常用塑料模具零部件材料解析

1、6.4 常用塑料模具零部件材料塑料注射模具結(jié)構(gòu)比較復雜， 一套完整的模具有各種各樣的零件， 各個零件在模具中所 處的位置、 作用不同，對材料的性能要求就有所不同。合理選擇模具零件的材料， 是生產(chǎn)高 質(zhì)量模具、提高效率、降低成本的基礎。6.4.1 塑料注射模具對材料的基本要求對于塑料注射模具，模具零件材料的基本要求如下。1. 具有良好的機械加工性能塑料注射模具零件的生產(chǎn)， 大部分由機械加工完成。 良好的機械加工性能是實現(xiàn)高速加 工的必要條件。 良好的機械加工性能能夠延長加工刀具的壽命， 提高切削性能， 減小表面粗 糙度值，以獲得高精度的模具零件。2. 具有足夠的表面硬度和耐磨性塑料制品的表面粗糙

2、度和尺寸精度、 模具的使用壽命等， 都與模具表面的粗糙度、 硬度 和耐磨性有直接的關系。 因此， 要求塑料注射模具的成型表面有足夠的硬度， 其淬火硬度應 不低于 55 H RC ，以便獲得較高的耐磨性，延長模具的使用壽命。3. 具有足夠的強度和韌性由于塑料注射模具在成型過程中反復受到壓應力 （注射機的鎖模力） 和拉應力 （注射模 型腔的注射壓力） 的作用， 特別是大中型和結(jié)構(gòu)形狀復雜的注射模具， 要求其模具零件材料 必須有高的強度和良好的韌性，以滿足使用要求。4. 具有良好的拋光性能為了獲得高光潔表面的塑料制品， 要求模具成型零件表面的粗糙度值小， 因而要求對成 型零件表面進行拋光以減小其表面

3、粗糙度值。 為保證拋光效果， 模具材料不應有氣孔、 雜質(zhì) 等缺陷。5. 具有良好的熱處理工藝性 模具材料經(jīng)常依靠熱處理來達到必要的硬度，這就要求材料具有較好的淬硬性和淬透 性。塑料注射模具的零件往往形狀較復雜，淬火后進行加工較為困難，甚至根本無法加工， 因此模具零件應盡量選擇熱處理變形小的材料，以減少熱處理后的加工量。6. 具有良好的耐腐蝕性一些塑料及其添加劑在成型時會產(chǎn)生腐蝕性氣體， 因此選擇的模具材料應具有一定的耐腐蝕性，另外還可以采用鍍鎳、鉻等方法提高模具型腔表面的抗蝕能力。7. 表面加工性能好塑料制品要求外表美觀， 花紋裝飾時， 則要求對模具型腔表面進行化學腐蝕花紋， 因此 要求模具材

4、料蝕刻花紋容易，花紋清晰、耐磨損。6.4.2 塑料注射模具零件常用材料 目前生產(chǎn)中常用的塑料模具材料有金屬材料和非金屬材料， 常用的金屬材料有碳素模具 鋼、滲碳型塑料模具鋼、合金模具鋼以及塑料模具特殊用鋼等，它們的類別和特點如下。1. 碳素模具鋼 SM45 鋼 SM45 鋼屬優(yōu)質(zhì)碳素塑料模具鋼，與普通優(yōu)質(zhì)45 碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，其鋼中的S、P含量低，鋼材純度好。由于 SM45鋼的淬透性差，制造較大尺寸的塑料模具，一 般用熱軋、熱鍛或正火狀態(tài)，模具硬度低，耐磨性較差；制造小型塑料模具，用調(diào)質(zhì)處理可 獲得較高的硬度和較好的強韌性。 鋼中碳含量中等， 形狀簡單的模具一般采用水冷淬火， 形 狀復雜的小型

