，优质的模具材料需满足以下四方面的性能要 求：

  使用性能是模具材料的首要要求，包括强度、硬度、耐磨性、韧 性等。例如，冲裁模的凸模和凹模需承受剪切力，硬度一般要求 HRC5862，以减少磨损；拉深模的凹模需与坯料强烈摩擦，需采 用高耐磨材料如硬质合金，寿命一般可以达到100万次以上；而弯曲模的凸 模需承受弯曲时的冲击，需具备一定韧性，避免脆性断裂。

  将平板坯料成形为中空零件，如汽车油箱、不锈钢水槽等。 拉深过程中，坯料在凸模的作用下，通过凹模的口部流入凹 模，材料发生塑性流动。拉深模的设计需重点考虑压边力控 制，以防止起皱；我曾参与过一套铝合金电池壳拉深模，因 初始压边力过大（导致材料破裂），过小（导致侧壁起皱）， 通过采用弹性压边装置并调试压力曲线，最终实现稳定拉深。

  为提高模具表面的耐磨性，可采用表面强化处理，如渗碳、 渗氮、氮化等。例如，Cr12MoV渗氮后，表面硬度可达 HV1000以上，耐磨性提高23倍，适用于高精度冲裁模。

  模具设计是模具制造的依据，其合理性直接影响模具的寿命、产品的质量和生 产效率。根据我多年的设计经验，模具设计需遵循以下四个原则：

  用于分离坯料，获得所需轮廓的冲压件，包括落料模、冲孔模、切 断模、切口模等。其核心是通过凸模与凹模的间隙配合，使坯料产 生剪切分离。例如，生产垫圈时，落料模分离出外形，冲孔模分离 出内孔，两套模具可组合为复合模，一次冲压完成内外形加工，提 高效率。

  使坯料发生弯曲变形，获得特定角度或形状的零件，如V形弯曲 模、U形弯曲模、卷边模等。弯曲成形的难点在于回弹控制—— 我曾遇到一套不锈钢U形件弯曲模，因未考虑材料回弹（回弹角 达5 ），导致首批产品全部超差，最终通过修正凸模角度（减少 3 ）并增加校形工序，才将回弹角控制在0.5 以内。

  稳定性指材料在热处理和使用的过程中的尺寸稳定性。例如，精密冲 压模需选用微变形钢如Cr12MoV，淬火后变形量≤0.1mm；而塑 料模常用的45钢淬火后变形量大，不适合精密五金模具。

  实用性是模具设计的首要原则，模具结构需满足产品成形的工 艺要求，简单易操作、维修方便。例如，设计冲裁模时，需合理 确定凸凹模间隙，间隙过小会导致模具磨损加剧，间隙过大会 导致毛刺增大；设计弯曲模时，需考虑回弹补偿，避免产品超 差。我曾设计过一套级进模，因未考虑废料的排出，导致生产 中废料堆积，损坏模具，后来增加了废料滑槽，才解决了问题。

  通过局部变形改变坯料形状，如胀形模、缩口模、翻边模等。 例如，生产锅具时，翻边模可将孔口翻边，增加强度；胀形 模可使管材局部膨胀，形成异形截面。成形模的难点在于材 料流动控制，需合理设计工艺补充面，避免应力集中导致开 裂。

  五金模具是指用于五金制品成形的模具，其加工对象多为金属板材（如钢板、铝板、铜板等），成形工艺 以冷冲压为主。与塑料模、压铸模相比，五金模具具有以下特点：一是成形力大，冲裁、拉深等工序需数 百吨甚至上千吨的压力机；二是材料硬度高，模具需承受强烈的摩擦和冲击，对材料性能要求苛刻；三是 精度要求高，五金产品多为结构件，尺寸公差通常控制在±0.1mm以内。 五金模具的应用范畴覆盖机械、电子、汽车、家电、建筑等多个领域。例如，汽车行业的车身覆盖件（车 门、引擎盖）、连接件（螺栓、螺母）；电子行业的手机中框、散热片；家电行业的空调压缩机外壳、冰 箱门体等，均需依赖五金模具成形。可以说，五金模具是现代制造业不可或缺的基础装备，其技术水平直 接关系到产品的质量和市场竞争力。

