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塑料模具材料

更新时间:2020-10-16 15:43
 

  塑料模具材料_机械/仪表_工程科技_专业资料。主要介绍塑料模具所使用的一些材料

  武汉软件工程职业学院 第五章 塑料模具材料 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5.1 塑料模具的工作条件、失效形式与性能要求 5.2 塑料模具材料的选用 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.2.6 5.2.7 渗碳型塑料模具钢 调质型塑料模具钢 淬硬型塑料模具钢 预硬型塑料模具钢 时效硬化型塑料模具钢 耐蚀塑料模具钢 其它塑料模具材料 5.3 塑料模具钢的选用及热处理 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来 越广泛,塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。 在塑料成型加工中,模具的质量对产品质量的保证作 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 方向发展,对塑料模具钢的性能的要求越来越高,塑模 钢的性能应根据塑料种类、制品用途、生产批量、 尺寸精度和表面质量的要求而定。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5.1.1 塑料模具的分类与工作条件 (1)塑料模具的分类 按照塑料制品的原材料的性能和成型方法,可以把 塑料模具分为两大类: ①热固性塑料模 ②热塑性塑料模: 按照成型方式的不同,可以把塑料模分为: ①注射成型模;②压缩成型模; ③挤压成型模;④气动成型模。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (2)塑料模的工作条件 ①热固性塑料压缩模:热固性塑料压缩模的工作温度 一般为160-250℃,工作时型腔承受的压力大,一般为160200MPa,个别要达到600MPa。工作时型腔面易磨损,并 承受一定的冲击负荷和腐蚀作用。用这类模具压制各种胶 木粉制作时,在原材料中加入一定量的粉末填充剂,并在 热压状态下成型,所以热负荷和机械负荷都较大,而填充 剂致使型腔磨损也较严重。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 ②热塑性塑料注射模:热塑性塑料注射模的工作温 度在180℃以下,承受的工作压力和磨损不像在压缩模 那么严重,有些塑料在加热以后的熔融状态能分解出 HCl和HF气体,对模具型腔面有较大的腐蚀性。塑料 在加热成型时一般不含固体填充料或含固体填充料的 很少,所以,注入型腔时对型腔磨损小。如果含有玻 璃纤维填料,则大大加剧对流道和型腔的磨损。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5.1.2 塑料模具的失效形式 塑料模具的失效形式主要有磨损,腐蚀,变形和断裂等。 ①磨损:热固性塑料对模具表面产生严重摩擦,结果 导致模具表面拉毛,粗糙度变大而失去光泽,这会影响 塑料制品的外观质量。在此情况下,模具应定期卸下抛 光,经过多次抛光后,型腔尺寸将会超差而失效。特别 是塑料中含有云母粉,硅砂,玻璃纤维等固体有机填料 时,会明显加剧型腔的磨损,不仅会使型腔表面粗糙度 值增加,也会使模具型腔尺寸变化。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 ②腐蚀:塑料模受腐蚀后将会导致模具表面的腐蚀 磨损,nba直播,从而加剧其磨损效应。 ③变形:模具在持续受热,受压条件下工作后,会发生局 部塑性变形而实效,例如:生产中常用的渗碳钢或碳素工 具钢制胶木模,在菱角处受负荷最大而产生塑性变形,出 现表面起皱,凹陷,麻点甚至棱角塌歪等;或者分型面变 形间隙扩大导致飞边增大而使塑件报废。如果是小型模具 在大吨位压力机上超载使用,更容易出现这种失效形式。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 ④断裂:塑料模多数形状复杂。存在许多凹角,薄边 等。这些部位易造成应力集中,当韧性不足时,就会 导致开裂。断裂的主要原因是由于结构,温差而产生 的结构应力,热应力,或因回火不足,在使用温度下, 残余奥氏体转变为马氏体,引起的局部体积膨胀,在 模具内部产生的组合应力所致。