5、模具水淬容易出現(xiàn)裂紋，一般采用水淬油冷。SM45 鋼的優(yōu)點是價格便宜，切削加工性能好， 淬火后具有較高的硬度， 調(diào)質(zhì)處理后具有良好的強韌性和一定的耐磨性， 被 廣泛用于制造中、低檔的塑料模具。 SM50 鋼 SM50 鋼屬碳素塑料模具鋼，其化學成分與高強中碳優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 50 鋼相近，但鋼的潔凈度更高，碳含量的波動范圍更窄，力學性能更穩(wěn)定。SM50 鋼經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后，具有一定的硬度、強度和耐磨性，而且價格便宜，切削加工性能好，適宜制造 形狀簡單的小型塑料模具或精度要求不高、使用壽命不需很長的模具等。 但SM50鋼的焊接性能不好，冷變形性能差。 SM55 鋼 SM55 鋼屬碳素塑料模具鋼，其化

6、學成分與高強中碳優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼55鋼相近，但鋼的潔凈度更高，碳含量的波動范圍更窄，力學性能更穩(wěn)定。SM55 鋼經(jīng)熱處理后具有高的表面硬度、強度、耐磨性和一定的韌性，一般在正火或調(diào)質(zhì)處理后使用。該鋼價 格便宜、切削加工性能中等，當硬度為179229HBS時，相對加工性為 50%，但焊接性和冷變形性均低。 適宜制造形狀簡單的小型塑料模具或精度要求不高、 使用壽命不需要很長的 塑料模具。2. 滲碳型塑料模具鋼 20 鋼 20 鋼屬于低碳鋼，特點是強度低，塑性和韌性較高，切削性和焊接性很好。 含錳量低的 20 鋼的切削加工性比含錳量高的要差些， 但可以用正火或冷變形的方法來改善， 冷變形還可以提高鋼的強度

7、， 而正火可以提高鋼的韌性， 所以采用冷擠壓成形的模具在冷擠 壓加工前最好先進行正火處理。退火雖然能提高 20 鋼的韌性，但由于其緩慢的冷卻可能引 起游離鐵素體在晶粒邊界上析出，嚴重影響到鋼的切削加工性與加工后應有的表面粗糙度， 因此 20 鋼不適宜在退火狀態(tài)下制造各類零件。20 鋼適宜制作普通的中小型塑料模具。為了提高模具型腔的耐磨性，模具成形后需進 行滲碳或碳氮共滲熱處理， 然后再進行淬火和低溫回火， 從而保證模具表面具有高硬度、 高 耐磨性，心部具有很好的韌性。20Cr鋼 20Cr鋼的強度和淬透性比相同含碳量的碳素鋼都有明顯提高，20Cr鋼經(jīng)淬火、低溫回火后具有良好的綜合力學性能，低溫沖

8、擊韌性良好，回火脆性不明顯。滲碳時鋼的晶粒有長大傾向，所以要求二次淬火以提高心部韌性，不宜降溫淬火。當正火后硬度為170217HBS時，20Cr鋼的相對切削加工性為 65%,焊接性中等，焊接前要預熱100150C, 冷變形時塑性中等。 該鋼適于制造中小型塑料模具。 為了提高模具型腔的耐磨性， 模具成形 后需要進行滲碳熱處理或碳氮共滲熱處理, 然后再進行淬火和低溫回火, 從而保證模具表面 具有高硬度、 高耐磨性而心部具有很好的韌性。 對于使用壽命要求不高的模具, 也可以直接 進行調(diào)質(zhì)處理。 20Cr2Ni4 鋼 20Cr2Ni4 鋼是優(yōu)質(zhì)滲碳鋼, 強度、 韌性及淬透性均優(yōu)良, 滲碳后不能 直接淬

