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收藏词条   编辑词条 塑料模具钢

创建时间:2010-10-13
  适合制造塑料制品用的模具钢种。 作为塑料模具钢应选用工艺性能好、性能稳定和使用寿命长的钢。它可分为: (1)适于冷挤压成形的塑料模具钢,多采用工业纯铁,或10,15,20号钢和20Cr钢; (2)对于中、小型且形状不很复杂的模具,可采用T7A,T10A,9Mn2V,CrWMn,9CrWMn,Cr2等工具钢。对于大型塑料模具可用 4Cr5MoSiV钢或空冷微变形钢(如PDAHT-1铬钼钒钢),要求高耐磨性时可以用Cr12MoV钢; (3)复杂精密的模具使用18CrMnTi,12CrNi3A和12Cr2Ni4A等渗碳钢,也可以采用空冷微变形钢PDAHT-1和预硬钢; (4)压制会析出有害气体并对模具有侵蚀作用的塑料时,则采用马氏体不锈钢,如2Cr13,3Cr13等。

  我国过去无专用的塑料模具钢,一般塑料模具用正火的45和40Cr经调质后制造,因而模具硬度低、耐磨性差,表面粗糙度值高,加工出来的塑料产品外观质量较差,而且模具使用寿命低;精密塑料模具及硬度高塑料模具采用CrWMo、Cr12MoV等合金工具钢制造,不仅机械加工性能差,而且难以加工复杂的型腔,更无法解决热处理变形问题。由此,国内对专用塑料模具用钢进行了研制,并获得了一定的进展。我国已有了自己的专用模具钢系列,目前已纳入国家标准的有两种,即3Cr2Mo和 3Cr2MnNiMo,纳入行业标准的已有20多种,已在生产中推广应用十多种新型塑料模具钢,初步形成了我国塑料模具用钢体系。
塑料模具钢的具有以下特点
  1. 塑料模具用钢涵盖广泛,从普通钢材到专用钢才都有。这在塑料模具初期更加明显,如今已日趋正规和高级。专门用钢已自成体系,模具用钢的化学成分和合金工具钢的基本相同,但其冶金质量更高,加工精良,对热处理有利。   2. 塑料模具钢性能要求严格,热处理难度大。   3. 为避免模具零件在强韧化过程中的变形或其他热处理问题,模具钢以预硬化形式供应市场已较普遍。   4. 以石化产品为原料的塑料制品,某些度不同的腐蚀性,所以耐蚀钢应用也较多。   5. 配合预硬化钢、非调质刚的应用,易切削性也是塑料模具钢的特点。
近期塑料模具用钢开发应用的动向
  1. 发展易加工、抛光性好的材料   随着光盘、磁盘、棱镜等精密件的生产,对易加工镜面钢的要求增加。这种钢含非金属杂质少,金相组织细致均一,没有纤维方向性。它是塑料模具钢材的主要发展方向。   2. 耐蚀钢   模具在长期运转和保持过程中,容易生锈受蚀,而且近来随着塑料成型中添加各种成分,模具更容易受蚀。因此要求提高母材机体的耐腐蚀性能,开发了一些耐蚀不锈钢材。   3. 马氏体时效合金钢   这种刚才具有足够的力学性能和突出的工艺性能,特别是有较高的强度、韧度、耐磨性、低的热膨胀系数,是制造注塑模的好钢材,但是价格贵。   4. 硬质合金   主要用于制作寿命要求很高,制件生产批量大的模具。
塑料模具钢的的合理性选择
  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。   
1、影响塑料磨具钢选择的因素
   塑料模具的零部件分为两大类:一类为结构件,包括浇注系统、导向件、顶模板、顶出机构、支承件等; 另一类为成型件:包括型腔、型芯、嵌镶件等。其中第一类零件可按机械零件的要求进行强度和结构设计,材料一般选用中低碳素结构钢、合金钢和碳工钢。而成型件由于结构复杂,要求工件的尺寸精度高,表面粗糙度值低,接缝密合性好,对模具材料的力学性能、耐磨性及加工工艺都提出了专业要求。   
1.1 模具的主要失效形式   由于模具的工作温度较高,压力较大,有的塑料材料易于与模具表面发生磨损和腐蚀作用,有时还会受到脱模带来的####和碰撞。其主要失效形式有以下三种。   
  1.1.1 表面磨损   由于塑料中增强树脂填料,对模具型腔表面产生冲刷、磨损和腐蚀作用,从而影响到模具型腔表面粗糙度值升高,尺寸超差。   
  1.1.2 变形   模具局部产生塑性变形,导致表面发生凹陷、皱纹、麻点和棱角堆塌等损坏。
  1.1.3 断裂   由模具局部应力集中导致的断裂现象。   
1.2 模具的制造和使用要求   塑料模具对材料在强度和韧度上的要求低于冷作模和热作模,根据其失效形式和工作要求,其基本性能要求归纳为:   
