塑料模具材料的选择

模具材料选择原则作者:erss发布日期:2008-09-08（一）满足工作条件要求1．耐磨性坯料在模具型腔中塑性变性时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。1．强韧性模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。2．疲劳断裂性能模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。3．高温性能当模具的工作温度较高进，会使硬度和强度下降，导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此，模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度。4．耐冷热疲劳性能有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，引起表面龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一，帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。6．耐蚀性有些模具如塑料模在工作时，由于塑料中存在氯、氟等元素，受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加剧磨损失效。（二）满足工艺性能要求模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。1．可锻性具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。2．退火工艺性球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。3．切削加工性切削用量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。4．氧化、脱碳敏感性高温加热时抗氧化怀能好，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。5．淬硬性淬火后具有均匀而高的表面硬度。6．淬透性淬火后能获得较深的淬硬层，采用缓和的淬火介质就能淬硬。7．淬火变形开裂倾向常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件形状不敏感。8．可磨削性砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤及磨削裂纹。（三）满足经济性要求在给模具选材是，必须考虑经济性这一原则，尽可能地降低制造成本。因此，在满足使用性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料。另外，在选材时还应考虑市场的生产和供应情况，所选钢种应尽量少而集中，易购买。塑料模具材料的选择目前，塑料制品日益广泛地应用于日常生活，其中注射成型技术约占80％。注射成型因其一次成型、尺寸精确、可带嵌件、生产率高、易于实现现代化、后加工量少等特点广泛应用于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等诸多领域。塑料模具的选用，对于塑料工业生产能否收到好的经济效益非常关键，因此，模具设计者了解模具材料的基本要求和选择恰当的材料相当必要。塑料模具的工作条件与冷冲模不同，一般须在150°C-200°C下进行工作，除了受到一定压力作用外，还要承受温度影响。现根据塑料成型模具使用条件、加工方法的不同将塑料模具用钢的基本性能要求大致归纳如下：1．足够的表面硬度和耐磨性塑料模的硬度通常在50-60HRC以下，经过热处理的模具应有足够的表面硬度，以保证模具有足够的刚度。模具在工作中由于塑料的填充和流动要承受较大的压应力和摩擦力，要求模具保持形状的精度和尺寸精度的稳定性，保证模具有足够的使用寿命。模具的耐磨性取决于钢材的化学成分和热处理硬度，因此提高模具的硬度有利于提高其耐磨性。2．优良的切削加工性大多数塑料成型模具，除EMD加工外还需进行一定的切削加工和钳工修配。为延长切削刀具的使用寿命，提高切削性能，减少表面粗糙度，塑料模具用钢的硬度必须适当。3．良好的抛光性能高品质的塑料制品，要求型腔表面的粗糙度值小。例如，注塑模型腔表面粗糙度值要求小于Ra0.1～0.25的水平，光学面则要求Ra0.01nm，型腔须进行抛光，减小表面粗糙度值。为此选用的钢材要求材料杂质少、组织微细均一、无纤维方向性、抛光时不应出现麻点或桔皮状缺陷。4．良好的热稳定性塑料注射模的零件形状往往比较复杂，淬火后难以加工，因此应尽量选用具有良好的热稳定性的，当模具成型加工经热处理后因线膨胀系数小，热处理变形小，温度差异引起的尺寸变化率小，金相组织和模具尺寸稳定，可减少或不再进行加工，即可保证模具尺寸精度和表面粗糙度要求。45、50牌号的碳素钢具有一定的强度与耐磨性，经调质处理后多用于模架材料。高碳工具钢、低合金工具钢经过热处理后具有较高的强度和耐磨性，多用于成型零件。但高碳工具钢因其热处理变形大，仅适用于制造尺寸小、形状简单的成型零件。随着塑料工业的发展，塑料制品的复杂性、精度等要求愈来愈高，对模具材料也提出更高要求。对于制造复杂、精密和耐腐蚀性的塑料模，可采用预硬钢（如PMS）、耐蚀钢（如PCR）和低碳马氏体时效钢（如18Ni-250），均具有较好的切削加工、热处理和抛光性能及较高强度。此外，在选择材料时还须考虑防止擦伤与胶合，如两表面存在相对运动的情况，则尽量避免选择组织结构相同的材料，特殊状况下可将一面施镀或氮化，使两面具有不同的表面结构。