第五章模具材料-塑料模具

第四节塑料模具钢一、塑料模具的工作条件(表5-27.)1）热固性塑料模具：主要通过压制成型，固态粉末料，粉末与模具型腔之间的磨损大。2）热塑性塑料模具：主要通过注射、挤出、压延成型，粘流状坯料，与模具型腔之间的磨损小。

1第四节塑料模具钢二、塑料模具的失效分析主要表现为磨损失效（拉毛、尺寸精度变化），也会出现塑性变形或断裂失效。有腐蚀介质时会出现腐蚀，加剧失效。2第四节塑料模具钢三、塑料模具的性能要求

使用性能要求:

1)表面要有较高的硬度，好的耐磨性。型面硬度要求30-60HRC。心部要求有足够强韧性。2）一定的抗热性，可在150-250℃长期工作，且不氧化、不变形。3）在加工腐蚀性塑料时有一定耐蚀性。

3第四节塑料模具钢三、塑料模具的性能要求工艺性能要求:

1）热处理变形小，足够的淬透性。2）有优良的抛光、耐磨性，可镜面抛光。3）对切削成型模具，要求切削加工性能好。4）对冷成型塑料模，要求好的塑性加工性能，退火硬度低，塑性好，变形抗力低、冷作硬化弱。5）良好的焊接性、锻造性等。

4第四节塑料模具钢四、塑料模具的类型按生产方式可分为：注射成型、挤出成型、压延成型、压制成型。按模具的加工方法分：切削加工成型模具钢；冷压成型模具钢。

5第四节塑料模具钢

四、塑料模具的类型1切削加工成型模具钢

1)使用性能：韧性、强度、耐磨、耐热性、耐蚀性等。2)切削性能：退火硬度200HBS左右。

6第四节塑料模具钢四、塑料模具的类型1切削加工成型模具钢主要钢种：1）调质钢（如45，50，40Cr，4Cr3MoSiV等）；2）渗碳钢（20钢，20Cr，12CrNi2等）；3）碳素钢（T7A，T10A）；4）低合金工具钢（9CrWMn，9Mn2V）；5）热模钢（5CrNiMo，5CrMnMo）；6）高耐磨钢（Cr12MoV、Cr6WV）；7）不锈钢（4Cr13）。7第四节塑料模具钢四、塑料模具的类型冷压成型模具钢

1)使用性能：韧性、强度、耐磨、耐热性、耐蚀性等。

2)成型性能：退火硬度低，小于150HBS；塑性好。

主要钢种：渗碳钢。8第四节塑料模具钢

1、渗碳钢

钢号：10、20钢、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、12CrNi4、20Cr2Ni4等。

特点：碳含量低，为0.1-0.2%。退火态硬度低，成形性好、切削性好。渗碳+淬火回火，表面硬度高、耐磨性好；心部韧性好。

应用：主要用于冷挤压成形的塑料模。

工艺路线：退火—粗加工（或冷压成型）—渗碳—淬火+回火—精加工

渗碳工艺：渗碳层厚度约1mm，表层含碳量0.7-1.0%。9第四节塑料模具钢

2、调质钢（预硬型塑料模具用钢）

所谓预硬钢就是供应时已预先进行了调质处理（预硬化处理），模具切削加工成形后，不再进行热处理而直接使用的钢。

钢号：碳素调质钢（如45、50、55）、合金调质钢（如40Cr、4Cr3MoSiV）等。

应用：调质处理后硬度42-48HRC。主要用于软质塑料成型模，如注射、挤压塑料模。工艺路线：退火—调质—粗加工+精加工10第四节塑料模具钢

2、调质钢（预硬型塑料模具用钢）

为了解决在较高硬度下切削加工难度大的问题，通过向钢中加入硫、钙、铅、硒等元素，以改善切削加工性能，从而制得易切削预硬化钢，如5CrNiMnMoSCa、8Cr2MnWMoVS等。

11第四节塑料模具钢

3、冷作模具钢（淬硬型塑料模具用钢）

钢号：碳素工具钢（如T7A、T10A）、低合金冷作模具钢（如9SiCr、9Mn2V、CrWMn钢等）、Cr12型钢、高速钢、基体钢和某些热作模具钢等。

应用：最终热处理一般是淬火和低温回火，热处理后的硬度通常在45-50HRC以上。主要用于负荷较大的热固性塑料模和注射模。工艺路线：球化退火—粗加工—预调质—精加工—淬火+低温回火12第四节塑料模具钢4、耐蚀钢

钢号：精炼不锈钢9Cr18、Cr18MoV、4Cr13，18-8，属高铬耐蚀钢。主要用于抗腐蚀介质下使用。

13第四节塑料模具钢4、耐蚀钢0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)钢属析出硬化不锈钢,硬度为32～35HRC时可进行切削加工。该钢再经460～480℃时效处理后，可获得较好的综合力学性能.

