塑料模具鋼的選擇及熱處理

塑料模具鋼的分類(lèi)及選用塑料模具工作條件、失效形式及對(duì)模具材料的性能要求一、塑料模具的工作條件1、塑料分類(lèi)和塑料模具分類(lèi)塑料分為熱固性塑料和熱塑性塑料。熱固性塑料可采用的加工方法有：壓塑、擠塑和注塑等。熱塑性塑料可采用的加工方法有注塑、擠塑、吹塑和真空成型等。塑料成型工藝比較多，最為常見(jiàn)的是熱固性塑料壓塑和熱塑性塑料注塑和擠塑。下面我們就來(lái)分析一下這2類(lèi)模具的特點(diǎn)。2、工作條件1）熱固性塑料壓塑模一定溫度塑料融體的溫度為160-250℃一定壓力160-200MPaMax600MPa摩擦在壓縮的過(guò)程中，固體物料與模具之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)（特別是有添加劑的情況），從而產(chǎn)生摩擦。腐蝕性很多品種的塑料具有一定的腐蝕性。2）熱塑性塑料注射模工作溫度塑料溫度150-250℃，有添加劑溫度可達(dá)到300℃左右。壓力和沖刷融體以高速、高壓射入模具型腔，所受到壓力比壓塑時(shí)要小得多，有添加劑的情況下，沖刷作用比較明顯。腐蝕融溶的物料中有HCI、HF等腐蝕性氣體。

二、塑料模具常見(jiàn)的失效形式模具主要失效形式磨損和腐蝕塑性變形（局部）斷裂失效1、磨損和腐蝕1）磨損熱固性塑料在壓縮過(guò)程中，由于開(kāi)始時(shí)需要將塑料壓縮（實(shí)），在此過(guò)程中固體物料產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將造成模具表面的磨損，特別是有固體添加劑的塑料，這種磨損的趨勢(shì)更加嚴(yán)重。對(duì)于熱塑性塑料而言，添加劑在熔融的塑料中會(huì)成為熔融物料中的“硬點(diǎn)”，在注塑的過(guò)程中會(huì)與模具的表面產(chǎn)生摩擦，從而造成模具表面拉毛等。2）腐蝕很多塑料中含有CI、F等元素，當(dāng)加熱到熔融態(tài)后就會(huì)分解出HCI、HF等有腐蝕性的氣體，從而將模具的表面腐蝕，這樣模具表面就會(huì)變得粗糙，在使用的過(guò)程中就會(huì)加劇模具的磨損。2、局部塑性變形（主要是熱固性塑料壓塑模）模具局部出現(xiàn)凹陷、麻點(diǎn)和棱邊塌陷等、或分型面之間間隙增大，從而造成工件報(bào)廢。產(chǎn)生的原因材料本身因素：抗壓強(qiáng)度不足（一般表現(xiàn)為淬硬層抗壓強(qiáng)度）回火不充分（使用溫度超過(guò)回火溫度、組織轉(zhuǎn)變）外部因素：連續(xù)受熱溫度呈周期性變化周期性受壓超載3、斷裂內(nèi)因：1）材料韌性不足；2）在一定的溫度下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，造成內(nèi)應(yīng)力。外因：尖角部位存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中。三、對(duì)模具材料的要求包括使用性能要求和工藝性能要求。1、使用性能要求足夠的強(qiáng)度以承受必要的工藝負(fù)荷、防止變形。硬度與材料拋光性能有關(guān)，硬度越高，材料的拋光性能也越好。良好的耐磨和硬度和耐腐蝕性能使模具表面和尺寸經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用不改變，即保持模具的使用壽命。足夠的韌性保證模具不發(fā)生開(kāi)裂較好的耐熱性能和尺寸穩(wěn)定性良好的導(dǎo)熱性能。

