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、工艺性能良好的锻造工艺性导热性能好、塑性好、变形抗力低、锻造温度范围宽良好的机械加工性能由于塑料模具属于型腔模具，加工过程比较困难，所以要求材料具有良好的切削和磨削性能。在这类模具中常常加入S、Pb、Ca、Se等元素以改善材料的切削性能。良好的焊接性能当模具需要修复或者因为前期加工不当出现缺陷时，常常采用焊接的方法，因此要求材料应当具有良好的焊接性能。良好的热处理工艺性淬透性、脆硬行良好变形小、开裂倾向小工艺简单、工艺质量稳定良好的抛光性能工件的表面质量主要取决于模具型腔表面的粗糙度，因此塑料模具的表面大部分比较光滑，基本上要抛光为镜面。硬度高、晶粒细有利于抛光。在冶炼的过程中要从方法上保障材料的纯洁性（比如电渣熔炼、真空熔炼等），因为非金属夹杂物、宏观和微观组织不均匀（针眼、空洞和斑痕etc.）都将使材料的抛光性能下降。电加工性能电火花加工后，金属表面会留下沟纹，使加工的粗糙度变大。或者出现较深的硬化层，使抛光困难。纹饰加工性能各种花纹和图案（要求清晰、均匀）。要求材质纯净、组织均匀、无偏析，否则，腐蚀或者光蚀后效果不是太好。

塑料模具用钢及选用一、种类由于塑料的品种很多，加工方法也有很多种，产品要求也有很大差异，因此对于塑料模具材料的要求也多种多样，但是没有一种材料能够完全满足所有的要求，也就是说材料只能满足某些方面的要求，鉴于上述原因，人们将塑料模具用材料按照一定的指标进行分类，一般可以把模具材料分成以下几种类型：调质型塑料模具钢渗碳型塑料模具钢淬硬型塑料模具用钢预硬型塑料模具钢时效硬化塑料模具型钢耐蚀塑料模具型钢碳素型塑料模具钢塑料模具钢的种分类（P74）二、各类钢的成分和性能特点1、调质型塑料模具钢调质型塑料模具钢包括SM45、SM48、SM50、SM53、SM55。下面简单介绍一些材料的性能特点。和普通调质钢一样，这类钢材具有良好的综合性能，在加工一些具有严重磨损性塑料时，首先将材料进行热处理，使其硬度达到46-50HRC，在进行完所有其它工序之后再将表面进行渗N处理，这样可提高材料的耐磨性能，表面硬度可以达到1000HV以上。

和普通调质钢（45、50、55等）相比，这类材料无论在材料的冶金质量、还是材料的均匀性方面均有很大的提高，因此材料的抛光性能有很大的提高。这类钢材淬透性比较差、热处理时开裂和变形倾向性大，因此用来制造各种中、小尺寸且质量要求较低塑料件的模具。价格低。2、渗碳型塑料模具钢渗碳钢含C量一般比较低，通常在0,25%以下，这类材料在退火状态硬度比较低，其塑性很好，变形抗力小，因此这类钢材比较适合用冷挤压的方法制造模具型腔。（简单介绍模具型腔的冷挤压工艺）。渗碳钢经过必要的处理后，表面具有较高的硬度并且耐磨性很好，同时芯部具有良好的韧性。由于表面具有较高的硬度，因此材料的抛光性能很好。为了达到表面硬度较高的目的，需要经过渗碳处理以提高材料表层的含C量。在通常情况下，渗碳层的厚度在0,6-1mm之间，淬火后表面硬度可以达到58-62HRC。由于处理方式比较复杂，因此会产生一定的变形，也就是说，在渗碳处理之后，必须采取一些后续加工措施。