PCR钢适于制作含有氟、氯的塑料成形模具，具有良好的耐蚀性。如用于氟塑料或聚氯乙烯塑料成形模、氟塑料微波板、塑料门窗、各种车辆把套、氟氯塑料挤出机螺杆、料筒以及添加阻燃剂的塑料成形模。14第四节塑料模具钢

5、马氏体时效钢

钢号：18Ni型。此类钢的共同特点是含碳量低、合金元素含量较高，经高温淬火（固溶处理）后，钢处于软化状态，组织为单一的过饱和固溶体，硬度28-30HRC。但是将此固溶体进行时效处理，即加热到某一较低温度，并保温一段时间后，固溶体中就会析出细小弥散的金属化合物，从而造成钢的强化和硬化，硬度50-54HRC。并且，这一强化过程引起的尺寸、形状变化极小。15第四节塑料模具钢

5、马氏体时效钢

钢号：18Ni型。应用：该类型钢具有高强度、高韧性、淬火变形小等特点。同时，一般采用真空冶炼、纯净度高，抛光型好。主要用于制造高耐磨、高精度、型腔复杂的模具。主要用在精密锻模及制造高精度、超镜面、型腔复杂、大截面、大批量生产的塑料模具。

工艺：固溶处理----机加工----时效处理.

16第四节塑料模具钢

塑料模具钢的选用:P961）冷压成型塑料模：渗碳钢.

工艺：退火---冷压成型-----渗碳----淬火+回火----机加工2）切削成型塑料模：调质钢。工艺：预硬化处理-----机加工3）强烈磨损的热固性或热塑性塑料模

冷作模具钢：9CrWMn，9Mn2V、Cr6WV、Cr12MoV。工艺：球化退火---粗加工----调质处理----精加工----淬火+回火4）高级塑料模：马氏体时效钢：18Ni型。工艺：固溶处理----机加工----时效.17第四节塑料模具钢

(1)预硬型塑料模具钢此类钢有较好的切削加工性能，可直接进行型腔加工，加工后直接使用，不再进行热处理。因省略了热处理及后续的精加工，故可降低成本，缩短制造周期。国内此类钢主要有3Cr2MO(P20)、3Cr2NiMo、5NiSCa、4Cr5MoSiVS、8Cr2S、8Cr2Mn、Y5SCrNiMnMoV(SM1)、WMoVS(8CrMn)等钢号。其中P20(3Cr2Mo)也是国外使用最广泛的预硬型塑料模具钢，现已被列入我国合金工具钢标准，并为一些工厂采用。预硬型塑料模具钢适用于制造成型批量大、有镜面要求的模具，硬度范围一般在3O～40HRC。18第四节塑料模具钢(2)时效硬化型塑料模具钢此类钢含碳量较低，往往先经固溶处理，在低硬度下加工，成型后进行时效处理，将硬度提高至45～50HRC。此类钢国内的钢号有18Ni140级、18Ni170级、18Ni210级、25CrNi3MoAl、10Ni3MnCuAlMoS(PMS)、Y20CrNi3A1MnMo(SM2)、18Ni9Co等。其中25CrNi3MoA1钢属于低镍无钴时效硬化钢，这是参考了国外同类钢的成分，并根据我国冶炼工业的特点及使用厂家对性能的要求加以改进而研制的一种新型时效硬化钢，填补了我国时效硬化型精密塑料模具专用钢种的空白。时效硬化型塑料模具钢适用于制造形状复杂、高精度及透明塑料的模具。19第四节塑料模具钢(3)耐蚀型塑料模具钢加工聚氯乙烯塑料、氟化塑料、阻燃塑料等塑料制品时，分解出的腐蚀性气体对模具有腐蚀作用，故要求模具材料有一定的耐蚀性，为此需在模具表面镀铬或直接选用3Cr13、4Cr13、9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2、0Or17Ni7Al、1Cr18Ni9、0Cr17Ni4Cu4Nb(74PH)、OCr16Ni4Cu3Nb(PCR)等耐蚀钢。耐蚀型塑料模具钢用于制作含氟、氯的塑料成型模具.20第四节塑料模具钢