2、工藝性能能良好的鍛造造工藝性導(dǎo)熱性能好好、塑性好好、變形抗抗力低、鍛鍛造溫度范范圍寬良好的機(jī)械械加工性能能由于塑料模模具屬于型型腔模具，，加工過(guò)程程比較困難難，所以要要求材料具具有良好的的切削和磨磨削性能。。在這類(lèi)模模具中常常常加入S、Pb、Ca、Se等元素以改改善材料的的切削性能能。良好的焊接接性能當(dāng)模具需要要修復(fù)或者者因?yàn)榍捌谄诩庸げ划?dāng)當(dāng)出現(xiàn)缺陷陷時(shí)，常常常采用焊接接的方法，，因此要求求材料應(yīng)當(dāng)當(dāng)具有良好好的焊接性性能。良好的熱處處理工藝性性淬透性、脆脆硬行良好好變形小、開(kāi)開(kāi)裂傾向小小工藝簡(jiǎn)單、、工藝質(zhì)量量穩(wěn)定良好的拋光光性能工件的表面面質(zhì)量主要要取決于模模具型腔表表面的粗糙糙度，因此此塑料模具具的表面大大部分比較較光滑，基基本上要拋拋光為鏡面面。硬度高高、晶粒細(xì)細(xì)有利于拋拋光。在冶煉的過(guò)過(guò)程中要從從方法上保保障材料的的純潔性（（比如電渣渣熔煉、真真空熔煉等等），因?yàn)闉榉墙饘賷A夾雜物、宏宏觀和微觀觀組織不均均勻（針眼眼、空洞和和斑痕etc.）都將使材材料的拋光光性能下降降。電加工性能能電火花加工工后，金屬屬表面會(huì)留留下溝紋，，使加工的的粗糙度變變大?；蚧蛘叱霈F(xiàn)較較深的硬化化層，使拋拋光困難。。紋飾加工性性能各種花紋和和圖案（要要求清晰、、均勻）。。要求材質(zhì)質(zhì)純凈、組組織均勻、、無(wú)偏析，，否則，腐腐蝕或者光光蝕后效果果不是太好好。塑料模具用用鋼及選用用一、種類(lèi)由于塑料的的品種很多多，加工方方法也有很很多種，產(chǎn)產(chǎn)品要求也也有很大差差異，因此此對(duì)于塑料料模具材料料的要求也也多種多樣樣，但是沒(méi)沒(méi)有一種材材料能夠完完全滿足所所有的要求求，也就是是說(shuō)材料只只能滿足某某些方面的的要求，鑒鑒于上述原原因，人們們將塑料模模具用材料料按照一定定的指標(biāo)進(jìn)進(jìn)行分類(lèi)，，一般可以以把模具材材料分成以以下幾種類(lèi)類(lèi)型：調(diào)質(zhì)型塑料料模具鋼滲碳型塑料料模具鋼淬硬型塑料料模具用鋼鋼預(yù)硬型塑料料模具鋼時(shí)效硬化塑塑料模具型型鋼耐蝕塑料模模具型鋼碳素型塑料料模具鋼塑料模具鋼鋼的種分類(lèi)類(lèi)（P74）二、各類(lèi)鋼鋼的成分和和性能特點(diǎn)點(diǎn)1、調(diào)質(zhì)型塑塑料模具鋼鋼調(diào)質(zhì)型塑料料模具鋼包包括SM45、SM48、SM50、SM53、SM55。下面簡(jiǎn)單介介紹一些材材料的性能能特點(diǎn)。和普通調(diào)質(zhì)質(zhì)鋼一樣，，這類(lèi)鋼材材具有良好好的綜合性性能，在加加工一些具具有嚴(yán)重磨磨損性塑料料時(shí)，首先先將材料進(jìn)進(jìn)行熱處理理，使其硬硬度達(dá)到46-50HRC，在進(jìn)行完完所有其它它工序之后后再將表面面進(jìn)行滲N處理，這樣樣可提高材材料的耐磨磨性能，表表面硬度可可以達(dá)到1000HV以上。和普通調(diào)質(zhì)質(zhì)鋼（45、50、55等）相比，，這類(lèi)材料料無(wú)論在材材料的冶金金質(zhì)量、還還是材料的的均勻性方方面均有很很大的提高高，因此材材料的拋光光性能有很很大的提高高。這類(lèi)鋼材淬淬透性比較較差、熱處處理時(shí)開(kāi)裂裂和變形傾傾向性大，，因此用來(lái)來(lái)制造各種種中、小尺尺寸且質(zhì)量量要求較低低塑料件的的模具。價(jià)格低。。2、滲碳型型塑料模模具鋼滲碳鋼含含C量一般比比較低，，通常在在0,25%以下，這這類(lèi)材料料在退火火狀態(tài)硬硬度比較較低，其其塑性很很好，變變形抗力力小，因因此這類(lèi)類(lèi)鋼材比比較適合合用冷擠擠壓的方方法制造造模具型型腔。（（簡(jiǎn)單介介紹模具具型腔的的冷擠壓壓工藝））。滲碳鋼經(jīng)經(jīng)過(guò)必要要的處理理后，表表面具有有較高的的硬度并并且耐磨磨性很好好，同時(shí)時(shí)芯部具具有良好好的韌性性。由于于表面具具有較高高的硬度度，因此此材料的的拋光性性能很好好。為了達(dá)到到表面硬硬度較高高的目的的，需要要經(jīng)過(guò)滲滲碳處理理以提高高材料表表層的含含C量。在通通常情況況下，滲碳層的的厚度在在0,6-1mm之間，淬淬火后表表面硬度度可以達(dá)達(dá)到58-62HRC。