塑料模具鋼簡介與特性
塑料模具鋼的的合理性選擇
1、影響塑料磨具鋼選擇的因素
2、常用模具鋼的類別及特性
3、模具鋼的選用及熱處理
塑料模具鋼簡介
我國過去無專用的塑料模具鋼，一般塑料模具用正火的45和40Cr經調質後制造，因而模具硬度低、耐磨性差，表面粗糙度值高，加工出來的塑料產品外觀質量較差，而且模具使用壽命低；精密塑料模具及硬度高塑料模具采用CrWMo、Cr12MoV等合金工具鋼制造，不僅機械加工性能差，而且難以加工復雜的型腔，更無法解決熱處理變形問題。由此，國內對專用塑料模具用鋼進行瞭研制，並獲得瞭一定的進展。我國已有瞭自己的專用模具鋼系列，目前已納入國傢標準的有兩種，即3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo，納入行業標準的已有20多種，已在生產中推廣應用十多種新型塑料模具鋼，初步形成瞭我國塑料模具用鋼體系。
塑料模具鋼的具有以下特點
1. 塑料模具用鋼涵蓋廣泛，從普通鋼材到專用鋼才都有。這在塑料模具初期更加明顯，如今已日趨正規和高級。專門用鋼已自成體系，
模具用鋼的化學成分和合金工具鋼的基本相同，但其冶金質量更高，加工精良，對熱處理有利。
2. 塑料模具鋼性能要求嚴格，熱處理難度大。
3. 為避免模具零件在強韌化過程中的變形或其他熱處理問題，模具鋼以預硬化形式供應市場已較普遍。
4. 以石化產品為原料的塑料制品，某些度不同的腐蝕性，所以耐蝕鋼應用也較多。
5. 配合預硬化鋼、非調質剛的應用，易切削性也是塑料模具鋼的特點。
近期塑料模具用鋼開發應用的動向
1. 發展易加工、拋光性好的材料
隨著光盤、磁盤、棱鏡等精密件的生產，對易加工鏡面鋼的要求增加。這種鋼含非金屬雜質少，金相組織細致均一，沒有纖維方向
性。它是塑料模具鋼材的主要發展方向。
2. 耐蝕鋼
模具在長期運轉和保持過程中，容易生銹受蝕，而且近來隨著塑料成型中添加各種成分，模具更容易受蝕。因此要求提高母材機體的
耐腐蝕性能，開發瞭一些耐蝕不銹鋼材。
3. 馬氏體時效合金鋼
這種剛才具有足夠的力學性能和突出的工藝性能，特別是有較高的強度、韌度、耐磨性、低的熱膨脹系數，是制造註塑模的好鋼材，
但是價格貴。
4. 硬質合金
主要用於制作壽命要求很高，制件生產批量大的模具。
塑料模具鋼的的合理性選擇
隨著塑料制品在工業及日常生活中的應用越來越廣泛,塑料模具工業對模具鋼的需求也越來越大。在塑料成型加工中,模具的質量對產品質量的保證作用是不言而喻的。塑料模具目前已向精密化、大型化和多腔化的方向發展,對塑料模具鋼的性能的要求越來越高,塑模鋼的性能應根據塑料種類、制品用途、生產批量、尺寸精度和表面質量的要求而定。
1、影響塑料磨具鋼選擇的因素
塑料模具的零部件分為兩大類:一類為結構件,包括澆註系統、導向件、頂模板、頂出機構、支承件等;另一類為成型件:包括型腔、型芯、嵌鑲件等。其中第一類零件可按機械零件的要求進行強度和結構設計,材料一般選用中低碳素結構鋼、合金鋼和碳工鋼。而成型件由於結構復雜,要求工件的尺寸精度高,表面粗糙度值低,接縫密合性好,對模具材料的力學性能、耐磨性及加工工藝都提出瞭專業要求。
1.1 模具的主要失效形式
由於模具的工作溫度較高,壓力較大,有的塑料材料易於與模具表面發生磨損和腐蝕作用,有時還會受到脫模帶來的####和碰撞。其
主要失效形式有以下三種。
1.1.1 表面磨損 由於塑料中增強樹脂填料,對模具型腔表面產生沖刷、磨損和腐蝕作用,從而影響到模具型腔表面粗糙度值升
高,尺寸超差。
1.1.2 變形 模具局部產生塑性變形,導致表面發生凹陷、皺紋、麻點和棱角堆塌等損壞。
1.1.3 斷裂 由模具局部應力集中導致的斷裂現象。
1.2 模具的制造和使用要求
塑料模具對材料在強度和韌度上的要求低於冷作模和熱作模,根據其失效形式和工作要求,其基本性能要求歸納為:
1.2.1 足夠的耐磨性 由於表面磨損是模具的主要失效形式之一,因此模具應當有足夠的硬度,以保證模具的耐磨性,保證模具
