塑料模具钢的选择及热处理

塑料模具钢的分类及选用塑料模具工作条件、失效形式及对模具材料的性能要求一、塑料模具的工作条件1、塑料分类和塑料模具分类塑料分为热固性塑料和热塑性塑料。热固性塑料可采用的加工方法有：压塑、挤塑和注塑等。热塑性塑料可采用的加工方法有注塑、挤塑、吹塑和真空成型等。塑料成型工艺比较多，最为常见的是热固性塑料压塑和热塑性塑料注塑和挤塑。下面我们就来分析一下这2类模具的特点。2、工作条件1）热固性塑料压塑模一定温度塑料融体的温度为160-250℃一定压力160-200MPaMax600MPa摩擦在压缩的过程中，固体物料与模具之间产生相对运动（特别是有添加剂的情况），从而产生摩擦。腐蚀性很多品种的塑料具有一定的腐蚀性。2）热塑性塑料注射模工作温度塑料温度150-250℃，有添加剂温度可达到300℃左右。压力和冲刷融体以高速、高压射入模具型腔，所受到压力比压塑时要小得多，有添加剂的情况下，冲刷作用比较明显。腐蚀融溶的物料中有HCI、HF等腐蚀性气体。

二、塑料模具常见的失效形式模具主要失效形式磨损和腐蚀塑性变形（局部）断裂失效1、磨损和腐蚀1）磨损热固性塑料在压缩过程中，由于开始时需要将塑料压缩（实），在此过程中固体物料产生相对运动，将造成模具表面的磨损，特别是有固体添加剂的塑料，这种磨损的趋势更加严重。对于热塑性塑料而言，添加剂在熔融的塑料中会成为熔融物料中的“硬点”，在注塑的过程中会与模具的表面产生摩擦，从而造成模具表面拉毛等。2）腐蚀很多塑料中含有CI、F等元素，当加热到熔融态后就会分解出HCI、HF等有腐蚀性的气体，从而将模具的表面腐蚀，这样模具表面就会变得粗糙，在使用的过程中就会加剧模具的磨损。2、局部塑性变形（主要是热固性塑料压塑模）模具局部出现凹陷、麻点和棱边塌陷等、或分型面之间间隙增大，从而造成工件报废。产生的原因材料本身因素：抗压强度不足（一般表现为淬硬层抗压强度）回火不充分（使用温度超过回火温度、组织转变）外部因素：连续受热温度呈周期性变化周期性受压超载3、断裂内因：1）材料韧性不足；2）在一定的温度下发生组织转变，造成内应力。外因：尖角部位存在严重的应力集中。三、对模具材料的要求包括使用性能要求和工艺性能要求。1、使用性能要求足够的强度以承受必要的工艺负荷、防止变形。硬度与材料抛光性能有关，硬度越高，材料的抛光性能也越好。良好的耐磨和硬度和耐腐蚀性能使模具表面和尺寸经过长期的使用不改变，即保持模具的使用寿命。足够的韧性保证模具不发生开裂较好的耐热性能和尺寸稳定性良好的导热性能。

2、工艺性能能良好的锻造造工艺性导热性能好好、塑性好好、变形抗抗力低、锻锻造温度范范围宽良好的机械械加工性能能由于塑料模模具属于型型腔模具，，加工过程程比较困难难，所以要要求材料具具有良好的的切削和磨磨削性能。。在这类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。良好的焊接接性能当模具需要要修复或者者因为前期期加工不当当出现缺陷陷时，常常常采用焊接接的方法，，因此要求求材料应当当具有良好好的焊接性性能。良好的热处处理工艺性性淬透性、脆脆硬行良好好变形小、开开裂倾向小小工艺简单、、工艺质量量稳定良好的抛光光性能工件的表面面质量主要要取决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较较光滑，基基本上要抛抛光为镜面面。硬度高高、晶粒细细有利于抛抛光。在冶炼的过过程中要从从方法上保保障材料的的纯洁性（（比如电渣渣熔炼、真真空熔炼等等），因为为非金属夹夹杂物、宏宏观和微观观组织不均均匀（针眼眼、空洞和和斑痕etc.）都将使材材料的抛光光性能下降降。电加工性能能电火花加工工后，金属属表面会留留下沟纹，，使加工的的粗糙度变变大。或或者出现较较深的硬化化层，使抛抛光困难。。纹饰加工性性能各种花纹和和图案（要要求清晰、、均匀）。。要求材质质纯净、组组织均匀、、无偏析，，否则，腐腐蚀或者光光蚀后效果果不是太好好。