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5.1.3 对塑料模具材料的性能要求 ①较高的耐热性: ②足够的强度和硬度 ⑤良好的切削加工性 ⑥良好的镜面抛光率 ③良好的耐磨性 ④良好的耐蚀性 ⑦良好的电加工性 ⑧良好的花纹图案光蚀性 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5.2.1塑料模具用钢的分类 表1 塑料模具用钢分类 类别 牌号 类别 牌号 20,20Cr,20Mn, 渗碳型 12CrNiMo,DT1,DT2, 0Cr4NiMoV 45,50,55,40Cr,40Mn, 调质型 50Mn,4Cr5MoSiV, 38CrMoAlA T,T,T,5CrNiMo,9SiCr, 9CrWMn,GCr15,3Cr2W8V 淬硬型 ,Cr12MoV,45CrNiMoVSi, 6CrNiSiMnMoV(CD) 3Cr2Mo,5NiSCa,4Cr5MnSiV, Y20CrNi3AlMnMo(SM2), 预硬型 Y55CrNiMnMoV(SM1), 8Cr2MnWMoVS(8Cr2S) 3Cr13,2Cr13,Cr16Ni4Cu3N1 耐蚀型 (PCR)1Cr18Ni9,3Cr17Mo, 0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH) 18Ni140,18Ni170,1Ni210, 实效 10Ni3MnCuAl(PMS), 18Ni9Co, 硬化型 06Ni16MoVTiAl, 25CrNi3MoAl 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5.2.2 渗碳型塑料模具用钢 渗碳型塑料模具用钢主要用于冷挤压成型的塑料模。 为了便于冷挤压成型,这类钢在退火态需有高的塑性 和低的变形抗力,成型复杂型腔时,退火硬度要低于 100HBS,成型浅型腔时,其退火硬度要低于160HBS。 因此,对这类钢要求有低的或超低的含碳量,同时钢中 加入能提高淬透性而固溶强化铁素体效果又小的合金元素, 如Cr,Ni。为了提高耐磨性,这类钢在冷加压成型后一般都 进行渗碳和淬火处理,表面硬度可达58~62HRC。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 10钢,20钢是最简单,最便宜的渗碳钢,经渗碳后 虽然表面有高强度,高耐磨性,但因为淬透性差,心部 强度低,故只适宜于承受载荷较小,要求不高的塑料模 具。对于截面大,承受重载荷的用渗碳钢制造的塑料模 具,必须根据实际使用,采用不同级别的合金渗碳钢。 常用的渗碳型塑料模具钢主要有20,20Cr, 12CrNi3A 和12Cr2Ni4A钢,以及国内最新研制的冷成型专用钢 0Cr4NiMoV(LJ),LJ钢用于冷挤压塑料模具的专用钢 种。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 该钢使用于制造中、小型塑料模具。为了提高模具 型腔的耐磨性,模具成型后一般需要进行渗碳处理,然 后再进行淬火和低温回火,从而保证模具表面具有很高 硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性。对于使用寿命 要求不很高的模具,也可以直接进行调质处理 表2 20Cr钢的化学成分ω/% 钢号 20Cr 20 C Si Mn Cr P ≤0.030 ≤0.035 S ≤0.030 ≤0.035 0.18~0.24 0.17~0.37 0.50~0.80 0.70~1.00 0.17~0.24 0.17~0.37 0.35~0.65 ≤0.25 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 20Cr钢比相同含碳量的碳素钢的强度和淬透性都明显 地高,油淬到半马氏体硬度的淬透性为Φ20~23mm。这 种钢淬火低温回火后具有良好的综合力学性能,低温冲击 韧性良好,回火脆性不明显。该钢渗碳淬火表面强化处理 后,模具表面获得细针状的马氏体,硬度为58~62HRC; 心部获得低碳马氏体组织,硬度在35~40HRC。渗碳时钢 的晶粒有长大倾向,所以要求二次淬火以提高心部韧性, 不宜降温淬火。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 12CrNi3A钢属于合金渗碳钢,含C量较低,且含Ni 较多,有利的提高了该钢的韧性和淬透性,12CrNi3A比 12CrNi2A钢有更高的淬透性,因此,可以用于制造比 12CrNi2A钢截面稍大的零件,适宜冷挤压成型。主要用 于冷挤压成型的形状复杂的浅型腔塑料模具和大,中型 切削加工成型的塑料模具。 表3 12CrNi3A钢的化学成分ω/% C Si Mn Cr Ni P ≤0.025 S ≤0.025 0.10~0.17 0.17~0.37 0.30~0.60 0.60~0.90 2.75~3.25 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合 力学性能,钢的低温韧性好,缺口敏感性小,切削加工 性能良好,当硬度为HB260~320时,相对切削加工性为 60%~70%。