的壽命。通常需要選擇合適的材料和恰當的熱處理方法來滿足硬度的要求。但當硬度達到一定值時,硬度對耐磨性的提高作
用就不明顯。
1.2.2 減少熱處理變形影響 由於註塑零件形狀往往比較復雜,塑料模具在淬硬後很難加工,有時甚至無法加工。為瞭提高硬
度,必須進行熱處理。要采取適當的措施來減低熱處理變形的影響,對於必須在熱處理後進行加工的模具,應選用熱處理變形
小的材料。
1.2.3 優良的切削加工性能 塑料模具的制造中切削加工成本常占大部分,為瞭延長切削刀具的使用壽命,保證加工表面質量,
要求模具材料具有良好的切削加工性,對於預硬性材料,要求淬火後也有好的加工性。
1.2.4 良好的拋光性能和刻蝕性 為獲得高品質的塑料制品,模具內型腔的表面必須進行拋光以減小表面粗糙度值,為瞭保證模
具具有良好的電加工性和鏡面拋光性,花紋圖案刻蝕性,模具鋼應當是材料的純潔度高,組織細微、均勻、致密,無纖維方向
性。
1.2.5 良好的耐腐蝕性能 註塑PVC或加有阻燃劑等添加劑的塑料制品時,會分解出具有腐蝕性的氣體,對模具的表面有一定
的化學腐蝕作用,制作這類模具時,應選用具有一定抗腐蝕能力的鋼材。
2、常用模具鋼的類別及特性
2.1 滲碳鋼 滲碳鋼由於退火後的硬度低、塑性好,可以采用冷擠壓法成型,從而提高工效,減低成本。擠壓復雜型腔時,退火後的硬度
小於100HBS;擠淺型腔時,小於160HBS,擠壓成型後,經滲碳、淬火和回火處理,表面硬度為53～62 HRC。達到表面耐磨性高,心部
韌性好的要求。08Cr4NiMoV（LJ）是國內開發的冷擠壓成型專用鋼,具有成型性能優良、滲碳層深、熱處理變形小、耐磨性好等優
點。其淬火處理的最佳溫度是850℃,回火溫度可視模具工作條件選擇。
2.2 調質型模具鋼 工藝要求是在完成模具機械加工後,再進行調質處理,使模具達到較好的綜合機械性能。一類是45、55等優質碳
素鋼,適宜於形狀簡單或精度要求不高、使用壽命不長的模具。可以選用SM45、SM55等塑料模具專用鋼（YB/T094—1997、
YB/T107—1997、YB/T129—1997）,此鋼材的純凈度好,力學性能穩定。另一類是合金鋼,可以在調質後進行碳氮共滲,進一步提
高耐磨性和抗蝕性。其中:40 CrMo有良好的低溫####韌度和低的缺口敏感性,適於制作中型模具。42 CrMo屬於高強度鋼,且有
較高的疲勞極限,低溫####韌性好,適於制造要求一定強度和韌性的大、中型塑料模具。38 CrMoA1是典型的滲碳鋼,調質後滲氮處
理,表面硬度高（大於850HV）並具有一定的抗蝕性。適用於PVC,PC的塑料模具。此外5 CrNiMo、5 CrMnMo等熱作模具鋼,在塑料模具中主要用於使用溫度較高,耐磨性要求高的模具,如熱固性塑料模。
2.3 預硬性塑料模具專用鋼 可以直接使用已經預硬處理的模塊、扁（下轉第192頁）（上接第91頁）鋼進行加工,避免瞭加工後再
熱處理所造成的各種缺陷,從而提高瞭模具的制作精度,同時縮短瞭制作周期。塑料模具鋼的主流品種,可以劃分為一般型和易切削型
以及非調質型等幾類。
3.模具鋼的選用及熱處理
塑料模具的制作成本中,加工和拋光占到瞭70%～80%,因此在選用模具材料時,應在保證模具使用性能要求的同時,盡可能地提高其加
工工藝性能。其選用方法可按以下方式進行。
（1）根據塑料制品的種類和質量要求選用。
（2）根據塑料件的生產批量選用。在其它影響因素確定時,生產批量越小,對模具的耐磨性和使用壽命要求越低。因此,可選用性能指
標低的材料。小批量時,可以選用調質型合結鋼或碳結鋼。中等批量（30～100萬件）時,可以選用P20,5NiSCa,SM2等,大
時,5NiSCa,PMS等。
（3）根據塑料件的尺寸大小及精度要求選用。對大型高精度的註射模,當塑料件生產批量大時,采用預硬化鋼,以防止熱處理變形。 （4）根據塑料件的復雜程度選用。應充分考慮模具的加工工藝性,盡量選用易切削,熱處理變形小,耐磨性好的材料。
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