塑料模具用用钢及选用用一、种类由于塑料的的品种很多多，加工方方法也有很很多种，产产品要求也也有很大差差异，因此此对于塑料料模具材料料的要求也也多种多样样，但是没没有一种材材料能够完完全满足所所有的要求求，也就是是说材料只只能满足某某些方面的的要求，鉴鉴于上述原原因，人们们将塑料模模具用材料料按照一定定的指标进进行分类，，一般可以以把模具材材料分成以以下几种类类型：调质型塑料料模具钢渗碳型塑料料模具钢淬硬型塑料料模具用钢钢预硬型塑料料模具钢时效硬化塑塑料模具型型钢耐蚀塑料模模具型钢碳素型塑料料模具钢塑料模具钢钢的种分类类（P74）二、各类钢钢的成分和和性能特点点1、调质型塑塑料模具钢钢调质型塑料料模具钢包包括SM45、SM48、SM50、SM53、SM55。下面简单介介绍一些材材料的性能能特点。和普通调质质钢一样，，这类钢材材具有良好好的综合性性能，在加加工一些具具有严重磨磨损性塑料料时，首先先将材料进进行热处理理，使其硬硬度达到46-50HRC，在进行完完所有其它它工序之后后再将表面面进行渗N处理，这样样可提高材材料的耐磨磨性能，表表面硬度可可以达到1000HV以上。和普通调质质钢（45、50、55等）相比，，这类材料料无论在材材料的冶金金质量、还还是材料的的均匀性方方面均有很很大的提高高，因此材材料的抛光光性能有很很大的提高高。这类钢材淬淬透性比较较差、热处处理时开裂裂和变形倾倾向性大，，因此用来来制造各种种中、小尺尺寸且质量量要求较低低塑料件的的模具。价格低。。2、渗碳型型塑料模模具钢渗碳钢含含C量一般比比较低，，通常在在0,25%以下，这这类材料料在退火火状态硬硬度比较较低，其其塑性很很好，变变形抗力力小，因因此这类类钢材比比较适合合用冷挤挤压的方方法制造造模具型型腔。（（简单介介绍模具具型腔的的冷挤压压工艺））。渗碳钢经经过必要要的处理理后，表表面具有有较高的的硬度并并且耐磨磨性很好好，同时时芯部具具有良好好的韧性性。由于于表面具具有较高高的硬度度，因此此材料的的抛光性性能很好好。为了达到到表面硬硬度较高高的目的的，需要要经过渗渗碳处理理以提高高材料表表层的含含C量。在通通常情况况下，渗碳层的的厚度在在0,6-1mm之间，淬淬火后表表面硬度度可以达达到58-62HRC。由于处处理方式式比较复复杂，因因此会产产生一定定的变形形，也就就是说，，在渗碳碳处理之之后，必必须采取取一些后后续加工工措施。。由于渗碳碳层的厚厚度较薄薄，因此此在渗碳碳后不能能改变模模具型腔腔的结构构。如果果必须改改变的话话，则必必须将第第一次渗渗碳的渗渗碳层全全部去掉掉，否则则将会在在局部出出现过渗渗碳的情情况。3、淬硬性性塑料模模具钢主要用来来制造注注塑和压压塑模具具。这类材料料强度、、硬度高高且耐磨磨性好。。与常规规渗C钢相比，，热处理理较简单单。可直直接修改改模具局局部，修修改后不不需重新新进行热热处理。。缺点：模模具型腔腔比较深深时，有有断裂的的危险性性，因为为韧性比比较差。。材料含C量一般较较低，尽尽管韧性性可以达达到使用用要求，，但是其其它的性性能，比比如硬度度、耐磨磨性等无无法满足足使用要要求，因因此应用用受到了了限制。。典型钢种:4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1Cr12Mo1V1，也可使用T7、T10、9CrSi、9Mn2V、CrWMn、Cr12MoV等。4、预硬型塑料料模具钢预硬型模具钢钢是为了解决决大型模具的的淬火问题而而出现的。可可用来制造各各种尺寸的模模具，尤其是是复杂的塑料料模具。材料的供货状状态为热处理理状态，即材材料已具备必必要的使用性性能。可进行表面处处理，提高材材料的某些性性能，特别是是耐磨性和耐耐腐蚀性。材料在相应加加工之后不需需再进行热处处理，因此避避免了变形问问题。省掉了了所有与热处处理变形有关关的后续加工工，保证了模模具的制造精精度。由于是对经过过热处理的材材料进行机械械加工，因此此，材料必须须具备良好的的切削性能。。在通常情况况下，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对纹饰和和图案的腐蚀蚀有负面的影影响，即在腐腐蚀时会出现现纹路不清晰晰或者不均匀匀等现象。这类钢材一般般价格稍高，，多用来制造造精度要求较较高的模具。。