另外,钢退火后硬度低、塑性好,因此, 既可以采用切削加工方法制造模具,也可以采用冷挤压 成型方法制造模具。 为提高模具型腔的耐磨性,模具成型后需要进行渗碳处理, 然后再进行淬火和低温回火,从而保证模具表面具有高硬度、 高耐磨性而心部具有很好的韧性,该钢适宜制造大、中型塑 料模具。但该钢有回火脆性倾向和形成白点的倾向。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (3) 0Cr4NiMoV(LJ) LJ钢是华中理工大学与大冶钢厂合作研制的一种冷 挤压成型塑料模具钢。此钢有优良的退火软化能力,经 常规退火后,硬度能降至HB100左右,具有很好的冷挤 压成型能力。 表4 LJ钢的化学成分ω/% C ≤0.08 Mo 0.20~ 0.60 V 0.08~0 .15 Mn 0.20~ 0.30 Cr 3.60~ 4.20 Ni 0.30~ 0.70 Si ≤0.20 P ≤0.030 S ≤0.030 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 LJ钢冷成型性与工业纯铁相近,用冷挤压的方式成 型的模具型腔轮廓清晰,光洁,精度高。LJ钢具有良好 的锻造性能和热处理工艺性。退火硬度为100-105HBS, 可顺利的进行冷挤压成型,LJ钢渗碳速度快,渗层深度 比20钢多高一倍。通过固体渗碳工艺,表面硬度达 58~60HRC,心部硬度为27~29HRC,热处理变形微小。 LJ钢主要用来替代10钢,20钢及工业纯铁等冷挤压成型 的精密塑料模。由于渗碳淬硬层较深,不会出现型腔表面塌 陷和内壁咬伤的现象,使用效果良好。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 6.2.3 预硬型塑料模具钢 5.2.3 预硬型塑料模具钢 6.2.3 预硬型塑料模具钢 所谓预硬型塑料模具钢就是供应时已预先进行了热 处理,并使之达到模具使用态硬度,该硬度变化范围较 大,较低硬度为25~35HRC,较高硬度为40~50HRC,在 这些硬度条件下把模具加工成型后,不再进行热处理而 直接使用,避免由于热处理而引起的模具变形和开裂, 从而保证了模具的制造精度。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 我国近年研究的预硬型塑料模具钢,大多数是以 中碳钢为基础,加入适量的Cr,Mn,Ni,Mo,V等合 金元素制成。为了解决在较高硬度下切削加工难度大 的问题,通过向钢种加入S,Ca,Pb,Se等元素,以 改善切削加工性能,从而制得易切削预硬钢,它们可 使模具在较高硬度下顺利完成车,钻,铣,镗,磨等 加工过程。有些预硬钢可以在模具成型后进行渗氮处 理,在不降低基体使用硬度的前提下使模具的表面硬 度和耐磨性显著提高。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 常用的预硬型的塑料模具钢可以分为两类:一类是 结合塑料模具要求单独开发的钢种,如3Cr2Mo(美国), 3Cr2MnNiMo(瑞典)钢等;另一类是借用合金结构 钢和一些热作模具钢的成熟钢号,如40Cr,42CrMo, 3CrMnSiNi2A,5CrNiMo,5CrMnMo, 4Cr5MoSiV1,4Cr5MoSiV等。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 3Cr2Mo(P20)系列钢中的主要钢种及化学成分见 表5,由表可见,该系列钢属于中碳合金钢。 表5 部分3Cr2Mo系列钢的成分 牌号 化学成分W/% C 3Cr2Mo(P20) 3Cr2NiMo(P4410) 4Cr2MnNiMo (718) 0.34 0.36 0.40 Mn 0.80 0.85 1.5 Si Cr Ni --1.0 1.1 Mo 0.43 0.35 0.2 S ≤0.03 ≤0.02 ≤0.03 P ≤0.03 ≤0.015 ≤0.03 0.50 1.70 0.40 1.85 0.30 2.0 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 ①3Cr2Mo钢 该钢与美国通用型塑料模具钢P20是同一类型钢。 生产中多采用电炉熔炼,真空除气和特殊脱氧处理,因 此,钢的纯净度较高。不仅镜面抛光性比较好,而且力 学性能均匀。该钢含Cr,Mo量较高,故淬透性好,通 常采用调质预硬处理,预硬硬度为30~36HRC。为了增 加表面耐磨性,可以在成型加工后进行表面处理,如镀 Cr,渗碳处理等。 该钢主要用于中,小型或大型复杂,精密塑料模。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 ②3Cr2NiMo(P4410) 该钢是P20的改进型,即在3Cr2Mo钢的基础上添加质 量分数为1.8%~1.2%的Ni,由于Ni的作用,该钢具有更高 的淬透性,强韧性和抗蚀性。