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冷挤压模具钢的选型逻辑与失效防控策略
冷挤压模具钢的正确选型，核心是匹配加工材料特性、坯料强度与厚度、工件几何形状三大关键要素；而模具的使用寿命，直接取决于对粘着磨损、拉毛、开裂、磨粒磨损、塑性变形五大失效机理的防控能力。结合冷挤压工艺 “凸模施压、坯料定向塑性变形” 的核心特点，以下从选型原则、失效机理应对、典型场景选型方案三方面展开说明。
一、 冷挤压模具钢选型的核心原则
冷挤压过程中，凸模、凹模需承受超高面压（可达 2000~4000MPa） 、剧烈摩擦及反复冲击载荷，坯料在模具型腔中强制流动易引发粘连与磨损。因此选型需遵循 “性能匹配 + 失效防控” 双重原则：
优先匹配加工材料特性
加工软态低碳钢、铝合金：侧重抗粘着磨损、抗拉毛性能，兼顾一定硬度与韧性；
加工高强度钢、不锈钢：侧重高硬度、高抗压强度、高耐磨性，同时需保障韧性以抵御开裂风险；
加工铜合金等易粘连材料：侧重抗咬合性，需选择纯净度高、组织均匀的模具钢。
适配坯料强度与厚度
坯料强度越高、厚度越大，冷挤压所需面压越大，需选择抗压强度更高、红硬性更好的模具钢；
薄料、薄壁件冷挤压：侧重尺寸稳定性，避免模具型腔变形导致工件精度超差；
厚料、大变形量冷挤压：侧重抗塑性变形、抗磨粒磨损性能，需选择硬质相含量高、分布均匀的模具钢。
贴合工件几何形状
简单轴对称工件（如螺栓、套筒）：模具受力均匀，可选择高硬度模具钢以提升耐磨性；
复杂异形件（如带筋条、深腔零件）：模具局部应力集中，需优先保障韧性，避免尖角部位开裂。
二、 冷挤压模具五大失效机理的针对性应对
冷挤压模具的失效多为 “多种机理叠加作用” 的结果，需结合模具钢性能与工艺优化双管齐下：
| 失效机理 | 产生原因 | 模具钢性能应对策略 | 工艺辅助措施 |
|---|---|---|---|
| 粘着磨损 / 拉毛 | 坯料金属在高压下粘附于模具表面，随挤压过程脱落并划伤模具型腔与工件表面 | 选择高纯净度、碳化物均匀分布的模具钢（如粉末钢），减少应力集中点；保证模具钢表面硬度≥HRC60 | 模具型腔表面镀 TiN/TiCN 涂层；使用极压型专用润滑剂 |
| 开裂 | 模具局部应力集中，韧性不足；或热处理残留应力过大 | 选择冲击韧性优异、组织均匀的模具钢，避免碳化物偏析；控制模具钢硬度在合理区间（避免过高脆化） | 优化模具型腔圆角，减少尖角应力集中；冷挤压前对坯料软化退火 |
| 磨粒磨损 | 坯料表面氧化皮、杂质颗粒或模具磨损碎屑，在挤压过程中对型腔造成研磨损伤 | 选择高硬度、硬质相（VC/W₂C）细小且弥散分布的模具钢，提升耐磨性 | 冷挤压前去除坯料氧化皮；定期过滤润滑剂，清除杂质 |
| 塑性变形 | 模具钢抗压强度不足，无法承受冷挤压超高面压，导致型腔塌陷、尺寸超差 | 选择高抗压强度、高红硬性的模具钢，如超硬级粉末钢（硬度可达 HRC68~72） | 优化冷挤压工艺参数，降低单位面压；采用多道次小变形量挤压 |
三、 冷挤压模具钢典型场景选型方案
结合前文提到的粉末钢在组织均匀性、硬度韧性平衡上的优势，以下为不同冷挤压场景的优选模具钢及适配部件：
| 冷挤压场景 | 加工材料 / 坯料特点 | 推荐模具钢型号 | 适配模具部件 | 核心优势 |
|---|---|---|---|---|
| 软料轻载挤压 | 低碳钢、铝合金薄板，变形量小 | 维斯特 SDH9、SKH9（改进型） | 凹模、顶料杆 | 抗粘着磨损性能好，成本适中，适合批量生产 |
| 中载常规挤压 | 中碳钢、黄铜，坯料厚度 2~5mm | 维斯特 WST70PM | 凸模、凹模镶块 | 硬度 HRC64~66，耐磨性与韧性平衡，抗开裂能力强 |
| 重载高强度钢挤压 | 高强度钢、不锈钢，坯料厚度＞5mm | 维斯特 WST80PM | 凸模、凹模核心区域 | 硬度 HRC70~72，抗压强度＞3500MPa，抵御高面压下的塑性变形与磨损 |
| 复杂异形件挤压 | 带尖角、深腔的铝合金 / 钢件，应力集中明显 | 维斯特 SDH9（DC53) | 凸模头部、凹模尖角部位 | 韧性优异，避免应力集中导致的开裂，兼顾尺寸稳定性 |
四、 关键补充：粉末钢在冷挤压模具中的独特优势
相较于传统熔铸模具钢，粉末钢（如维斯特 WST 系列、SDH 系列） 因碳化物超细、均匀、弥散分布，在冷挤压模具应用中具备三大核心优势：
硬度与韧性协同性好，可在高硬度区间（HRC64~72）保持优异韧性，同时防控开裂与磨损双重失效；
纯净度高，氧硫杂质含量极低，抗粘着磨损、抗拉毛性能显著优于传统模具钢；
热处理变形量小，型腔尺寸精度易控制，适配精密冷挤压工件的公差要求。