  随着制造业的发展，新型模具材料不断涌现，如粉末冶金高速钢 （通过粉末冶金工艺制造，组织均匀，韧性优于普通高速钢）、 复合材料（如硬质合金钢的复合结构，兼顾耐磨性和韧性）、涂 层材料（如TiN、CrN涂层，可提高模具表面硬度）。例如，我最 近接触的一套拉深模，采用粉末冶金高速钢制造，并通过PVD涂 层处理，寿命提升至150万次，且成本比硬质合金降低30%。

  退火的目的是降低材料的硬度，改善切削加工性，消除内应力。例如， Cr12MoV退火工艺为：850℃保温2小时，炉冷至500℃出炉，硬度 ≤HB255。退火后的材料可进行车削、铣削等加工，为后续淬火做准备。

  经济性原则要求在满足使用上的要求的前提下，降低模具制造成本和生产成 本。具体措施包括：采用标准模架（如冷冲模架标准GB/T 2851.12008），减少加工量；优化排样，提高材料利用率（如采用交 错排样、对头排样）；简化结构，减少零件数量。例如，我之前设计的 一套冲裁模，采用标准模架后，模架成本降低40%，加工周期缩短30%。

  合金工具钢是在碳素工具钢中加入Cr、Mo、W等合金元素，如Cr12、 Cr12MoV、CrWMn等。Cr12MoV是最常用的冷作模具钢，含Cr约 12%，Mo约0.5%，V约1%，淬火后硬度HRC5862，耐磨性和韧性较 好，变形量小，适用于高精度、大批量模具。例如，我之前设计的一套 级进模，生产电子连接件，采用Cr12MoV制造凸模，寿命达80万次。

  模具是工业生产中用于成形金属或非金属材料的关键工艺装备，其通过特定的 型腔或结构，使坯料在压力、温度或力的作用下发生塑性变形或分离，最终获 得所需形状、尺寸和精度的产品。在我从业的15年里，接触过从简单冲压件到 复杂汽车覆盖件的上千套模具，深刻体会到模具被称作“工业之母”的缘由— —没有高质量的模具，就无法实现产品的规模化、标准化生产。 模具的作用主要体现在三方面：一是提高生产效率，一套精密冲压模每分钟可 冲压数十次产品，远超人工加工速度；二是保证产品精度，模具的型腔尺寸直 接决定产品公差，例如手机中框冲压模的精度可达±0.01mm；三是降低生产 成本，通过模具的批量生产，可大幅减少单件产品的材料浪费和加工工时。以 我之前参与的一套空调翅片生产模为例，采用级进模设计后，材料利用率从 65%提升至85%，单件生产所带来的成本降低0.3元，年产量达500万件时，年节约成 本150万元。

  高速钢如W6Mo5Cr4V2（W6Mo5Cr4V2）、W18Cr4V等，含有 大量W、Mo、Cr、V等合金元素，红硬性和耐磨性优异，适用于高 转速、高温度的冲压场合。例如，生产不锈钢零件的冲裁模，可采 用高速钢制造凸模，其耐热温度可达600℃，硬度仍保持HRC60以 上，寿命是Cr12MoV的3倍。

  在满足性能要求的前提下，优先选择价格低的材料。例如，小批量生产 时，T10A的价格是Cr12MoV的1/3，且加工难度低，综合成本更低；大 批量生产时，硬质合金的价格虽高，但寿命长，单件成本反而更低。

  热处理是模具制造的关键工序，通过改变材料的组织架构， 可明显提高模具的硬度、耐磨性和常规使用的寿命。常见的热处理 工艺包括退火、正火、淬火、回火等，其对模具性能的影响 如下：