该钢采用真空脱气,钢包喷 粉精炼。钢锭经水压机 后进行粗加工,再经超声波探伤后 进行调质热处理。因此,该钢纯净度高,组织致密,镜面 抛光性好,表面粗糙度Ra值达0.01~0.005um。该钢调质预 硬化处理硬度为32~36HRC,具有良好的车,铣,磨等加 工性能。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 可采用局部淬火的方法:采用火焰对局部表面加热至 800~825℃,然后空冷或用压缩空气冷却,使局部表面淬硬 模具局部损坏可用补焊法修补。 PP4410镀Cr后。镀层与基体金属结合良好,表面硬度 可达1000HV,可显著提高模具的耐磨性和耐蚀性。 该钢主要用于优质预硬型截面厚度≥250mm的塑料制品, 至56~62HRC,以增加模具的使用寿命。该钢的焊接性良好, 如电视机外壳,洗衣机面板等。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 该钢属于S,Ca复合系易切削预硬化模具钢,其Wc为 5CrMnNiMoVSCa钢的化学成分w/% 0.57,合金元素总质量分数小于4%。该钢采用喷射冶金技术, 从而消除了硫化物分布不均导致的有害影响,有效地提高了 该钢的韧性,均匀性和等方向性。研究表明,硫化物夹杂不 影响钢的镜面抛光性,因此该钢不仅具有良好的切削加工性, 而且镜面抛光性也好,蚀刻花纹图案清晰逼真,并在使用中 又较强的保持模具镜面的能力。 表7 6CrMnNiMoVSCa钢的化学成分w/% C Cr Ni Mn Mo V S Ca 0.50~ 0.60 0.80~ 1.20 0.80~ 1.20 0.80~ 1.20 0.30~ 0.60 0.15~ 0.30 0.06~ 0.15 0.002~ 0.008 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5NiSCa钢预硬化处理后的硬度为35~45HRC,在次 预硬状态下可顺利进行各种机械加工,镜面抛光后表面 粗糙度Ra值可达到0.05~0.025um。抛光后的模具,置于 大气中容易锈蚀氧化,应及时镀Cr或渗氮处理,既保护 型腔表面,又增加表面硬度和耐磨性。 5NiSCa钢可用于制作型腔复杂,精密的大,中,小型注 射模,橡胶模和胶木模。模具质量和寿命超过P20系列钢,接 近进口模具的先进水平,如5NiSCa钢制的透明窗模具,预硬 硬度为40HRC,表面粗糙度与进口P20相同,寿命50万件, 进口P20同类模具寿命仅为20万件。又如:5NiSCa制的磁带 内盒模具,预硬硬度为40~45HRC,平均寿命200万件,同样 超过进口的同类模具。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (3)8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)钢 该钢具有高碳多元合金化的成分特点,加入S获得易 切削的性能。它经860~900℃空淬,160~250℃回火处于高 硬状态,可用作薄板精密件冷冲裁模;它经调质硬态处理, 可用于多种塑料模具。由于淬透性好,空冷淬透直径达 100mm以上,空淬硬度为61.5~62HRC,热处理变形小, 并具有良好的强韧性和高的耐磨性。 表8 8Cr2MnWMoVS钢的化学成分w/% C Si Mn Cr W Mo V S P 0.75~ 1.30~ 2.30~ 0.70~ 0.50~ 0.10~ 0.08~ ≤0.40 ≤0.030 0.85 1.70 2.60 1.10 0.80 0.25 0.15 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 8Cr2S的预硬处理工艺一般为860~880空淬,550~620℃回 火二次,每次2h,的硬度为44~48HRC,经此调质预处理 后,可用高速钢或硬质刀具进行车,刨,铣,镗,钻, 攻丝等常规加工,其切削加工性能与退火T10A钢(200 HBS)相当。该钢经电渣重溶,材质均匀,组织细密, 纯净度高,其磨削和抛光加工性能良好。采用相同的研 磨加工,其表面粗糙度比一般合金工具钢低。 8Cr2S钢作为预硬度钢适宜于制作各种类型的塑料模, 胶木模,陶土磁料模以及印刷线路板冲孔模,使用寿命较一 般的合金工具钢高2~3倍。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (4)Y55CrNiMnMoV(SM1)及Y20CrNi3AlMnMo(SM2) 这两种钢都是加S的易切削塑料模具钢,均为预硬态 供应,预硬度为35~40HRC,其中SM2钢淬回火硬度略 低于SM1钢。 