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2、塑料模具鋼性能要求嚴格,熱處理難度大。

3、為避免模具零件在強韌化過程中的變形或其他熱處理問題,模具鋼以預硬化形式供應市場已較普遍。

4、以石化產品為原料的塑料制品,某些度不同的腐蝕性,所以耐蝕鋼應用也較多。

5、配合預硬化鋼、非調質剛的應用,易切削性也是塑料模具鋼的特點。

隨著光盤、磁盤、棱鏡等精密件的生產,對易加工鏡面鋼的要求增加。這種鋼含非金屬雜質少,金相組織細致均一,沒有纖維方向性。它是塑料模具鋼材的主要發(fā)展方向。

2、耐蝕鋼

模具在長期運轉和保持過程中,容易生銹受蝕,而且隨著塑料成型中添加各種成分,模具更容易受蝕。因此要求提高母材機體的耐腐蝕性能,開發(fā)了一些耐蝕不銹鋼材。

3、馬氏體時效合金鋼

這種鋼材具有足夠的力學性能和突出的工藝性能,特別是有較高的強度、韌度、耐磨性、低的熱膨脹系數,是制造注塑模的好鋼材,但是價格貴。

4、硬質合金

主要用于制作壽命要求很高,制件生產批量大的模具。

影響塑料磨具鋼選擇的因素

塑料模具的零部件分為兩大類:一類為結構件,包括澆注系統(tǒng)、導向件、頂模板、頂出機構、支承件等;另一類為成型件:包括型腔、型芯、嵌鑲件等。其中第一類零件可按機械零件的要求進行強度和結構設計,材料一般選用中低碳素結構鋼、合金鋼和碳工鋼。而成型件由于結構復雜,要求工件的尺寸精度高,表面粗糙度值低,接縫密合性好,對模具材料的力學性能、耐磨性及加工工藝都提出了專業(yè)要求。

一、模具的主要失效形式

由于模具的工作溫度較高,壓力較大,有的塑料材料易于與模具表面發(fā)生磨損和腐蝕作用,有時還會受到脫模帶來的####和碰撞。其主要失效形式有以下三種。

1、表面磨損

由于塑料中增強樹脂填料,對模具型腔表面產生沖刷、磨損和腐蝕作用,從而影響到模具型腔表面粗糙度值升高,尺寸超差。

2、變形

模具局部產生塑性變形,導致表面發(fā)生凹陷、皺紋、麻點和棱角堆塌等損壞。

3、斷裂

由模具局部應力集中導致的斷裂現象。

二、模具的制造和使用要求

塑料模具對材料在強度和韌度上的要求低于冷作模和熱作模,根據其失效形式和工作要求,其基本性能要求歸納為:

1、足夠的耐磨性

由于表面磨損是模具的主要失效形式之一,因此模具應當有足夠的硬度,以保證模具的耐磨性,保證模具的壽命。通常需要選擇合適的材料和恰當的熱處理方法來滿足硬度的要求。但當硬度達到一定值時,硬度對耐磨性的提高作用就不明顯。

2、減少熱處理變形影響

由于注塑零件形狀往往比較復雜,塑料模具在淬硬后很難加工,有時甚至無法加工。為了提高硬度,必須進行熱處理。要采取適當的措施來減低熱處理變形的影響,對于必須在熱處理后進行加工的模具,應選用熱處理變形小的材料。

3、優(yōu)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,為了延長切削刀具的使用壽命,保證加工表面質量,要求模具材料具有良好的切削加工性,對于預硬性材料,要求淬火后也有好的加工性。

4、良好的拋光性能和刻蝕性

為獲得高品質的塑料制品,模具內型腔的表面必須進行拋光以減小表面粗糙度值,為了保證模具具有良好的電加工性和鏡面拋光性,花紋圖案刻蝕性,模具鋼應當是材料的純潔度高,組織細微、均勻、致密,無纖維方向性。

