模具选材的三个原则
一、使用性能原则
（一）满足模具工作条件要求
冷作模具方面：
冷作模具在工作时，像冲裁厚板冲模等，通常会承受较大的冲击载荷，并且是处于常温环境下作业，同时还伴有摩擦磨损情况。基于这样的工作条件，材料需要具备高韧性，以此来抵御反复冲击，防止出现开裂问题。此外，材料还得有足够的硬度，较高的硬度有助于保证良好的耐磨性，确保模具刃口在长时间使用后依然能够保持锋利。例如，Cr12MoV 这种冷作模具钢，在汽车大梁钢板冲裁的冲模应用场景中，凭借自身出色的高韧性与高硬度，即便经历大量冲裁作业，其刃口也不容易出现崩刃、开裂等情况，完全能够满足实际使用需求。
热作模具方面：
热作模具，以压铸模具为例，其工作环境较为严苛，工作温度往往可达几百摄氏度，需要承受交变热应力和机械应力，所处环境存在氧化及腐蚀情况，并且要与高温液态金属直接接触。鉴于此，所选材料必须具备良好的高温强度，如此才能在高温环境下维持足够的力学性能，有效应对热应力和机械应力的反复作用。同时，材料还需拥有优异的热疲劳性能，毕竟在频繁的热胀冷缩过程中，如果热疲劳性能欠佳，模具很容易产生裂纹。另外，良好的抗氧化、抗腐蚀性能也是必不可少的，像常用于铝合金压铸模具的 H13 钢，它在高温下强度损失相对较小，经过多次压铸循环后，不容易因热疲劳而出现裂纹，而且能够很好地抵抗铝合金液的侵蚀，保障压铸模具可以长期稳定地开展工作。
塑料模具方面：
就塑料模具中的注塑模具而言，其在工作时会与塑料熔体相接触，要承受一定的压力以及摩擦力，并且部分模具对表面质量有着较高要求。所以，用于制造此类模具的材料需要具备良好的耐腐蚀性，毕竟不同的塑料具有不同程度的腐蚀性，要能适应相应的工作环境。同时，材料还得有合适的硬度与耐磨性，以确保模具在长期使用过程中，其形状和精度不会受到太大影响。此外，较好的抛光性能也很关键，这有助于加工出表面质量优良的塑料制品。例如，在加工聚碳酸酯等具有一定腐蚀性塑料的注塑模具时，选用 P20 钢就比较合适，它具备一定的耐蚀性，硬度适中，无论是加工还是抛光操作都比较便利，能够使注塑出的塑料制品外观质量达到较好水平。
（二）具有良好的加工性能
切削加工方面：
在进行切削加工时，材料的硬度最好处于适中状态，一般来说，硬度在 HB170 - 250 这个范围时，切削操作相对容易开展。这是因为，如果材料硬度过高，刀具磨损速度会加快，切削力也会增大，进而导致加工精度难以控制；而要是材料硬度过低，切屑就不容易折断，容易划伤已加工好的表面。例如，高钒高速钢由于其合金元素含量较高，致使硬度偏大，切削加工起来就比较困难；相对而言，低碳钢这类硬度稍低些的材料切削性能会好一些，不过也要综合考虑其加工后表面质量能否满足模具的精度要求。在制造一些简单形状模具时，可以先选用易切削的材料进行粗加工，后续再通过热处理等方式来调整硬度，进而完成进一步的精加工工作。
锻造方面：
对于锻造这一工序，材料拥有较宽的可锻温度范围是比较理想的，这样在锻造操作过程中，就能够拥有更大的温度调整空间，便于更好地控制锻造流程，减少因温度把控不当而出现的锻造缺陷。比如部分低合金钢，其可锻温度范围可达几百度，工人在操作时可以更灵活地根据实际情况来控制每次的锻造变形量以及锻造次数等。同时，材料的塑性要好，变形抗力要小。塑性好意味着材料在受到外力作用时更容易发生塑性变形，这是顺利完成锻造操作的关键所在；而变形抗力小则意味着所需的锻造设备能力不用那么高，能够节约能源和成本。像纯铝，它的塑性非常好，变形抗力也极小，锻造时很容易成型，不过对于模具用钢而言，需要综合考虑合金元素含量等因素对塑性和变形抗力的影响，选择合适的模具钢种进行锻造，以此来优化模具毛坯的质量。
热处理方面：
在热处理环节，材料的淬硬性要合适，也就是淬火后能够达到所需要的硬度才行。并且，材料的淬透性也要良好，只有这样才能保证模具整体性能均匀。另外，材料的回火稳定性要强，经过回火处理后，材料的性能要能保持稳定。例如，T10 钢的淬硬性较好，但淬透性相对有限，对于尺寸较大的模具，可能没办法让整个截面都达到均匀的高硬度；而 CrWMn 钢的淬透性比较好，更适合用来制造那些形状复杂、尺寸较大且对硬度均匀性要求高的冷作模具，而且经过回火后，它的硬度、韧性等性能配合得比较合理，能够满足模具的使用性能要求。
二、工艺性能原则
（一）锻造性能好
可锻温度范围因素：