这两种易切削效果明显,性能稳定,综合性能明显优 于45钢,使用寿命长,均可用来制造各类塑料模具以及胶 木线路板冲孔模,精冲模导向板等,使用效果显著,部分 模具的使用寿命见表9 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 表9 部分模具使用寿命 模具名称 ZL400型透明罩 模 量角器,三角尺 模 牙刷模 纱管模 JG304C型照相机 模 出口玩具模 出口保温瓶模 线路板冲模 原用材料 CrWMn,45 3BCrMoAl 45 CrWMn,45 寿命 10万次报废 5万次报废 43万次报废 10万次报废 现用材料 SM2 SM1 SM1 SM1 寿命 50万次以上未修 模 30万次以上无破 损 290万次开始修 模 40万次开始修模 45 瑞典进口 718,8407 45 CrWMn 5万次报废 SM2 SM1, SM2 SM1, SM2 SM1 25万次开始修模 满足出口要求 30万次 满意 5万次报废 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5.2.4 淬硬性塑料模具钢 对于负荷较大的热固性塑料模和注射模,除了型 腔表面应有高耐磨性之外,还要求模具基体既有较高 的强度,硬度和韧性,以避免或减少模具在使用中产 生塌陷,变形和开裂现象。这类模具可选用淬硬型塑 料模具用钢来制造。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 常用的淬硬型塑料模具钢有:碳素工具钢(如T7A, T10A),低合金冷作模具钢(如9SiCr,9Mn2V,CrWMn, GCr15,7CrSiMnMoV钢等),Cr12型钢(如Cr12MnV 钢),高速钢(如W6Mo5Cr4V2钢),基体钢和某些热作 模具钢等。这些钢的最终热处理一般是淬火加低温回火 (少数采用中温回火和高温回火),热处理硬度通常在 45~50HRC以上。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 碳素工具钢仅适用于制作尺寸不大,受力较小,形 状简单以及防变形要求不高的塑料模,利用其淬透性低 的特点来制作要求表面耐磨而心部有一定韧性的凹模是 十分适宜的; 低合金冷作模具钢主要用于制作尺寸较大,形状较 复杂的精度较高的塑料模; Cr12MoV钢适宜制作要求高耐磨的大型,复杂和 精密的塑料模; W6Mo5Cr4V2钢适于制作要求强度高和耐磨性好的 塑料模;热作模具钢适合于制作有较高强韧性和一定耐 磨性要求的塑料模。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 另外,GD钢也是近年新推广使用的一种淬硬性 塑料模具钢,由于该钢强韧性高,淬透性和耐磨性 好,淬火变形小,成本低,用此钢取代Cr12MoV钢 或基体钢制作大型,高耐磨,高精度塑料模,不仅 降低了成本,而且提高了模具的使用寿命。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5.2.5 时效型塑料模具钢 时效硬化型塑料模具用钢的共同特点是碳含量低、 合金度较高,经高温淬火(固溶处理)后,钢处于软化 状态,组织为单一的过饱和固溶体。 采用此类钢制造塑料模具时,可在固溶处理后进 行模具的机械成型加工,然后通过时效处理,使模具 获得使用状态的强度和硬度,这就有效地保证了模具 最终尺寸和形状的精度。 时效型塑料模具钢可分为马氏体时效钢和析出 硬化型时效钢,下面分别作说明: 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 时效处理:指合金工件经固溶处理,冷塑性变 形或铸造,锻造后,在较高的温度放置或室温保持 其性能,形状,尺寸随时间而变化的热处理工艺。 若采用将工件加热到较高温度,并较短时间进行时 效处理的时效处理工艺,称为人工时效处理,若将 工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的 时效现象,称为自然时效处理。 时效处理的目的,消除工件的内应力,稳定组织 和尺寸,改善机械性能等。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 介绍几种时效硬化型塑料模具用钢: 25CrNi3MoAl钢; 18Ni类钢 ; 06Ni6CrMoVTiAl(06Ni)钢 ; 10Ni3MnCuAlMoS(PMS)镜面塑料模具钢 ; Y20CrNi3AlMnMo(SM2)钢; 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (1)18Ni类钢 该钢相当于日本的MASI钢,属于低碳马氏体时 效钢,经固溶处理-时效后,具有很高的强度和韧性, 又有良好的耐蚀型,而且时效变形小,主要用来制 作高精度,超镜面,型腔复杂,大截面,大批生产 的塑料模具。但这类钢含Ni量高,价格昂贵,应用 受到限制。