塑料模具鋼的選擇及熱處理

塑料模具鋼的選擇及熱處理第1頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月塑料模具工作條件、失效形式及對模具材料的性能要求一、塑料模具的工作條件1、塑料分類和塑料模具分類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。下面我們就來分析一下這2類模具的特點。第2頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月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摩擦在壓縮的過程中，固體物料與模具之間產(chǎn)生相對運動（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。第3頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月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。第4頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、塑料模具常見的失效形式模具主要失效形式磨損和腐蝕塑性變形（局部）斷裂失效第5頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月1、磨損和腐蝕1）磨損熱固性塑料在壓縮過程中，由于開始時需要將塑料壓縮（實），在此過程中固體物料產(chǎn)生相對運動，將造成模具表面的磨損，特別是有固體添加劑的塑料，這種磨損的趨勢更加嚴重。對于熱塑性塑料而言，添加劑在熔融的塑料中會成為熔融物料中的“硬點”，在注塑的過程中會與模具的表面產(chǎn)生摩擦，從而造成模具表面拉毛等。第6頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2）腐蝕很多塑料中含有CI、F等元素，當加熱到熔融態(tài)后就會分解出HCI、HF等有腐蝕性的氣體，從而將模具的表面腐蝕，這樣模具表面就會變得粗糙，在使用的過程中就會加劇模具的磨損。第7頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月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、麻點和棱邊塌陷等、或分型面之間間隙增大，從而造成工件報廢。產(chǎn)生的原因材料本身因素：抗壓強度不足（一般表現(xiàn)為淬硬層抗壓強度）回火不充分（使用溫度超過回火溫度、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第8頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月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)應力。外因：尖角部位存在嚴重的應力集中。第9頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月三、對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度以承受必要的工藝負荷、防止變形。硬度與材料拋光性能有關，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)過長期的使用不改變，即保持模具的使用壽命。足夠的韌性保證模具不發(fā)生開裂較好的耐熱性能和尺寸穩(wěn)定性良好的導熱性能。

第10頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、工藝性能良好的鍛造工藝性導熱性能好、塑性好、變形抗力低、鍛造溫度范圍寬良好的機械加工性能由于塑料模具屬于型腔模具，加工過程比較困難，所以要求材料具有良好的切削和磨削性能。在這類模具中常常加入S、Pb、Ca、Se等元素以改善材料的切削性能。良好的焊接性能當模具需要修復或者因為前期加工不當出現(xiàn)缺陷時，常常采用焊接的方法，因此要求材料應當具有良好的焊接性能。第11頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月良好的熱處理工藝性淬透性、脆硬行良好變形小、開裂傾向小工藝簡單、工藝質(zhì)量穩(wěn)定良好的拋光性能工件的表面質(zhì)量主要取決于模具型腔表面的粗糙度，因此塑料模具的表面大部分比較光滑，基本上要拋光為鏡面。硬度高、晶粒細有利于拋光。在冶煉的過程中要從方法上保障材料的純潔性（比如電渣熔煉、真空熔煉等），因為非金屬夾雜物、宏觀和微觀組織不均勻（針眼、空洞和斑痕etc.）都將使材料的拋光性能下降。第12頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月電加工性能電火花加工后，金屬表面會留下溝紋，使加工的粗糙度變大?；蛘叱霈F(xiàn)較深的硬化層，使拋光困難。紋飾加工性能各種花紋和圖案（要求清晰、均勻）。要求材質(zhì)純凈、組織均勻、無偏析，否則，腐蝕或者光蝕后效果不是太好。第13頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