  1.2.1 足够的耐磨性   由于表面磨损是模具的主要失效形式之一,因此模具应当有足够的硬度,以保证模具的耐磨性,保证模具的寿命。通常需要选择合适的材料和恰当的热处理方法来满足硬度的要求。但当硬度达到一定值时,硬度对耐磨性的提高作用就不明显。   
  1.2.2 减少热处理变形影响   由于注塑零件形状往往比较复杂,塑料模具在淬硬后很难加工,有时甚至无法加工。为了提高硬度,必须进行热处理。要采取适当的措施来减低热处理变形的影响,对于必须在热处理后进行加工的模具,应选用热处理变形小的材料。   
  1.2.3 优良的切削加工性能   塑料模具的制造中切削加工成本常占大部分,为了延长切削刀具的使用寿命,保证加工表面质量,要求模具材料具有良好的切削加工性,对于预硬性材料,要求淬火后也有好的加工性。   
  1.2.4 良好的抛光性能和刻蚀性   为获得高品质的塑料制品,模具内型腔的表面必须进行抛光以减小表面粗糙度值,为了保证模具具有良好的电加工性和镜面抛光性,花纹图案刻蚀性,模具钢应当是材料的纯洁度高,组织细微、均匀、致密,无纤维方向性。   
  1.2.5 良好的耐腐蚀性能   注塑PVC或加有阻燃剂等添加剂的塑料制品时,会分解出具有腐蚀性的气体,对模具的表面有一定的化学腐蚀作用,制作这类模具时,应选用具有一定抗腐蚀能力的钢材。   
2、常用模具钢的类别及特性   
  2.1 渗碳钢   渗碳钢由于退火后的硬度低、塑性好,可以采用冷挤压法成型,从而提高工效,减低成本。挤压复杂型腔时,退火后的硬度小于100HBS;挤浅型腔时,小于160HBS,挤压成型后,经渗碳、淬火和回火处理,表面硬度为53~62 HRC。达到表面耐磨性高,心部韧性好的要求。08Cr4NiMoV(LJ)是国内开发的冷挤压成型专用钢,具有成型性能优良、渗碳层深、热处理变形小、耐磨性好等优点。其淬火处理的最佳温度是850℃,回火温度可视模具工作条件选择。   
  2.2 调质型模具钢   工艺要求是在完成模具机械加工后,再进行调质处理,使模具达到较好的综合机械性能。一类是45、55等优质碳素钢,适宜于形状简单或精度要求不高、使用寿命不长的模具。可以选用SM45、SM55等塑料模具专用钢(YB/T094—1997、YB/T107—1997、YB/T129—1997),此钢材的纯净度好,力学性能稳定。另一类是合金钢,可以在调质后进行碳氮共渗,进一步提高耐磨性和抗蚀性。其中:40 CrMo有良好的低温####韧度和低的缺口敏感性,适于制作中型模具。42 CrMo属于高强度钢,且有较高的疲劳极限,低温####韧性好,适于制造要求一定强度和韧性的大、中型塑料模具。38 CrMoA1是典型的渗碳钢,调质后渗氮处理,表面硬度高(大于850HV)并具有一定的抗蚀性。适用于PVC,PC的塑料模具。此外5 CrNiMo、5 CrMnMo等热作模具钢,在塑料模具中主要用于使用温度较高,耐磨性要求高的模具,如热固性塑料模。   
  2.3 预硬性塑料模具专用钢   可以直接使用已经预硬处理的模块、扁钢进行加工,避免了加工后再热处理所造成的各种缺陷,从而提高了模具的制作精度,同时缩短了制作周期。塑料模具钢的主流品种,可以划分为一般型和易切削型以及非调质型等几类。   
3.模具钢的选用及热处理
   塑料模具的制作成本中,加工和抛光占到了70%~80%,因此在选用模具材料时,应在保证模具使用性能要求的同时,尽可能地提高其加工工艺性能。其选用方法可按以下方式进行。   
(1)根据塑料制品的种类和质量要求选用。
(2)根据塑料件的生产批量选用。在其它影响因素确定时,生产批量越小,对模具的耐磨性和使用寿命要求越低。因此,可选用性能指标低的材料。小批量时,可以选用调质型合结钢或碳结钢。中等批量(30~100万件)时,可以选用P20,5NiSCa,SM2等,大批量时,5NiSCa,PMS等。
(3)根据塑料件的尺寸大小及精度要求选用。对大型高精度的注射模,当塑料件生产批量大时,采用预硬化钢,以防止热处理变形。
(4)根据塑料件的复杂程度选用。应充分考虑模具的加工工艺性,尽量选用易切削, 热处理变形小,耐磨性好的材料。

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张懿 朱艳玉

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