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (2)25CrNi3MoAl 该钢是国内研制的一种低Ni时效钢,适用制作各 种塑料模具。 用于制作高精密塑料模具时,热处理工艺与一般 精密塑料模具相同,但为了进一步减小时效变形,在 模具的半加工后,应进行去应力回火,即加热到 650℃保温1h,以消除粗加工,半精加工中产生的应 力,然后再进行精加工,经此处理后,时效变形率为 -0.01%~0.02%。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 该钢不仅镜面加工性良好,图案蚀刻性能优良, 光刻图案清晰均匀,而且,渗氮工艺性良好,渗氮 后表面可达1100HV以上的硬度。 该钢还可以用于制造冷挤压型腔的塑料成型模。 冷挤压成型是在模具毛坯经淬火高温回火软化处理 后进行的。冷加压型腔成型后,应进行真空时效处 理或渗氮处理。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (3)06Ni6CrMoVTiAl(06Ni)钢 此钢属于低Ni马氏体时效钢,价格比18Ni类钢低 得多,该钢突出的优点是热处理变形小,时效处理后 的变形率仅为0.02~0.05%,这是高碳钢和易切削所不 及的。 固溶处理后硬度为25~28HRC。在此硬度值下,切削 加工性能和抛光性能都很好,经机械加工成型及钳工修理 和抛光后进行时效处理,时效后的硬度为43~48HRC,变 形率? 0.05%,并且具有良好的综合力学性能和一定的耐 蚀性能,以及良好的渗N,镀Cr,焊接工艺性。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 该钢适用于制造精度比较高又必须淬硬 (≥40HRC)的精密塑料模,比用调质钢和碳素工具 钢可提高寿命2倍以上,例如,制作的磁带盒模具, 其平均寿命可达110万次以上。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (4)10Ni3CuAlMoS(PMS)钢 PMS钢是一种新型的Ni-Cu-Al系失效硬化型塑料模 具钢,因镜面加工性能好,也被称为镜面塑料模具钢。 此钢热处理后获得贝氏体和马氏体双相组织,具有良好 的综合力学性能,淬透性高,热处理变形小,切削加工 性能良好,可作镜面抛光,适用于制造有镜面要求和精 细花纹图案蚀刻性能要求的透明塑料和其他各种热塑料 的成型模具。渗N处理后还可用于制造添加无机纤维的 增强工程塑料制品成型模具。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 ? PMS钢具有良好的锻造性能,锻造温度范围为 850~1150℃。固溶处理温度为840~900℃,空冷至室温 后硬度为30~35HRC。经650℃高温回火后硬度可降至 25HRC左右,此时,钢材有极好的塑性,可进行高精度 型腔的挤压成型。再经时效处理后仍能获得较高的强度 和40~43HRC的硬度。 ? PMS钢中含有合金元素Al,Al有N有极好的化合能力,因 此PMS钢的渗氮能力强,并且失效温度和渗氮温度极为接近, 在渗氮处理的同时也可以进行时效锤炼。渗氮后使模具的表 面硬度再次提高,因而增强了其耐磨性和抗黏着性。 ? PMS钢还具有良好的焊接性,可对损坏的模具进行补焊修复. 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (5)Y20CrNi3AlMnMo(SM2)钢 Y20CrNi3AlMnMo(SM2)钢属于含S系中合金 失效硬化易切削预硬钢。它具有良好的综合力学性能, 加工工艺性和优良的镜面抛光性能,可渗氯。用于高 精度模具。 Y20CrNi3AlMnMo(SM2)钢中加入Al,在时效时可以 析出硬化相Ni3Al。加入Cr的主要作用是提高钢的淬透性,因 此Y20CrNi3AlMnMo(SM2)钢比PMS钢的淬透性稍高,加 入S和Mn,可以形成易切削相MnS,因此,SM2钢的切削性 能优于PMS。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 Y20CrNi3AlMnMo(SM2)钢的锻造工艺与SM1 相同,锻后不必退火。SM2钢的固溶加热温度为 870~930℃,硬度为28HRC,具有良好的切削加工性能, 加工成型后经500~520℃时效处理,硬度为40HRC。对 于要求型腔表面光洁,精度较高的模具,可在此硬度下 进行精加工,抛光表面。SM2钢具有好的渗氯,氮碳共 渗,离子渗氯,氧氮共渗工艺性能。 SM2钢已经在纱管模,三角尺模,牙刷模,相机模,玩具 模,线路板模等方面得到了广泛应用,完全可以取代进口材料。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5.2.6 耐腐蚀型塑料模具钢 在生产聚氯乙烯,聚苯乙烯添加阻燃剂为原料的塑 料制品时,模具材料必须具有一定的耐腐蚀性能。