材料的強度與韌性以及韌性與耐磨性之間往往此消彼長。因此，在冷沖頭的選材與熱處理過程中，我們應着重考慮鋼的強度、韌性和耐磨性。

大家都知道影響模具壽命的8大基本因素是模具結構設計、模具材料、冷熱加工工藝、熱處理、研磨、機床的調整與操作、被加工材料的性質與狀态、潤滑條件及模具的服役環境。

一、冷沖頭的受力分析

對于冷沖頭應主要考慮鋼的強度、韌性和耐磨性。強度與韌性以及韌性與耐磨性之間往往此消彼長。當主要失效方式是脆性開裂時，可考慮選擇強度較低但韌性更好的材料，或制訂合理的熱處理工藝以改善鋼的韌性。從兼顧韌性和耐磨性的角度來看，除了整體合理選材外，亦可考慮在保證韌性的同時采用合理的表面處理以改善模具的耐磨性。

按使用工況，常用的冷沖頭可分為三種，即沖裁沖頭、冷镦沖頭和冷擠壓沖頭。

沖裁沖頭主要受到較小的沖擊載荷、較重的摩擦，主要的早期失效方式是磨損，因此選材和熱處理時應着重考慮提高其強度和耐磨性，其次才是韌性。

冷镦沖頭主要受到很大的沖擊載荷和強烈的摩擦，主要的早期失效方式是斷裂，因此選材和熱處理時應着重考慮提高其韌性，同時結合表面處理改善其耐磨性。

冷擠壓沖頭主要受到很大的壓縮載荷和強烈的摩擦，主要的早期失效方式是壓潰和磨損，因此選材和熱處理時應着重考慮提高其屈服強度，同時結合表面處理改善其耐磨性。

二、熱處理與材料力學的性能分析

為準确把握常用沖頭材料的材質與熱處理的關系，我們做了許多的力學性能試驗，上表中列出了部分數據。分析表中數據：

1、淬火溫度的影響

以No1、2為例，當淬火溫度提高時，抗壓強度和抗壓屈服強度都得到較大提高，即強度提高了;

但同時抗彎強度和撓度降低了，即韌性略有降低。這是因為提高淬火溫度，雖然可以在組織中融入更多的合金元素和碳元素，提高了硬化效果，但也使鋼的晶粒長大，使韌性降低。

2、深冷處理的影響

以No3、4為例，深冷處理同時提高了SKH51的強度和韌性。深冷處理具有改善許多模具鋼強度、韌性的現象已得到公認，但其改善機理尚需進一步研究。有文獻表明深冷處理過程中，微細碳化物在馬氏體的位錯線和孿晶面等微觀缺陷處析出，并認為這是其改善強韌性的原因。

三、冷沖頭選材與熱處理實例

1. 沖孔翻邊沖頭

某客戶生産空調機冷卻用鋁翅片，原用HAP40材料經1160℃淬火，560℃回火，硬度達到65.5HRC，使用壽命可達1100萬次，失效方式為磨損。

分析鋁薄膜厚度也就在0.15mm左右，沖擊載荷很小，壽命低的主要原因是耐磨性差，應從提高耐磨性着手。遂提高淬火溫度為1180℃淬火，仍560℃回火，硬度達到66.5HRC，使用壽命就提高到2000萬次以上。

2. 冷镦沖頭

某客戶使用冷镦模生産自行車用零件，原用SKH51材料經1180℃淬火，560℃回火，硬度達到63HRC，使用壽命隻有幾千次，失效方式為斷裂。

分析這主要是材料韌性不足，便改為韌性更好的DC53經1030℃淬火，530℃回火，硬度為61HRC。考慮到DC53不如SKH51耐磨，又對表面進行PVD鍍膜處理，使用壽命就提高到20萬次。

3. 冷擠壓沖頭

長沙博潤某客戶使用冷擠壓模生産汽車用零件，沖頭直徑達φ38，原用SKH51材料經1180℃淬火，560℃回火，硬度達到62HRC，在試模時僅壓了一次，就被壓短了2mm，外徑也變粗。經磨細後使用，隻用了1000次即告斷裂。

經過計算，理論上該沖頭工作時所受的壓強高達2600MPa，接近SKH51的抗壓屈服強度，加上該沖頭較粗，由于材料不均或熱處理的體積效應原因，很難做到内外均勻一緻，導緻沖頭的抗壓強度低于理論值。後改用強度更高、均勻性更好的HAP40材料，用1180℃淬火，560℃回火，硬度達到66.5HRC，使用壽命就提高到20000萬次以上。

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