可锻温度范围是衡量材料锻造性能的重要指标之一，较宽的可锻温度范围对于锻造操作意义重大。它能够为锻造过程提供充足的温度调整空间，使得操作人员在实际操作中可以更从容地依据具体情况对锻造的各项参数进行把控，比如锻造时每次的变形量、锻造的次数等，进而减少因温度控制不佳而引发的诸如过热、过烧、锻造裂纹等缺陷。例如，部分低合金钢有着相对较宽的可锻温度区间，在锻造过程中，操作人员能够充分利用这一优势，更灵活地安排锻造流程，保障锻造毛坯的质量。
塑性与变形抗力因素：
材料的塑性与变形抗力同样对锻造性能有着重要影响。良好的塑性能够让材料在受到外力作用时更容易发生塑性变形，这是顺利完成锻造操作的关键条件之一。而变形抗力小则意味着在进行锻造时，所需要的外力相对较小，也就不需要配备功率过大的大型锻造设备，这不仅可以降低设备成本投入，还能在一定程度上节约能源。例如，纯铝自身的塑性极佳，变形抗力也极小，所以锻造时成型很容易。但对于模具用钢来讲，就需要综合考虑其所含合金元素的种类和含量等因素对塑性和变形抗力的影响，进而选择合适的钢种进行锻造，以此来提高锻造毛坯的质量，为后续模具制造奠定良好基础。
锻造裂纹敏感性因素：
材料对锻造裂纹的敏感性不容忽视，那些对锻造裂纹敏感性低的材料，在锻造过程中出现裂纹等严重缺陷的概率就比较小，这对于保证锻造毛坯的质量至关重要。如今，随着材料科学的不断发展，部分新型模具钢通过优化合金成分以及组织结构等方式，使得自身在常规的锻造工艺条件下，基本不会出现裂纹，大大提高了锻造的合格率，也为模具制造提供了更优质的毛坯材料。
（二）切削加工性能优
硬度影响因素：
材料的硬度是影响切削加工性能的关键因素之一。当材料硬度偏高时，在切削过程中刀具的磨损速度会显著加快，切削力也会大幅增大，这就使得加工精度很难得到有效控制，加工表面质量也容易受到影响。相反，如果材料硬度偏低，切屑就不容易折断，容易残留在加工区域，进而划伤已经加工好的表面，影响模具的表面质量和尺寸精度。例如，在对高硬度的硬质合金模具进行切削加工时，就需要采用硬度更高的刀具，并且在切削参数的选择上也要格外谨慎，否则很容易出现刀具损坏、加工精度不达标等问题。
组织结构影响因素：
材料的组织结构同样对切削加工性能有影响。如果材料内部组织结构不均匀，存在硬质点等情况，在切削时刀具就容易受到冲击，产生崩刃等现象，而且切削表面的粗糙度也很难保证符合要求。例如，一些含有较多碳化物等硬质点的合金钢，在切削加工时就需要采用特殊的刀具以及切削工艺，来尽量减少硬质点对刀具和加工质量的影响。
韧性影响因素：
材料的韧性也和切削加工性能相关。韧性过大的材料在切削时，切屑容易呈现连续的长条状，不易折断和排出，会缠绕在刀具上，影响切削的继续进行，并且还可能使加工表面出现撕裂等缺陷。而韧性过小的材料又可能在切削时出现脆断，导致加工表面不平整。所以要选择韧性适中的材料，才能保证切削加工能够顺利、高效地进行，获得质量良好的加工表面。
三、经济性原则
（一）材料成本考量
在模具选材时，材料本身的价格是必须要考虑的重要因素之一。要在满足模具使用性能和工艺性能的基础上，尽可能选用价格相对低廉的材料，以此来控制模具的制造成本。例如，对于一些形状比较简单、使用要求不是特别高的小型模具，选用常用的碳素工具钢就能够满足基本的使用需求，没有必要去选用那些价格高昂的高性能模具钢。因为碳素工具钢本身成本较低，虽然在某些性能方面可能比不上高性能模具钢，但是对于这类简单模具来说已经足够，这样可以避免不必要的成本支出，让模具制造在成本方面更具优势。
（二）资源供应情况
所选材料的资源供应是否充足、稳定也是一个关键的考量点。材料应当来源广泛，市场供应要稳定可靠，只有这样，在采购材料时才能保证按时、足量地获取到所需材料，避免出现因材料稀缺而导致的生产延误等情况。例如，有些进口的高端模具材料，尽管它们的性能确实很优良，但是其供应渠道往往不太稳定，交货周期也比较长，对于那些对生产周期有着严格要求的模具制造项目来说，就不是最合适的选择。这种情况下，可以考虑采用性能相当且国内供应充足的替代材料，确保模具制造能够按计划顺利进行。
（三）模具使用寿命与性价比
不能仅仅只关注材料的初期成本，还要充分考虑模具的使用寿命。有时候，选用质量好、性能可靠的材料，虽然在初期投入的成本会相对高一些，但是如果模具能够长时间稳定地工作，从整个使用周期来看，分摊到单位产品上的模具成本反而可能更低，性价比会更高。比如高品质的热作模具钢制成的压铸模具，虽然其采购成本比较高，但是由于它具备耐磨损、抗热疲劳等优良性能，在实际使用过程中能够生产出大量合格的铸件，长期的经济效益是非常可观的。所以在选材时，要综合权衡初期成本和模具的使用寿命，选择性价比最高的材料来制造模具，实现经济效益的最大化。