塑料模具用鋼及選用一、種類由于塑料的品種很多，加工方法也有很多種，產(chǎn)品要求也有很大差異，因此對于塑料模具材料的要求也多種多樣，但是沒有一種材料能夠完全滿足所有的要求，也就是說材料只能滿足某些方面的要求，鑒于上述原因，人們將塑料模具用材料按照一定的指標進行分類，一般可以把模具材料分成以下幾種類型：第14頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)質(zhì)型塑料模具鋼滲碳型塑料模具鋼淬硬型塑料模具用鋼預硬型塑料模具鋼時效硬化塑料模具型鋼耐蝕塑料模具型鋼碳素型塑料模具鋼第15頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月塑料模具鋼的種分類（P74）第16頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月二、各類鋼的成分和性能特點1、調(diào)質(zhì)型塑料模具鋼調(diào)質(zhì)型塑料模具鋼包括SM45、SM48、SM50、SM53、SM55。下面簡單介紹一些材料的性能特點。和普通調(diào)質(zhì)鋼一樣，這類鋼材具有良好的綜合性能，在加工一些具有嚴重磨損性塑料時，首先將材料進行熱處理，使其硬度達到46-50HRC，在進行完所有其它工序之后再將表面進行滲N處理，這樣可提高材料的耐磨性能，表面硬度可以達到1000HV以上。

第17頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月和普通調(diào)質(zhì)鋼（45、50、55等）相比，這類材料無論在材料的冶金質(zhì)量、還是材料的均勻性方面均有很大的提高，因此材料的拋光性能有很大的提高。這類鋼材淬透性比較差、熱處理時開裂和變形傾向性大，因此用來制造各種中、小尺寸且質(zhì)量要求較低塑料件的模具。價格低。第18頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、滲碳型塑料模具鋼滲碳鋼含C量一般比較低，通常在0,25%以下，這類材料在退火狀態(tài)硬度比較低，其塑性很好，變形抗力小，因此這類鋼材比較適合用冷擠壓的方法制造模具型腔。（簡單介紹模具型腔的冷擠壓工藝）。滲碳鋼經(jīng)過必要的處理后，表面具有較高的硬度并且耐磨性很好，同時芯部具有良好的韌性。由于表面具有較高的硬度，因此材料的拋光性能很好。第19頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月為了達到表面硬度較高的目的，需要經(jīng)過滲碳處理以提高材料表層的含C量。在通常情況下，滲碳層的厚度在0,6-1mm之間，淬火后表面硬度可以達到58-62HRC。由于處理方式比較復雜，因此會產(chǎn)生一定的變形，也就是說，在滲碳處理之后，必須采取一些后續(xù)加工措施。由于滲碳層的厚度較薄，因此在滲碳后不能改變模具型腔的結(jié)構。如果必須改變的話，則必須將第一次滲碳的滲碳層全部去掉，否則將會在局部出現(xiàn)過滲碳的情況。第20頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3、淬硬性塑料模具鋼主要用來制造注塑和壓塑模具。這類材料強度、硬度高且耐磨性好。與常規(guī)滲C鋼相比，熱處理較簡單?？芍苯有薷哪＞呔植?，修改后不需重新進行熱處理。缺點：模具型腔比較深時，有斷裂的危險性，因為韌性比較差。材料含C量一般較低，盡管韌性可以達到使用要求，但是其它的性能，比如硬度、耐磨性等無法滿足使用要求，因此應用受到了限制。典型鋼種:4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1Cr12Mo1V1，也可使用T7、T10、9CrSi、9Mn2V、CrWMn、Cr12MoV等。第21頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月4、預硬型塑料模具鋼預硬型模具鋼是為了解決大型模具的淬火問題而出現(xiàn)的。可用來制造各種尺寸的模具，尤其是復雜的塑料模具。材料的供貨狀態(tài)為熱處理狀態(tài)，即材料已具備必要的使用性能?？蛇M行表面處理，提高材料的某些性能，特別是耐磨性和耐腐蝕性。材料在相應加工之后不需再進行熱處理，因此避免了變形問題。省掉了所有與熱處理變形有關的后續(xù)加工，保證了模具的制造精度。第22頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月由于是對經(jīng)過熱處理的材料進行機械加工，因此，材料必須具備良好的切削性能。在通常情況下，材料中含有S、Ca等元素。但是要注意的是：加入了S元素之后，材料中的硫化物對紋飾和圖案的腐蝕有負面的影響，即在腐蝕時會出現(xiàn)紋路不清晰或者不均勻等現(xiàn)象。