这类钢材中使使用比较多的的是SM3Cr2Mo（P20）及其改良型型材料SM3Cr2Ni1Mo（P4410）、SM3Cr2MnNiMo、、P20S、P20Ca以及5CrNiMnMoVSCa(5CrSCa)等等。5、时效硬化塑料料模具型钢马氏体时效钢钢是一种高强强度材料。供供货状态为固固溶体，时效效处理后较软软的固溶体会会被强化。这类材料原来来用在航天、、航空领域，，成本很高，，因此只能用用在一些型腔腔特别复杂模模具的制造中中。在供货状态具具有较高的强强度1000-1200N/mm2，具有优秀的的切削性能。。材料加工后需需进行热处理理，即时效处处理，一般加加热到480-500℃保温3-5小时。在静止止空气中缓慢慢冷却。不回回火。由于固固化温度低，，因此材料不不会发生变形形，固化后材材料在各个方方向上尺寸均匀缩小小，缩小量大约约0,05-0,1%。掌握了材料料热处理前后后的尺寸变化化规律，就以以制造出尺寸寸、形状精确确的模具。马氏体时效钢钢可以进行表表面处理，比比如渗N处理，但处理理温度不允许许超过480-500℃。值得注意的是是这种材料在在硬度比较高高（53-58HRC）时仍然具有有很高的韧性性。此外这类材料料可以在不用用预热的情况况下与同类材材料良好焊接接。主要有18Ni类。如果用来制造造生产磨损较较严重塑料（（比如有添加加剂）的模具具，建议将材材料进行表面面渗N处理。精度高、超镜镜面，用于大大型、复杂的的模具。6、耐蚀塑料模模具型钢在加工的过程程中，有些塑塑料可能会分分解出有腐蚀蚀性的物质，，比如盐酸、、醋酸等。在在通常情况下下，可以将模模具进行电镀镀处理，使表表面覆上一层层保护层，比比如铬层、镍镍层等。但是是这样的覆层层只有当覆层均匀、且模具上没有尖锐的棱棱边时才能长期起起作用。覆层层不均匀、且且模具上有尖尖锐的棱边将将导致覆层中中出现内应力力，在承受负负荷的过程中中覆层脱落。此外在狭窄窄的凸起部位位，由于受到到弯曲应力的的作用，因此此很容易脱落落。在多数的情况况下，使用耐耐腐蚀钢效果果更好。这类类钢材一般退退火状态供货货，为了达到到必要的耐磨磨性能和抗压压强度以及足足够的耐腐蚀蚀性能，必须须将材料进行行热处理。在在众多的不锈锈钢材料中，，SM4Cr13、SM3Cr17Mo使用的效效果最好好。在德德国使用用最多的的是X36CrMo17。在通常情情况下，，耐腐蚀蚀钢都具具有足够够的耐磨磨性能，，通过表面面处理的的方式（（比如渗渗N）可以提提高耐磨磨性能，，但耐腐腐蚀性能能要下降降。因此不建议进进行渗N处理，如果必必须提高高耐磨性性能的话话，建议议使用含含C量稍微高高点的耐耐腐蚀钢钢。7、碳素型型塑料模模具钢国外通常常利用C质量分数数0.5%~0.6%的碳素钢钢作为碳碳素塑料料模具钢钢。国内内对于生生产批量量不大、、没有特特殊要求求的小型型塑料模模具，采采用价格格便宜、、来源方方便、加加工性能能好的碳碳素钢制制造。为为了保证证塑料模模具具有有较低的的表面粗粗糙度值值，对碳碳素钢的的冶金质质量提出出了一些些特殊要要求，如如钢材的的有害杂杂质含量量、低倍倍组织等等。这类类钢一般般适用于于普通热热塑性塑塑料成型型模具。。三、模具具材料的的选择塑料模成成本构成成（%）项目目占占成本本比例成型加工工30材料料10热处处理理10磨削削15抛光光30装配配5合计计1001、根据塑塑料制品品的种类类和质量量要求1）质量要要求一般般的工件件（主要是是中小型型件）如果型腔腔较浅的的话，可可采用冷冷作模具具钢来制制造，比比如CrWMn、9Mn2V；型腔稍微微深就应应当使用用热作模模具钢，，比如SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiV1。耐磨性性能不足足可以通通过表面面渗N的方法改改善。调质型模模具材料料可用于于各种尺尺寸的塑塑料模具具，但一一般需要要表面处处理，以以提高材材料的耐耐磨性，，表面处处理一般般为镀硬硬铬或者者渗N。渗C型的材料料可以用用在各种种场合，，但是必必须考虑虑到渗C工艺的复复杂性，，以及制制造模具具必须的的设备。。2）加工过过程中出出现腐蚀蚀性气体体的塑料料首先应使使用耐腐腐蚀钢，，比如PCR、SM4Cr13等，或选选择调质质型材料料