由于處處理方式式比較復(fù)復(fù)雜，因因此會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生一定定的變形形，也就就是說(shuō)，，在滲碳碳處理之之后，必必須采取取一些后后續(xù)加工工措施。。由于滲碳碳層的厚厚度較薄薄，因此此在滲碳碳后不能能改變模模具型腔腔的結(jié)構(gòu)構(gòu)。如果果必須改改變的話話，則必必須將第第一次滲滲碳的滲滲碳層全全部去掉掉，否則則將會(huì)在在局部出出現(xiàn)過(guò)滲滲碳的情情況。3、淬硬性性塑料模模具鋼主要用來(lái)來(lái)制造注注塑和壓壓塑模具具。這類(lèi)材料料強(qiáng)度、、硬度高高且耐磨磨性好。。與常規(guī)規(guī)滲C鋼相比，，熱處理理較簡(jiǎn)單單?？芍敝苯有薷母哪＞呔志植?，修修改后不不需重新新進(jìn)行熱熱處理。。缺點(diǎn)：模模具型腔腔比較深深時(shí)，有有斷裂的的危險(xiǎn)性性，因?yàn)闉轫g性比比較差。。材料含C量一般較較低，盡盡管韌性性可以達(dá)達(dá)到使用用要求，，但是其其它的性性能，比比如硬度度、耐磨磨性等無(wú)無(wú)法滿足足使用要要求，因因此應(yīng)用用受到了了限制。。典型鋼種:4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1Cr12Mo1V1，也可使用T7、T10、9CrSi、9Mn2V、CrWMn、Cr12MoV等。4、預(yù)硬型塑料料模具鋼預(yù)硬型模具鋼鋼是為了解決決大型模具的的淬火問(wèn)題而而出現(xiàn)的。可可用來(lái)制造各各種尺寸的模模具，尤其是是復(fù)雜的塑料料模具。材料的供貨狀狀態(tài)為熱處理理狀態(tài)，即材材料已具備必必要的使用性性能?？蛇M(jìn)行表面處處理，提高材材料的某些性性能，特別是是耐磨性和耐耐腐蝕性。材料在相應(yīng)加加工之后不需需再進(jìn)行熱處處理，因此避避免了變形問(wèn)問(wèn)題。省掉了了所有與熱處處理變形有關(guān)關(guān)的后續(xù)加工工，保證了模模具的制造精精度。由于是對(duì)經(jīng)過(guò)過(guò)熱處理的材材料進(jìn)行機(jī)械械加工，因此此，材料必須須具備良好的的切削性能。。在通常情況況下，材料中中含有S、Ca等元素。但是是要注意的是是：加入了S元素之后，材材料中的硫化化物對(duì)紋飾和和圖案的腐蝕蝕有負(fù)面的影影響，即在腐腐蝕時(shí)會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)紋路不清晰晰或者不均勻勻等現(xiàn)象。這類(lèi)鋼材一般般價(jià)格稍高，，多用來(lái)制造造精度要求較較高的模具。。這類(lèi)鋼材中使使用比較多的的是SM3Cr2Mo（P20）及其改良型型材料SM3Cr2Ni1Mo（P4410）、SM3Cr2MnNiMo、、P20S、P20Ca以及5CrNiMnMoVSCa(5CrSCa)等等。5、時(shí)效硬化塑料料模具型鋼馬氏體時(shí)效鋼鋼是一種高強(qiáng)強(qiáng)度材料。供供貨狀態(tài)為固固溶體，時(shí)效效處理后較軟軟的固溶體會(huì)會(huì)被強(qiáng)化。這類(lèi)材料原來(lái)來(lái)用在航天、、航空領(lǐng)域，，成本很高，，因此只能用用在一些型腔腔特別復(fù)雜模模具的制造中中。在供貨狀態(tài)具具有較高的強(qiáng)強(qiáng)度1000-1200N/mm2，具有優(yōu)秀的的切削性能。。材料加工后需需進(jìn)行熱處理理，即時(shí)效處處理，一般加加熱到480-500℃保溫3-5小時(shí)。在靜止止空氣中緩慢慢冷卻。不回回火。由于固固化溫度低，，因此材料不不會(huì)發(fā)生變形形，固化后材材料在各個(gè)方方向上尺寸均勻縮小小，縮小量大約約0,05-0,1%。掌握了材料料熱處理前后后的尺寸變化化規(guī)律，就以以制造出尺寸寸、形狀精確確的模具。馬氏體時(shí)效鋼鋼可以進(jìn)行表表面處理，比比如滲N處理，但處理理溫度不允許許超過(guò)480-500℃。