9、火,在淬火前需進行一次高溫回火。 20Cr2Ni4 鋼的冷變形塑性中等,切削加工性一 般,焊接性差,焊前應預熱,白點敏感性大,有回火脆性傾向。20Cr2Ni4 鋼有高的淬透性,因此可以制造截面尺寸較大的模具。 20Cr2Ni4 鋼淬火、回 火后都有良好的綜合性能, 可以用切削加工或冷擠壓成形的方法制造模具。 為了提高模具表 面的硬度和耐磨性,可以采用滲碳、淬火、回火的方法或碳氮共滲、淬火、回火的方法,提 高模具表面的硬度和耐磨性,而模具的心部仍保持較好的韌性。20Cr2Ni4 鋼適宜制造大、中型塑料模具。3. 合金模具鋼為滿足塑料注射模具對材料的各種要求, 目前市場上已有許多制造塑料模具專用的

10、合金 模具鋼。 3Cr2Mo(P20) 鋼 這是一種可以預硬化的塑料模具鋼, 預硬化后硬度為 36 38HRC, 適用于制作塑料注射模具型腔,其加工性能和表面拋光性較好。 10Ni3CuAlVS(PM S) 鋼 此種鋼為析出硬化鋼。預硬化后時效硬化,硬度可達 40 45HRC。熱變形極小，可做鏡面拋光，特別適合于腐蝕精細花紋。可用于制作尺寸精度高， 生產(chǎn)批量大的塑料注射模具。 06Ni7Ti2Cr 鋼 該種鋼材屬于馬氏體時效鋼。 在未加工前為固熔體狀態(tài), 易于加工。 精加工后以480520C進行時效，硬度可達 5057HRC。適用于制造要求尺寸精度高的小 型塑料注射模具,可做鏡面拋光。 8Cr

11、MnWMoVS(8CrMn) 鋼 為易切預硬化鋼,可做鏡面拋光。其抗拉強度高,常用于大型注射模具。調(diào)質(zhì)后硬度為3335HRC，淬火時可空冷，硬度可達4260HRC。 25CrNi3MoAl 鋼 適用于型腔腐蝕花紋, 屬于時效硬化鋼。 調(diào)質(zhì)后硬度 23 25HRC, 可用普通高速鋼刀具加工。時效后硬度3842HRC?？梢宰龅幚恚幚砗蟊韺佑捕瓤蛇_ 1100HV 。 Crl6Ni4Cu3Nb(PCR) 鋼 耐腐蝕鋼,可以空冷淬火,屬于不銹鋼類型?？绽浯阌部蛇_4253HRC，適于有腐蝕性的聚氯乙烯類塑料制品的注射模具。4. 塑料模具的結(jié)構(gòu)零件用鋼塑料注射模具中的結(jié)構(gòu)零件一般采用碳素結(jié)構(gòu)鋼或低

12、合金鋼。 Q235A 鋼 Q235A 為碳素結(jié)構(gòu)鋼, 其機械性能較差, 但價格低廉, 常用于塑料注射 模的動模及定模座板、墊塊等零件。 45、55 鋼 此類鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,可以用來制造形狀較簡單,精度要求不高的 塑料注射模具,但其使用壽命較低,拋光性不好。45、55 鋼可以通過調(diào)質(zhì)處理來改善其性能,可以用于制造塑料注射模具的推板、型芯固定板、支承板等零件。 T8A 、T10A 鋼 這類鋼為優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼, 其含碳量高, 淬火硬度可達 50 55HRC, 可用于制造導柱、導套、斜銷、推桿等塑料注射模具零件。 40Gr 鋼 40Gr 鋼為低合金鋼, 可以用于制造形狀不太復雜的中小型塑料注射模具

13、。40Gr 鋼可以進行淬火、調(diào)質(zhì)處理,制作型芯、推桿等零件。5. 其他材料有色金屬材料和非金屬材料也是塑料注射模具中經(jīng)常用到的材料。 鈹銅合金鈹銅合金是在銅中加入 3.0%以下的鈹（Be）而形成的合金。鈹銅合金通常采用精密鑄造或者壓力鑄造來制造精密、復雜型腔?？刹捎么朔N方法方便、迅速地制造機械加工無法制作的復雜型腔。鈹銅合金機械性能好，熱處理硬度可達4050HRC，尺寸精度高并且導熱性能好。鈹銅合金價格較高，因此，一般僅用其制造型腔鑲件，鑲?cè)肽＞咧小?鋅基合金 常用的鋅基合金是把鋅作為主要成分并加入A1、Cu、Mg等元素形成合金。鋅基合金材料熔融溫度低，能簡單地用砂型鑄造、石膏型鑄造、精密鑄造