模具钢材选用表及塑料模具材料的选择来源:COM时间:2009-4-99:51:06模具钢材选用表及塑料模具材料的选择国产塑料模具钢一般把模具按使用寿命的长短分五级，一级在百万次以上，二级是50万----100万次，三级在30万-----50万次，四级在10万---30万次，五级在10万次以下，一级与二级模具都要求用可以热处理硬度在HRC50左右的钢材，否则易于磨损，注塑出的产品易超差，故所选的钢材既要有较好的热处理性能，又要在高硬度的状态下有好的切削性能，当然还有其他方面的考虑。通常选用瑞典的8407，S136,美国的420,H13,欧洲的2316，2344，083，或日本的SKD61，DC53（原为五金模材料，特殊情况下使用。）一类的钢材。除此外，注塑的原料及其所增加的填料对选用刚才有很大的影响，尤其是玻璃纤维对模具的磨损大。有些塑胶料有酸腐蚀性，有些因添加了增强剂或其他改型剂，如玻璃纤维对模具的损伤大，选材时均要综合考虑。有强腐蚀性的塑胶一般选S136，2316，420一类钢材，弱腐蚀性的除选S136，2316，420外，还有SKD61，NAK80，PAK90，718M。强酸性的塑胶料有：PVC，POM，PBT弱酸性的塑胶料有：PC，PP，PMMA，PA，产品的外观要求对模具材料的选择亦有很大的影响，透明件和表面要求抛镜面的产品，可选用的材料有S136，2316，718S，NAK80，PAK90，420，透明度特高的模具应选S136，其次是420。以上是从满足产品要求来说，但作为一个设计师，你只考虑这些的话，你不但不可能成为一个好的设计师，可能你的饭碗都有问题，你涉及的模具所需求的成本是重中之重，你还要考虑价格，就拿S136与2316来比较，每公斤相差55—60元，如果你选择不当，你老板不是接不到单，就是做到破产。三级模具用预硬料多，牌号有：S136H，2316H，718H，083H，硬度HB270----340，四五级模具用P20，718，738，618，2311，2711，对于要求特低的模具，还有可能用到S50C，45#钢，即直接在模胚上做型腔碳素模具钢来源:COM时间:2009-4-910:24:23国际模具网碳含量对于经淬火及低温回火后钢的强度和塑性也有影响，对于亚共析钢而言，随着碳含量的增加，淬火后钢的强度增加，到碳含量为0．6％～0．7％时，达到最大值；随后则降低，接近共析成分时为最低。当碳含量超过1．15％时，由于渗碳体分布不均匀，强度又下降。总的说来，随着碳含量的增加，钢的韧性逐渐下降。碳素工具钢通常用电弧炉或平炉进行冶炼。由于钢中的碳含量较高，导热性较差，在热加工时，钢锭或大型钢坯加热时的装炉温度不宜过高、升温速度(尤其是在低温下)不宜过快，以免产生过大的热应力而造成裂纹。加热时必须保证钢材透烧；但是，在高温停留时间不宜过长，以免造成严重脱碳。热加工(锻、轧)时，要保证热加工后钢中网状碳化物能够大部分被破碎。因为钢中存在不均匀或粗大碳化物，会使钢材质量变坏、切削加工变得困难、模具在热处理时容易开裂、热处理后的硬度不均匀、使用时易崩刃。因此，锻、轧热加工碳素工具钢时，必须要有适当的压缩比(一般大于4)；对于碳含量高的T12及T13钢，有时还须采用镦粗拔长的方法来进行锻造，以使钢中的碳化物均匀细化。碳素工具钢的终锻、终轧温度一般800右为宜，锻、轧加工后应迅速冷至650℃，然后进行缓冷，以免析出粗大或网状的碳化物。热加工后的碳素工具钢具有珠光体组织，硬度较高，而且其组织也不符合最终热处理的要求。为了改善钢材的切削加工性能和为最终热处理作组织准备，需要进行球化退火，退火后的组织和硬441模具钢基础理论度应符合(3-B1298—86的要求；在钢中不允许有连续网状的碳化物存在，破碎的网状碳化物按GBl298—86标准所附的第二级别图评定。淬火后得到马氏体组织，使模具钢具有高硬度和耐磨性。淬火后不可避免地存在一定数量的残余奥氏体和粗大的马氏体，降低钢材的机械强度并增加脆性，故对于用高碳钢制造的模具淬火马氏体级别有一定的限制。否则模具使用时易发生脆性损坏。碳素工具钢的淬火加热温度一般根据钢的临界点来选择，取A。1以上30～50℃，但Acm点高的钢，淬火温度也可以高一些。为了提高尺寸较大模具的表面硬度，可考虑采用较高的淬火温度。小尺寸的模具，可以选择较低的淬火温度以得到良好的力学性能。为了减少模具的淬火变形及开裂，在尺寸大小或使用条件允许的情况下，应选用冷却能力较缓慢的冷却介质，此时，可采用较高的淬火温度。例如，在油或硝盐中淬火的模具，加热温度比水淬的提高20℃左右，以便仍能得到较深的淬硬层和较高的硬度。由于提高淬火温度而引起力学性能的降低，可由冷却缓慢使淬火内应力的减少得到一定程度的抵消。若原始组织中为细片状和点状珠光体组织，加热时渗碳体易溶解，应选择较低的加热温度；具有粗球化珠光体组织的钢，可选择较高的淬火加热温度。淬火保温所需要的时间，必须保证模具内部达到淬火温度并形成碳浓度均匀的奥氏体，否则淬火后将不能得到良好的性能。当然，过长的保温时间，也会使模具过热、表面脱碳、浪费能源和降低生产率。在淬火加热时，为了防止模具表面的氧化和脱碳，一般在盐浴中进行加热。因为碳素工具钢淬透性低，对于有效厚度为5mm的模具一般用油淬；有效厚度为5～10mm的模具，可在150～160℃的硝盐浴中分级淬火；有效厚度为10～15mm的模具，可在140～160℃的碱浴中分级淬火；有效厚度为15～18r)qlYl的模具，在水中可以淬透，但容易产生很大的内应力和变形，因此，碳素工具钢仅适宜制造小截面的模具。碳素工具钢在淬火后具有高硬度，但存在淬火内应力，塑性1．3碳素模具钢低、强度也不高，必须经过回火，以改善其力学性能。低温回火时，在钢中e一碳化物(Fe2．4C)从马氏体中析出，具有很高的弥散度，马氏体中碳含量下降，钢的硬度有点降低，但是强度和塑性提高，从而减少了模具的崩刃现象。随着回火温度的提高，钢中的残余奥氏体量减少，至250℃基本上分解完毕。高于200℃回火、钢的硬度、强度性能迅速下降。因此，使用碳素工具钢制造的模具，一般采用低温回火(≤200℃)，对于制造锻模用的模具钢，为了得到高的韧性，回火温度可提高至350～450℃。亚共析成分的碳素工