塑胶模具用钢

課程名稱:塑膠模具用鋼DT(II)塑模廠設計部

彭宗義2003/03/04PCEG教育訓練通常鋼料成本約爲模具成本的5~10%前言“鋼料成本”----冰山中的一角

“模具成本”與“整體模具系統成本”

設計階段對鋼料選用考慮事項產品的尺寸大小及形狀－供應商,鋼種…產品的生產數量－暫用模,低高生產量模…使用何種模具－冷熱澆道,兩板模,三板模…使用何種塑料－腐蝕性,磨耗性…產品表面要求及精密度－鏡面,咬花…模具品質可靠性－標準零件更換,維修…選用廠牌考慮要點使用經驗及市場反應(品質)有無符合所要求的鋼種及等級有無材料庫存交期及運輸價格常用模具鋼鐵型態預硬的模具鋼和承塊全硬性模具鋼耐腐蝕性模具鋼預硬的模具鋼和承塊大組模具模具對耐磨性的要求不高高強度的承塊鋼/輔助底板通常用在特點出廠前已淬硬及回火到硬度280-350HB,使用不需再熱處理可由表面氮化或火焰硬化得到較高的硬度有些鋼種含有快削成分全硬性模具鋼

長期生產使用抵抗某些塑料的刮傷性對抗高鎖模壓力或射出壓力通常用在特點交貨時通常都是退火狀態,必須熱處理后再使用具有更好的耐磨性較高的抵抗變形(抗壓性)和凹陷拋光性更好耐腐蝕性模具鋼塑膠模具受到腐蝕影響的途徑:某些塑料會產生具有腐蝕性的副產物,例如PVC氫氯酸冷卻水路被銹蝕甚至被堵塞導致冷卻循環效率降低長期放置或在潮濕的環境中,表面產生水氣凝結而導致腐蝕制模者對於鋼材性質綜合考慮要點拋光性加工性耐磨性抗壓強度咬花性耐蝕性焊補性韌性與剛性熱處理性質熱傳導性拋光性(a)鋼鐵的純淨：在冶煉過程中，必須把非金屬矽、硫、磷及廢氣等雜質盡量除去，使鋼內避免偏析現象、氣孔針孔等缺陷。現今的模具用鋼都使用ESR(ElectroSlagRemelting電渣再融處理)方式以去除雜質，使鋼鐵變得純淨均勻。(b)鋼鐵的均質：鋼在其內混合某些少量的合金，並在適當的熱處理後，其顯微組織結構會變得均勻，而其晶粒也會很細緻，硬度分佈均一，如此才適合抛光。(c)鋼鐵的硬度：鋼的硬度約HRC30左右時即可得到良好的抛光亮度，此時大抵為變韌組織，適合一般的銑、車加工。若要得到更高的抛光性，則必須淬硬至更高的硬度，一般在HRC54左右為回火麻田散組織。(d)日本大同鋼PDS-3為類似SCM-440的鉻鉬合金鋼，預硬至約HRC28,適用於一般大中型模具；PDS-5(PX5)爲類似AISIP-20的析出硬化鋼，預硬至約HRC33，比PDS-3有較好的抛光性。瑞典ASSAB-718亦爲類似AISIP-20的預硬鋼。約HRC32，以上三種鋼因爲都是預硬鋼，所以厚度皆可達800mm左右，爲目前大型模具主要的使用鋼鐵。(e)日本大同鋼NAK-80主要使用較精致外觀或中小型透明塑膠品，預硬至約HRC40。(f)日本大同鋼S-STAR，瑞典ASSAB-STAVAX皆爲淬火型不銹鋼種，適合中小型鏡面級塑膠品使用，一般加工後須淬硬至約HRC54使用。(g)日本日立FDAC,大同DH2F爲SKD61的預硬鋼，適用於較小尺寸的元件，硬度約HRC40，另ASSAB-8407則為退火鋼，加工后淬火至約HRC48~52。拋光性SPI拋光規格加工性(a)一般而言，鋼內的合金(V、Cr、Mo等)和碳形成極硬的碳化合物，合金含量愈多愈難切削，此時可知不銹鋼最難切削。(b)加工工具例如銑刀多數爲高速鋼，硬度約HRC64，無法切削太硬的鋼，否則刀具壽命會太短，因此預硬鋼HRC40爲最高的硬度。(c)非預硬鋼爲退火狀態，硬度大多在HB200左右，此時刀具壽命當然會較長。(d)預硬至HRC40的鋼內通常含有硫、銅等形成所謂的快削鋼，但如此可能會影響到鋼的抛光性及咬花性等。