14、等方法成型。 由于其熔融溫度低， 表面質(zhì)量較好，加工周期短，經(jīng)常被用在注射次數(shù)少的試模模具和小批 量生產(chǎn)的注射成型模具。因鋅基合金鑄造后產(chǎn)生收縮較大，所以在鑄造后應放置24小時使其尺寸穩(wěn)定后再進行加工。鋅基合金的使用溫度較低，當溫度高于150200C時容易引起變形。所以鋅基合金僅適用于模具溫度較低的塑料注射模具。環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂應用在試制及成型批量很少的模具上。純環(huán)氧樹脂中一般加鋁 粉等填料以改善其強度、硬度、收縮率等性能。采用環(huán)氧樹脂制模時，只要有模型，就能在 相當短的時間內(nèi)制造出模具，因此對于試制產(chǎn)品是非常有利的。塑料膜具零件所使用的材料可以根據(jù)生產(chǎn)實際情況選用。表6-11給出了部分塑料模

15、具零件材料的選用及說明。表6-11塑料模具常用材料選用零件類別使用要求材料熱處理說明類型硬度成型強度高、TS銅合金岀廠硬度28 32導熱性能優(yōu)良、廣泛用于嵌件，耐磨零件耐磨性 好、耐腐 蝕性好、 熱處理 變形小HRC損、防刮料，可替代鈹青銅合金鈹銅 MM40需快速冷卻的模芯、鑲件MEK 4高耐磨、高韌性X13T6W (236)(236H)高耐磨、高耐腐蝕鏡面模具718S、 718H塑料模之內(nèi)模件S136、 S136H耐腐蝕鏡面模具RAMAX 168易切削、耐腐蝕銅合金HIT75 MOD需快速冷卻的模芯，鑲件6061-T6/T6516061-T6511 鋁合金吹塑模、吸塑模、鞋模、發(fā)泡模SKD1

16、1特殊鋼淬火、回火55HRC以上用于形狀復雜之塑料模具2738預硬鋼岀廠硬度 經(jīng)硬化回 火290350 HB優(yōu)良加工性能、易切削拋光和電蝕，適合要求高光整度的模具如PS、ABS，硬度均勻5CrMnMo、5CrNiMo淬火、中溫回火46HRC以上用于成型溫度高、壓力大的模具T8A、T10A、T12A淬火、低溫回火55HRC以上用于形狀簡單、尺寸較小的模具45、50、55、40Cr、40CrMo、 35CrMo、40MnB、40MnVB調(diào)質(zhì)、淬火55HRC以上普通塑料模具10、15、20、20CoMnTi、12CrNi 類滲碳淬火50HRC以上容易切削加工鋅基合金塑件試制、小批生產(chǎn)主流道襯套耐磨性 及耐腐 蝕性好40、50、55以及可用于成型零部件的其他模具材料表面淬火50HRC以上LKM 2083防腐蝕性良好、易拋光推桿拉料桿等一定的 強度和 耐磨性T8A、T10A、T12A淬火、低溫回火55HRC以上導柱導套表面耐 磨、韌性 好、抗彎 曲20、T8A、T10A、銅合金等表面滲碳、淬火50HRC以上各種模板一定的 強度和 剛度45、50、40Cr、40MnB、Q235 Q275、HT2001何謂凹模（型腔）和凸模（型芯）？繪出整體組合式凹模或凸模的三種基本結(jié)構(gòu), 并標上配合精度。2常用小型芯的固定方法有哪幾種形式？分別