由于渗碳层的厚度较薄，因此在渗碳后不能改变模具型腔的结构。如果必须改变的话，则必须将第一次渗碳的渗碳层全部去掉，否则将会在局部出现过渗碳的情况。3、淬硬犁性塑料景模具钢主要用来奇制造注塑遇和压塑模油具。这类材窗料强度棍、硬度碎高且耐汉磨性好狗。与常公规渗C钢相比痛，热处鹊理较简贡单。可裂直接修痰改模具慌局部，您修改后污不需重充新进行仪热处理防。缺点：模锻具型腔比准较深时，终有断裂的默危险性，挑因为韧性寇比较差。材料含C量一般追较低，农尽管韧姑性可以步达到使妻用要求尘，但是笛其它的老性能，俭比如硬会度、耐煎磨性等讽无法满冒足使用缸要求，纱因此应等用受到湾了限制狐。典型钢种:4Cr幼5MoS核iV、4Cr5它MoSi笼V1夫Cr12辨Mo1V乌1，也可使贸用T7、T10、9Cr平Si、9Mn2强V、CrWM这n、Cr1混2Mo势V等。4、预硬瓶型塑料季模具钢预硬型掉模具钢乐是为了沙解决大帮型模具纤的淬火宾问题而证出现的暖。可用合来制造族各种尺厌寸的模口具，尤爸其是复门杂的塑闯料模具驻。材料的掠供货状肤态为热易处理状饶态，即喇材料已增具备必炉要的使汪用性能许。可进行蜂表面处绕理，提泄高材料县的某些文性能，液特别是烧耐磨性碌和耐腐赤蚀性。材料在相炕应加工之沉后不需再卡进行热处蜻理，因此片避免了变志形问题。择省掉了所芽有与热处睡理变形有漫关的后续康加工，保卸证了模具译的制造精耗度。由于是村对经过产热处理委的材料加进行机夕械加工价，因此盐，材料涝必须具纽奉备良好棋的切削惭性能。橡在通常倦情况下倚，材料诊中含有S、Ca等元素丢。但是夸要注意徐的是：墓加入了S元素之后辱，材料中固的硫化物龄对纹饰和烫图案的腐谎蚀有负面忙的影响，奇即在腐蚀拐时会出现佳纹路不清甜晰或者不男均匀等现因象。这类钢贵材一般劲价格稍娱高，多省用来制群造精度螺要求较帽高的模尖具。这类钢伏材中使磁用比较究多的是SM3C作r2Mo（P20）及其改奖良型材料SM3窄Cr2握Ni1窄Mo（P441绕0）、SM3零Cr2还MnN份iMo、、P20忽S、P20浓Ca以及5CrN肿iMnM泡oVSC径a(5C茄rSC章a)等等。5、时效硬跑化塑料侍模具型裙钢马氏体队时效钢直是一种吊高强度时材料。敲供货状熄态为固其溶体，筛时效处奇理后较乒软的固售溶体会托被强化洞。这类材料努原来用在景航天、航慰空领域，楼成本很高把，因此只啦能用在一稼些型腔特帖别复杂模箩具的制造贯中。在供货剃状态具狗有较高辣的强度100冬0-1冷200棵N/m铁m2，具有傍优秀的危切削性尊能。材料加工改后需进行腾热处理，始即时效处助理，一般岩加热到480-扛500℃保温3-5小时。安在静止为空气中您缓慢冷蛙却。不弯回火。忆由于固抱化温度疗低，因狡此材料兼不会发朴生变形惰，固化户后材料零在各个侍方向上尺寸均斥匀缩小，缩小量当大约0,0越5-0振,1%。掌握了挪材料热处对理前后的够尺寸变化鞋规律，就池以制造出某尺寸、形粗状精确的疏模具。马氏体悠时效钢滨可以进暮行表面否处理，谈比如渗N处理，罗但处理价温度不事允许超灿过480维-50突0℃。值得注意靠的是这种影材料在硬余度比较高凳（53-5租8HRC）时仍然售具有很高坑的韧性。此外这痰类材料府可以在蒸不用预地热的情鬼况下与糠同类材过料良好驾焊接。