常用 来制作模具的耐蚀钢有3CCr13, 4Cr13, 9Cr18, Cr18MoV,Cr18Mo,Cr14Mo4V,1Cr17Ni2等不锈钢 和马氏体实效不锈钢。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (1)高C高Cr型耐蚀钢 常用于制作塑料模具的高C高Cr型耐蚀钢有9Cr18, Cr18MoV,Cr14Mo,Cr14Mo4V,PCR,4Cr13, 1Cr17Ni2等。 高C高Cr型耐蚀钢属于莱氏体钢,必须通过锻造使粗 大碳化物均匀分布,钢坯的锻造加热温度为1100~1130℃ 始锻温度为1050~1080℃,终锻温度为850~900℃。锻后 砂冷或灰冷。 为降低锻造后的硬度,改善切削加工性能,并为淬火做 好组织准备,锻后应进行球化退火,退火组织为粒状珠光体 和均匀分布的碳化物,退火硬度为179~255HBS。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (2)中C高Cr型耐蚀钢——4Cr13 4Cr13属于马氏体不锈钢,严格的讲,只能耐大气和 水蒸气腐蚀。在热处理后能获得较高的硬度和耐磨性, 可用于制造要求一定耐蚀性能的塑料模具。 4Cr13的软化处理,可以来用在750~800℃温度进行高温 回火2-6h,也可采用在875-900℃温度保温1-2h,以1525℃/h的速度冷至于低于600℃出炉空冷。退火硬度为170200HBS。 4Cr13的淬火温度一般选择在1040-1060℃,4Cr13钢通常在 两种回火状态下使用。当要求高硬度和高耐蚀性时刻在200-350℃ 温度回火;当要求强度,塑性和冲击韧度有最佳配合且耐蚀性又 较高时,则采用650-750℃回火。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (3)低碳铬镍型耐蚀钢—1Cr17Ni2 1Cr17Ni2钢属于马氏体型不锈耐酸钢,对于氧化酸 类,盐类的水溶液由良好的耐蚀性。1Cr17Ni2钢具有较 高的强度和硬度,而且耐蚀性能较4Cr13好,缺点是有 脆性倾向,焊接性较差。 1Cr17Ni2的淬火温度一般为1000℃,与4Cr13不锈钢一样, 也是在淬火后低温回火或高温回火具有较高的耐腐蚀性能。淬 火后经250~300℃回火,基体组织为回火马氏体,钢的强度, 硬度较高,耐磨性好,而且具有高的耐蚀性能。高温回火温度 在600~700℃,钢的基体组织为回火索氏体,具有较好的强度 和韧性配合,而且也具有较好的耐蚀性能。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 6.2.7 其他塑料模具材料 1.铜合金 2.铝合金 3.锌合金 6.2.7 其他塑料模具材料 1.铜合金 2.铝合金 3.锌合金 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5.3.1 模具材料的选用 一般地说,应根据模具生产和使用条件的要求,结 合模具材料的性能和其他因素,来选择适合要求的模具 材料。在塑料制品成型模具中,塑料的种类,生产的批 量,塑料的复杂程度,尺寸精度和表面粗糙度等质量要 求是决定塑料模具材料的主要因素。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5.3.1.1 塑料模具成型零件的选用 由于成型塑料的种类不同和对塑料制品的尺寸,形 状,精度,表面粗糙度等的不同要求,对塑料模具用材 料分别提出了耐磨损,耐腐蚀,耐压,无磁性,微变形 和镜面磨削等不同的要求。塑料模具成型零件用材料大 致可分以下几种类型: 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (1)成型通用型塑料的模具材料 用于生产聚乙烯,聚丙烯等通用型塑料制品的模具。 ? ①当生产批量较小,尺寸精度和表面粗糙度无特殊 要求,而且模具截面不大时,可以采用碳素钢45钢或低 碳钢10,20钢制造。 ? ②当生产批量较大,模具尺寸较大或形状复杂,精 度要求高的工件时,则采用淬透性较高的合金模具钢。 ? ③当成型对精度和表面粗糙度要求很高的塑料制品 时,往往采用经过电渣重熔或真空自耗电极重熔的合金 模具钢。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (2)成型增强塑料的模具材料 对于生产添加玻璃纤维等无机增强剂的热塑性塑料注 射成型模具和热固性塑料挤压成型模具,为了提高模具型 (3)成型腐蚀性塑料模具材料 对生产聚氯乙烯,氟塑料或添加阻燃剂的阻燃塑料成 型模具,由于在成型的过程中模具接触腐蚀性介质,应选 用耐蚀性好的塑料模具钢。 腔表面的耐磨性,这类塑料模具通常采用冷作模具钢制造。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (4)成型磁性塑料的模具材料 成型磁性塑料的模具,一般多选用无磁模具材料制 造,如不锈钢模具经渗氮处理后使用,或采用Mn13型 耐磨奥氏体钢或无磁钢,如70Mn15Cr4Al3V2WMo。 (5)成型透明塑料制品的模具 对于成型透明塑料制品的模具,一般选用实效硬化 钢制造,如06Ni,18Ni,PMS,PMS,PCR,SM2等, 也可选用预硬钢SM1,Y82,空冷12钢等。塑料模具各 种成型零件材料的选用见表10 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 表 10 塑料模具钢的选用 工作条件 推荐钢号 生产塑料产品批量较小,精度 要求不高,尺寸不大的模具 45,55钢或用10,20钢进行渗碳 在使用过程中有交替的动载荷, 12CrNi3A,20Cr,20CrMnMo,20Cr2Ni4进行 塑料产品生产批量较大,受磨 渗碳 损较严重的塑料模具 大型,复杂,生产塑料产品批 量较大的塑料注射成型模或挤 压成型模具 热固性成型塑料模具及 要求高耐磨高强度塑料模具 耐腐蚀和高精度的塑料模具 复杂,精密,高耐磨塑料模具 3Cr2Mo,4Cr3Mo3SiV,5CrNiMo,5CrMnMo, 4Cr5MoSiV,4Cr5MoSiV1 9Mn2V,7CrMn2WMo,CrWMn,MnCrWV, Cr2Mn2SiWMoV,Cr5WV, Cr12MoV,Cr12 4Cr13,9Cr18,Cr18MoV,Cr14Mo,Cr14Mo4V 25CrNi3MoAl,18Ni-250,18Ni-300,18Ni-350 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 5.3.1.2 塑料模具结构零件材料的选用 对塑料模具结构零件的强度,硬度,耐磨性, 耐腐蚀性等的要求都比成型零件低,所以,一般选 用通用材料就能满足使用性能的要求。塑料模具结 构零件的常用材料表课本P175表5-47。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 课后习题(P181-10) 今有塑料靠背椅(整体件),工作面要求光洁, 无划痕,局部有细皮花纹,年产量45万件,试选用模具 (型腔件)的钢材品种,并提出热处理工作路线及其编 制理由。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (1)靠背椅 尺寸:55*50*80cm(参考尺寸)形状复 杂程度不高,精度要求不高 靠背椅材质:PP PP(聚丙烯):热塑性塑料。无毒、无味,密度小,强度、 刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具 有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆、 不耐磨、易老化,但可分别通过改性和添加抗氧剂予以克服。 适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件。 熔化温度:PP的熔点为160-175℃,分解温度为350℃, 但在注射加工时温度设定不能超过275℃。熔融段温度最好 在240℃。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (2)模具选择:大型(截面厚度≥600mm) 模具类型:注射成型塑料模 模具温度:模具温度50-90℃,对于尺寸要求较高 的用高模温。型芯温度比型腔温度低5℃以上。 注射压力:采用较高注射压力(1500-1800bar) 和保压压力(约为注射压力的80%)。大概在全行程 的95%时转保压,用较长的保压时间。 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (3)制件工艺要求: 要求光洁,无划痕→良好的镜面抛光率 局部有细皮花纹→良好的花纹图案光蚀性 (4)生产批量: 45万件→中批量 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (5)选用模具材料 选材要求:良好的镜面抛光率,良好的花纹光蚀 性,寿命较高,可制造大型的注射塑料模具。 可选用的模具钢:(原则:尽量选用常用材料) ①渗碳型模具钢 ╳ ②预硬型模具钢 5NiSCa,SM1,SM2 ③淬硬性模具钢 ╳ ④实效型模具钢 25CrNi3MoAl,06Ni ,PMS ⑤耐腐蚀型模具钢 ╳ ⑥调质型模具钢 ╳ 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 (6)热处理工艺线路 ①预硬型模具钢 ②实效型模具钢 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 机械制造工程系 模具材料 塑料模具材料 机械制造工程系 模具材料

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