5、良好的耐腐蝕性能

注塑PVC或加有阻燃劑等添加劑的塑料制品時,會分解出具有腐蝕性的氣體,對模具的表面有一定的化學腐蝕作用,制作這類模具時,應選用具有一定抗腐蝕能力的鋼材。

常用模具鋼的類別及特性

滲碳鋼

滲碳鋼由于退火后的硬度低、塑性好,可以采用冷擠壓法成型,從而提高工效,減低成本。擠壓復雜型腔時,退火后的硬度小于100HBS;擠淺型腔時,小于160HBS,擠壓成型后,經滲碳、淬火和回火處理,表面硬度為53~62 HRC。達到表面耐磨性高,心部韌性好的要求。08Cr4NiMoV(LJ)是國內開發(fā)的冷擠壓成型專用鋼,具有成型性能優(yōu)良、滲碳層深、熱處理變形小、耐磨性好等優(yōu)點。其淬火處理的最佳溫度是850℃,回火溫度可視模具工作條件選擇。

調質型模具鋼

工藝要求是在完成模具機械加工后,再進行調質處理,使模具達到較好的綜合機械性能。一類是45、55等優(yōu)質碳素鋼,適宜于形狀簡單或精度要求不高、使用壽命不長的模具。可以選用SM45、SM55等塑料模具專用鋼(YB/T094-1997、YB/T107-1997、YB/T129-1997),此鋼材的純凈度好,力學性能穩(wěn)定。另一類是合金鋼,可以在調質后進行碳氮共滲,進一步提高耐磨性和抗蝕性。其中:40 CrMo有良好的低溫####韌度和低的缺口敏感性,適于制作中型模具。42 CrMo屬于高強度鋼,且有較高的疲勞極限,低溫####韌性好,適于制造要求一定強度和韌性的大、中型塑料模具。38 CrMoA1是典型的滲碳鋼,調質后滲氮處理,表面硬度高(大于850HV)并具有一定的抗蝕性。適用于PVC,PC的塑料模具。此外5 CrNiMo、5 CrMnMo等熱作模具鋼,在塑料模具中主要用于使用溫度較高,耐磨性要求高的模具,如熱固性塑料模。

預硬性塑料模具專用鋼

可以直接使用已經預硬處理的模塊、扁(下轉第192頁)(上接第91頁)鋼進行加工,避免了加工后再熱處理所造成的各種缺陷,從而提高了模具的制作精度,同時縮短了制作周期。塑料模具鋼的主流品種,可以劃分為一般型和易切削型以及非調質型等幾類。

模具鋼的選用及熱處理

塑料模具的制作成本中,加工和拋光占到了70%~80%,因此在選用模具材料時,應在保證模具使用性能要求的同時,盡可能地提高其加工工藝性能。其選用方法可按以下方式進行。

1、根據塑料制品的種類和質量要求選用。

2、根據塑料件的生產批量選用。在其它影響因素確定時,生產批量越小,對模具的耐磨性和使用壽命要求越低。因此,可選用性能指標低的材料。小批量時,可以選用調質型合結鋼或碳結鋼。中等批量(30~100萬件)時,可以選用P20,5NiSCa,SM2等,大批量時,5NiSCa,PMS等。

3、根據塑料件的尺寸大小及精度要求選用。對大型高精度的注射模,當塑料件生產批量大時,采用預硬化鋼,以防止熱處理變形。

4、根據塑料件的復雜程度選用。應充分考慮模具的加工工藝性,盡量選用易切削,熱處理變形小,耐磨性好的材料。

以冷作模具鋼為例,目前我國只有Cr12、Cr12MoV、CrWMn鋼。我國的Cr12MoV鋼中,鉬和釩的含量較低,比D2鋼綜合性能差。CrWMn含碳量較高,且不含釩,容易產生嚴重的網狀碳化物,影響使用性能。如今國外根據冷沖壓件向高精度、標準化發(fā)展的趨勢,早已開發(fā)了高性能模具鋼,其中有二次硬化鋼OCM、DC53、Vasco、Die;火焰淬火鋼SX10570L;空淬微變形鋼A4等。這些新型模具鋼我國也急需研制開發(fā)。

國產熱作模具鋼同樣存在差距,目前我國通用型鋼種中只有2個鋼號。而國外除了通用型鋼種外,還新發(fā)展了YHD3、H26等品種。塑料模具鋼的差距則更大。就品種而言,國家標準僅1個鋼號,而美國有7個鋼號,且形成了較完整的用鋼系列。2012年國內模具鋼消費量至少150萬噸,其中,市場是巨大的,但國內模具鋼制造企業(yè)要想在其中占據更大的份額,就必須在科研開發(fā)、技術改造、市場開拓上下更大的功夫。