主要有18N姥i类。如果用哲来制造重生产磨候损较严屯重塑料芒（比如近有添加仰剂）的宽模具，晚建议将狂材料进未行表面棍渗N处理。精度高扶、超镜牛面，用勇于大型疫、复杂开的模具缎。6、耐蚀塑彼料模具型沸钢在加工宪的过程姐中，有石些塑料滔可能会屯分解出话有腐蚀誓性的物粉质，比芬如盐酸别、醋酸输等。在抵通常情咳况下，悉可以将清模具进冶行电镀筐处理，国使表面剑覆上一迎层保护级层，比橡如铬层嚼、镍层稿等。但溜是这样起的覆层绵只有当覆层均惧匀、且模具夸上没有尖闹锐的棱去边时才能长匹期起作用翠。覆层不彩均匀、且提模具上有数尖锐的棱杜边将导致雨覆层中出考现内应力猪，在承受聪负荷的过绑程中覆层脱落。此外疫在狭窄距的凸起群部位，冈由于受戏到弯曲盏应力的底作用，疗因此很共容易脱农落。在多数挤的情况性下，使质用耐腐阁蚀钢效春果更好叨。这类炼钢材一爸般退火仿状态供遥货，为猪了达到门必要的杜耐磨性伟能和抗量压强度此以及足纠够的耐字腐蚀性稻能，必落须将材池料进行纵热处理膨。在众蛋多的不轿锈钢材绩料中，SM4C金r13、SM3C碰r17M伴o使用的吴效果最尽好。在偿德国使挡用最多源的是X36队CrM册o17。在通常捧情况下眠，耐腐站蚀钢都吐具有足湾够的耐浆磨性能逐，通过表左面处理煎的方式扎（比如育渗N）可以敌提高耐针磨性能惨，但耐版腐蚀性汇能要下壤降。因此不建议进睡行渗N处理，如果熟必须提叠高耐磨直性能的迷话，建喜议使用召含C量稍微单高点的秧耐腐蚀雾钢。7、碳素型狗塑料模具病钢国外通常傅利用C质量分滥数0.5贼%~0需.6%的碳素放钢作为外碳素塑烫料模具炊钢。国亏内对于轨生产批赌量不大烧、没有宋特殊要看求的小退型塑料竟模具，简采用价舅格便宜朽、来源茶方便、壁加工性春能好的饼碳素钢鱼制造。刺为了保冶证塑料坏模具具蛮有较低捡的表面灶粗糙度须值，对诞碳素钢涉的冶金炊质量提技出了一胞些特殊执要求，璃如钢材棚的有害撕杂质含数量、低椅倍组织它等。这之类钢一合般适用诊于普通晌热塑性江塑料成仓型模具且。三、模具析材料的选吧择塑料模成鹊本构成（%）项雾目货占成坡本比例成型加工30材敬料10热的处叫理10磨好削15抛环光30装放配5合替计1001、根据阔塑料制情品的种衣类和质塞量要求1）质量要帐求一般的扩工件（主要是铸中小型件仰）如果型腔专较浅的话假，可采用滔冷作模具灾钢来制造狡，比如CrWM油n、9Mn帆2V；型腔稍殊微深就丈应当使蜻用热作帅模具钢疏，比如SM4舍Cr5奖MoS此iV、SM4C结r5Mo痕SiV1。耐磨性疼能不足可需以通过表彻面渗N的方法改责善。调质型模筒具材料可烛用于各种锈尺寸的塑串料模具，瞒但一般需坊要表面处斤理，以提淡高材料的帆耐磨性，傻表面处理补一般为镀持硬铬或者情渗N。渗C型的材料社可以用在逢各种场合即，但是必敲须考虑到射渗C工艺的悬复杂性铲，以及刊制造模备具必须区的设备恐。2）加工诞过程中杂出现腐示蚀性气令体的塑渡料首先应使遵用耐腐蚀害钢，比如PCR、SM4喇Cr1群3等，或袍选择调未质型材央料，型申腔加工赔完后表掘面镀铬睡。耐腐蚀睬钢不宜置渗N（可以岗提高耐钳磨性，弹但是材习料的耐捡腐蚀性蓝将显著根下降）送。3）加工斤有添加毒剂的塑返料由于磨乡丰损加剧爬，因此粘一般使尊用耐磨粥