值得注意的是是這種材料在在硬度比較高高（53-58HRC）時(shí)仍然具有有很高的韌性性。此外這類(lèi)材料料可以在不用用預(yù)熱的情況況下與同類(lèi)材材料良好焊接接。主要有18Ni類(lèi)。如果用來(lái)制造造生產(chǎn)磨損較較嚴(yán)重塑料（（比如有添加加劑）的模具具，建議將材材料進(jìn)行表面面滲N處理。精度高、超鏡鏡面，用于大大型、復(fù)雜的的模具。6、耐蝕塑料模模具型鋼在加工的過(guò)程程中，有些塑塑料可能會(huì)分分解出有腐蝕蝕性的物質(zhì)，，比如鹽酸、、醋酸等。在在通常情況下下，可以將模模具進(jìn)行電鍍鍍處理，使表表面覆上一層層保護(hù)層，比比如鉻層、鎳鎳層等。但是是這樣的覆層層只有當(dāng)覆層均勻、且模具上沒(méi)有尖銳的棱棱邊時(shí)才能長(zhǎng)期起起作用。覆層層不均勻、且且模具上有尖尖銳的棱邊將將導(dǎo)致覆層中中出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力力，在承受負(fù)負(fù)荷的過(guò)程中中覆層脫落。此外在狹窄窄的凸起部位位，由于受到到彎曲應(yīng)力的的作用，因此此很容易脫落落。在多數(shù)的情況況下，使用耐耐腐蝕鋼效果果更好。這類(lèi)類(lèi)鋼材一般退退火狀態(tài)供貨貨，為了達(dá)到到必要的耐磨磨性能和抗壓壓強(qiáng)度以及足足夠的耐腐蝕蝕性能，必須須將材料進(jìn)行行熱處理。在在眾多的不銹銹鋼材料中，，SM4Cr13、SM3Cr17Mo使用的效效果最好好。在德德國(guó)使用用最多的的是X36CrMo17。在通常情情況下，，耐腐蝕蝕鋼都具具有足夠夠的耐磨磨性能，，通過(guò)表面面處理的的方式（（比如滲滲N）可以提提高耐磨磨性能，，但耐腐腐蝕性能能要下降降。因此不建議進(jìn)進(jìn)行滲N處理，如果必必須提高高耐磨性性能的話話，建議議使用含含C量稍微高高點(diǎn)的耐耐腐蝕鋼鋼。7、碳素型型塑料模模具鋼國(guó)外通常常利用C質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)0.5%~0.6%的碳素鋼鋼作為碳碳素塑料料模具鋼鋼。國(guó)內(nèi)內(nèi)對(duì)于生生產(chǎn)批量量不大、、沒(méi)有特特殊要求求的小型型塑料模模具，采采用價(jià)格格便宜、、來(lái)源方方便、加加工性能能好的碳碳素鋼制制造。為為了保證證塑料模模具具有有較低的的表面粗粗糙度值值，對(duì)碳碳素鋼的的冶金質(zhì)質(zhì)量提出出了一些些特殊要要求，如如鋼材的的有害雜雜質(zhì)含量量、低倍倍組織等等。這類(lèi)類(lèi)鋼一般般適用于于普通熱熱塑性塑塑料成型型模具。。三、模具具材料的的選擇塑料模成成本構(gòu)成成（%）項(xiàng)目目占占成本本比例成型加工工30材料料10熱處處理理10磨削削15拋光光30裝配配5合計(jì)計(jì)1001、根據(jù)塑塑料制品品的種類(lèi)類(lèi)和質(zhì)量量要求1）質(zhì)量要要求一般般的工件件（主要是是中小型型件）如果型腔腔較淺的的話，可可采用冷冷作模具具鋼來(lái)制制造，比比如CrWMn、9Mn2V；型腔稍微微深就應(yīng)應(yīng)當(dāng)使用用熱作模模具鋼，，比如SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiV1。耐磨性性能不足足可以通通過(guò)表面面滲N的方法改改善。調(diào)質(zhì)型模模具材料料可用于于各種尺尺寸的塑塑料模具具，但一一般需要要表面處處理，以以提高材材料的耐耐磨性，，表面處處理一般般為鍍硬硬鉻或者者滲N。滲C型的材料料可以用用在各種種場(chǎng)合，，但是必必須考慮慮到滲C工藝的復(fù)復(fù)雜性，，以及制制造模具具必須的的設(shè)備。。2）加工過(guò)過(guò)程中出出現(xiàn)腐蝕蝕性氣體體的塑料料首先應(yīng)使使用耐腐腐蝕鋼，，比如PCR、SM4Cr13等，或選選擇調(diào)質(zhì)質(zhì)型材料料