(e)淬硬鋼一般於HRC54左右使用，此時只能以研磨、放電等方式加工。耐磨性(a)普通的滑動機構使用不同的材質可減少表面磨損，但最主要的乃是硬度的高低左右了磨損的壽命，所以滑動部鑲入淬火至HRC55左右的SK3鋼板即可達到一般的要求，必要時可予表面硬化處理，效果更佳。(b)當樹脂含有玻璃纖維時，較容易磨損模穴表面而失去尺寸精度，此時模穴部的鋼即須有較硬的表面，例如滲氮或使用較高硬度的預硬鋼或使用淬火鋼。抗壓強度

(a)如果在分模面上，因鎖模力所造成的壓力小於鋼本身的壓應力，即不會産生凹陷變形。因此理想上分模面面積愈大，壓力即愈小，但面積愈大則加工面愈無法均勻分佈壓力，以致在分模線周圍因抵抗不了瞬間的射出壓力而有太大的間隙，樹脂即穿透而形成毛邊，因此分模面只要留到面積使鋼的抗壓應力強度稍大於鎖模壓力即可，其餘的必須逃料(約0.15mm左右)，同時，鎖模壓力也可確實均勻的集中於分模線周圍。(b)一般材料供應商建議在分模線周圍施以火焰硬化即可迅速提高硬度。咬花性

(a)咬花品質除咬花技術外，鋼本身的純淨、均質、硬度均一與否爲首要的因素。一般的模具鋼都有良好的咬花品質，值得注意的是，幾件塑膠品(例如上下蓋)組合在一起而須有同樣花紋時，必須使用同一種鋼，甚至同一塊鋼材，同一滾軋方向。(b)加入快削成分的預硬鋼，或是雜質的偏析作用，雜質聚集在晶粒邊界上，再經滾軋成長；長方向性，可能是咬花後常見的明顯條紋的主要原因。(c)根據經驗所知，ASSAB-718、PDS-3、PDS-5等咬花性相當穩定。耐蝕性

(a)對於含氫氯酸的PVC樹脂，或PS含少量的PVC時，即須注意其侵蝕程度。若須要模具壽命長，即必須使用不銹鋼種PD-555，ASSAB-STAVAX等。(b)冷卻水使用一段時間後會銹蝕管壁而降低冷卻效果甚至阻塞管路的流通。(c)鋼遇水中的氧離子即産生氧化作用而開始腐蝕，因此微量的水氧一旦附著於模穴表面，剛好模具也不使時，即會發生銹斑，此種可事先用防銹油保護。焊補性

模塊鐵削後又是尺寸不足或碰傷凹陷等，有時即可使用焊補方式補救。特別注意的要點是焊條與母材的化學成分須相似，但即使是使用鋼材廠商提供的專用焊條，焊補後的咬花紋路也很難與母材的相同，尤其是交接處周圍，通常須人工修飾，而且此部位也容易發生顯微裂痕或針孔等缺陷，因此對於外觀要求嚴格的模塊，有時必須丟棄不良的部位用分割方式補救或甚至整塊報廢。韌性與剛性

(a)

欲得到較好的韌性，碳含量不能太多，或者淬火鋼的硬度高。兩者皆容易造成脆性破裂，這也說明了模具用鋼多是低、中碳合金鋼的原因之一，如此才能吸收瞬間的衝擊能量而不塑性變形甚至破裂。(b)

不幸的是韌性好通常即是剛性不好，剛性主要與楊氏係數有關，而提高楊氏係數最有效果的乃是提高其硬度，因此在HRC30~40的預硬鋼其韌性與剛性皆在適當的範圍內。

熱處理性質

預硬鋼一般加工後不熱處理，淬硬鋼在退火狀態下加工後須淬火。因爲模具合金鋼都有優秀的熱處理性質，通常較無選擇性的問題存在。但仍需考慮下列問題工件變形－加工應力,熱應力,組織轉變應力尺寸變化表面碳化晶粒邊界析出熱傳導性模具射出的生產速率,依靠模具將塑膠原料的熱量,傳遞到冷卻介質上,換言之即冷卻效率高合金鋼的熱傳導性較低合鋼為低成型中的塑膠,主宰著模具中熱的流動,與鋼鐵比較,塑膠的熱傳導性更差若局部需要較高的熱傳導要求時,可局部使用鈹銅(Be-Cu)合金各廠牌鋼號對照表各廠牌鋼號對照表鋼材常用系數密度:7.85*10-6kg/mm3應用范例已知熱流板長為300mm,工作溫度為2600C,室溫為250C則膨脹量=300*(260-25)*1.3*10-5=0.92mm熱膨脹系數:1.3*10-5/0C

應用范例已知模座寬為500mm,長為700mm,總厚度為450mm,則重量=500*700*450*7.85*10-6