這類鋼材一般價格稍高，多用來制造精度要求較高的模具。這類鋼材中使用比較多的是SM3Cr2Mo（P20）及其改良型材料SM3Cr2Ni1Mo（P4410）、SM3Cr2MnNiMo、、P20S、P20Ca以及5CrNiMnMoVSCa

(5CrSCa)等等。第23頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月5、時效硬化塑料模具型鋼馬氏體時效鋼是一種高強度材料。供貨狀態(tài)為固溶體，時效處理后較軟的固溶體會被強化。這類材料原來用在航天、航空領域，成本很高，因此只能用在一些型腔特別復雜模具的制造中。在供貨狀態(tài)具有較高的強度1000-1200N/mm2，具有優(yōu)秀的切削性能。材料加工后需進行熱處理，即時效處理，一般加熱到480-500℃保溫3-5小時。在靜止空氣中緩慢冷卻。不回火。由于固化溫度低，因此材料不會發(fā)生變形，固化后材料在各個方向上尺寸均勻縮小，縮小量大約0,05-0,1%。掌握了材料熱處理前后的尺寸變化規(guī)律，就以制造出尺寸、形狀精確的模具。

第24頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月馬氏體時效鋼可以進行表面處理，比如滲N處理，但處理溫度不允許超過480-500℃。值得注意的是這種材料在硬度比較高（53-58HRC）時仍然具有很高的韌性。此外這類材料可以在不用預熱的情況下與同類材料良好焊接。主要有18Ni類。如果用來制造生產(chǎn)磨損較嚴重塑料（比如有添加劑）的模具，建議將材料進行表面滲N處理。

精度高、超鏡面，用于大型、復雜的模具。第25頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月6、耐蝕塑料模具型鋼在加工的過程中，有些塑料可能會分解出有腐蝕性的物質(zhì)，比如鹽酸、醋酸等。在通常情況下，可以將模具進行電鍍處理，使表面覆上一層保護層，比如鉻層、鎳層等。但是這樣的覆層只有當覆層均勻、且模具上沒有尖銳的棱邊時才能長期起作用。覆層不均勻、且模具上有尖銳的棱邊將導致覆層中出現(xiàn)內(nèi)應力，在承受負荷的過程中覆層脫落。此外在狹窄的凸起部位，由于受到彎曲應力的作用，因此很容易脫落。第26頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月在多數(shù)的情況下，使用耐腐蝕鋼效果更好。這類鋼材一般退火狀態(tài)供貨，為了達到必要的耐磨性能和抗壓強度以及足夠的耐腐蝕性能，必須將材料進行熱處理。在眾多的不銹鋼材料中，SM4Cr13、SM3Cr17Mo使用的效果最好。在德國使用最多的是X36CrMo17。在通常情況下，耐腐蝕鋼都具有足夠的耐磨性能，通過表面處理的方式（比如滲N）可以提高耐磨性能，但耐腐蝕性能要下降。因此不建議進行滲N處理，如果必須提高耐磨性能的話，建議使用含C量稍微高點的耐腐蝕鋼。第27頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月7、碳素型塑料模具鋼

國外通常利用C質(zhì)量分數(shù)0.5%~0.6%的碳素鋼作為碳素塑料模具鋼。國內(nèi)對于生產(chǎn)批量不大、沒有特殊要求的小型塑料模具，采用價格便宜、來源方便、加工性能好的碳素鋼制造。為了保證塑料模具具有較低的表面粗糙度值，對碳素鋼的冶金質(zhì)量提出了一些特殊要求，如鋼材的有害雜質(zhì)含量、低倍組織等。這類鋼一般適用于普通熱塑性塑料成型模具。第28頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月三、模具材料的選擇塑料模成本構成（%）項目占成本比例成型加工30

材料10

熱處理10

磨削15

拋光30

裝配5

合計100第29頁，課件共30頁，創(chuàng)作于