  工艺性能指材料在工艺流程中的难易程度，包括切削加工性、 热处理性能、焊接性等。例如，Cr12MoV合金钢退火后硬 度≤HB255，拥有非常良好的切削加工性，但淬火后硬度 HRC5860，加工难度大，需采用磨削或电火花加工；高速 钢W6Mo5Cr4V2的热处理工艺复杂，需多次回火才可以获得 红硬性，但其高温强度高，适用于高转速冲压。

  标准化原则要求尽量采用国家标准、行业标准的零件和结构，如导 柱、导套、螺钉、销等，以提高互换性，缩短设计周期。例如，我 所在的公司制定了《模具设计标准手册》，规定了凸凹模的固定方 式、卸料板的结构参数等，设计时直接参考手册，效率提高50%。

  小批量生产（≤10万件）可采用碳素工具钢或低合金工具钢，如T10A、 CrWMn；中批量生产（1050万件）可采用Cr12MoV、高速钢；大批 量生产（≥50万件）需采用硬质合金或涂层材料。

  普通精度（IT10IT12）可采用碳素工具钢；中等精度（IT8IT10）可采用合金工具钢；高精度（IT6IT8） 需采用硬质合金或粉末冶金高速钢。

  模具材料的选择需考虑模具类型、生产批量、产品精度、材料成本等因素，具 体原则如下：

  冲裁模需高硬度、高耐磨材料，如Cr12MoV、硬质合金； 弯曲模需高韧性材料，如T10A、CrWMn；拉深模需高 耐磨、高抗粘附性材料，如硬质合金、Cr12；成形模需 综合考虑强度和韧性，如Cr12MoV、高速钢。

  硬质合金是以WC（碳化钨）为硬质相，Co（钴）为粘结相的粉 末冶金材料，如YG类（钴含量38%）、YT类（含TiC）等。其硬 度高达HRA8993，耐磨性是工具钢的50100倍，但韧性较差、价 格昂贵（约5001000元/kg），适用于高精度、高寿命的模具。 例如，生产手机中框的精密冲裁模，可采用YG15硬质合金制造凹 模，寿命一般可以达到300万次以上。

  安全性是模具设计的重要考量，需确保操作人员的安全，避免 事故发生。具体措施包括：设置防护罩（防止手指进入工作区 域）；采用安全销（防止模具过载损坏）；设置紧急停止装置 （如压力机的急停按钮）。我曾见过一套模具因未设置防护罩， 导致操作人员手指受伤，这样的教训让我深刻认识到安全性的 重要性。

  淬火的目的是提高材料的硬度和耐磨性，工艺为：加热至 Ac13050℃（如Cr12MoV为10201050℃），保温后油冷或空冷。 淬火后材料硬度可达HRC6065，但脆性大，需进行回火。

  回火的目的是降低淬火后的脆性，提高韧性，稳定组织。Cr12MoV的 回火工艺为：180200℃保温2小时，回火2次，硬度HRC5862。回火 后材料的韧性可提高3050%，避开使用中开裂。

  经济性是模具材料选择的重要考量，需在满足性能要求的前 提下，降低材料成本。例如，小批量生产时，可采用碳素工 具钢T10A，价格约20元/kg；大批量生产时，需选用硬质 合金，价格约800元/kg，但寿命是碳钢的20倍以上，综合 成本更低。我曾遇到客户为减少相关成本，采用碳钢生产大批量 冲裁模，结果每10万次需修模一次，而硬质合金模具可200 万次无需修模，长久来看反而节约了成本。

  碳素工具钢是含碳量0.651.35%的高碳钢，如T8A、T10A、T12A等。 其优点是价格低（约1525元/kg）、切削加工性好，缺点是淬火后变 形大、耐磨性差，仅适用于小批量、低精度的模具。例如，生产简单垫 圈的落料模，可采用T10A制造，寿命约510万次。

  模具的分类方式多样，按加工工艺可分为冲压模、塑料模、压铸模、 锻造模、粉末冶金模等；按生产批量可分为单件模、小批量模、大批 量模；按精度等级可分为普通模、精密模、超精密模。本文重点围绕 五金模具展开，其作为冲压模的主要分支，按成形工艺可细分为以下 四类：