塑胶模具用钢材料介绍PPT.ppt

1 模具使用材料介绍 技术部 刘广胜日期 2011 10 10 联系方式 e mail davidlau hkgardy com手机号 6300 2 插曲 专业情况 对模具了解情况 3 鋼料成本 冰山中的一角 模具成本 與 整體模具系統成本 钢材成本 模具加工成本 模具成本 生产及维护成本 清理成本 再抛光成本 更换 生产力损失 损失延迟交货 整體模具系統成本 通常鋼材成本約爲模具成本的5 10 一 概述 4 二 钢材元素 是铁 碳和少量其它元素的合金 1 碳 carbon 存在于所有的钢材 是最重要的硬化元素 有助于增加钢材的强度 我们通常希望刀具级别的钢材拥有0 5 以上的碳 也成为高碳钢 2 铬 chromium 增加耐磨损性 硬度 最重要的是耐腐蚀性 拥有13 以上的认为是不锈钢 尽管这么叫 如果保养不当 所有钢材都会生锈的 3 锰 manganese 重要的元素 有助于生成纹理结构 增加坚固性 和强度 及耐磨损性 在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧 出现在大多数的刀剪用钢材中 除了a 2 l 6和cpm420v 4 钼 molybdenum 碳化作用剂 防止钢材变脆 在高温时保持钢材的强度 出现在很多钢材中 空气硬化钢 例如a 2 ats 34 总是包含1 或者更多的钼 这样它们才能在空气中变硬 5 镍 nickle 保持强度 抗腐蚀性 和韧性 出现在l 6aus 6和aus 8中 6 硅 silicon 有助于增强强度 和锰一样 硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度 7 钨 tungsten 增强抗磨损性 将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢 在高速钢m 2中就含有大量的钨 8 钒 vanadium 增强抗磨损能力和延展性 一种钒的碳化物用于制造条纹钢 见 常用模具材料一览表 5 三 钢材种类 1 低碳钢 又称软钢 含碳量从0 10 至0 30 低碳钢易於接受各种加工如锻造 焊接和切削 常用於制造链条 铆钉 螺栓 轴等 2 中碳钢 含碳量从0 30 至0 60 用以制造重压锻件 车轴 钢轨等 3 高碳钢 常称工具钢 含碳量从0 60 至1 70 可以淬硬和回火 锤 撬棍等由含碳量0 75 的钢制造 切削工具如钻头 丝攻 铰刀等由含碳量0 90 至1 00 的钢制造 4 合金钢 钢中加入其它金属如铬 镍 钨 钒等 使具有若干新的特性 由於各种合金元素的掺入 合金钢可具有防 防腐蚀 耐热 耐磨 防震和抗疲乏等不同特性 5 高速钢 含有各种成份和份量 如钨 铬 钒 钴和钼等 高速钢制成的切削工具 可用高的速度求切削硬材料 并能承担强力的切削 高速钢切削工具在高的速度中仍能使刃口保持锋利 其他钢材则可能变钝 6 四 常見金屬材料用途 一 熱作鋼金屬壓鑄 擠壓模 複制下模pa pom ps pe ep塑膠模 高速鋼asp 23精密工作高速生產衝壓模 冷擠模 asp 60高速切削刀具 冷擠模 skh51鑽頭 鉸刀 絲錐 衝頭 碳素鋼s45c 45 鋼機械零件及構造用鋼 yk30衝壓模 量規 裁紙刀 輔助工具 自動機零件或工治具等 7 常見金屬材料用途 二 塑膠模具鋼viking厚鋼板剪衝模 耐衝擊冷鍛模 溫鍛模 工程塑膠模具 nak80電蝕及拋光性模具 p20長期生產高質塑膠模具 fdac適用於熱作 鋅 鋁 鎂 鋁合金壓鑄模及塑膠模具並具有加工后不需淬火之特點 s 136h stavax ramax elmax 1 拋光度高之模具 適合pa pom ps pe pp abs塑料 2 防酸性高之模胚 與stavax配合成整組不銹鋼模 可保證冷卻不受侵蝕 適合pvc pp ep pc pmma 塑料 食品工業 機械構件 8 設計階段對鋼料選用考慮事項 產品的生產數量 工程模 软模 量产模 硬模 诚信实际情况nak80s136h skd61 s136 使用何種塑料 腐蝕性 磨耗性 诚信实际情况s136 dc53 电木模 產品表面要求及精密度 鏡面 咬花 诚信实际情况s136模具配件厚度及用途诚信实际情况viking 弹簧钢 铍铜 p20 s45c等 9 五 鋼材性質 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 10 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 11 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 12 spi拋光規格 13 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 14 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 15 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 16 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 模德 moldtech 公司 模纹公司 妮红 nihon 公司 益新公司 17 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 18 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 19 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 20 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 21 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 5mm 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 1 236kg 22 常见金属的热膨胀系数 物质 in10 6 k20 c铝23 2纯铝23 0锑10 5铍12 3铅29 3铜17 5镉41 0铬6 2铁12 2锗6 0金14 2灰铸铁9 0不变钢1 7 2 0铱6 5康铜15 2铜16 5镁26 0锰23 0黄铜18 4钼5 2新银18 0镍13 0铂9 0银19 5锡2 0钢13 0不锈钢14 4 16 0钛10 8铋14 0钨4 5锌36 0锡26 7 23 鋼材常用系數 許用壓縮應力 軟鋼 530kg cm2硬鋼 700kg cm2淬火鋼 900kg cm2 應用范例已知射出機台關模力為300吨 模板為淬火鋼 則分模面面積可估計約為a f p 300 1000 900 333cm2 彈性 楊性 系數 2 1 104kg mm2 24 六 钢材热处理的方法 不論注塑模具 沖壓模具或壓鑄模具等 都有一定的材料處理方式來符合某種製造方法 例如經常受到磨擦 拉伸 沖擊的地方 熱處理是其中一種使材料改變機械性質的處理方式 雖然是同一樣成份的鋼材 熱處理方法不同時 所出現的性質了有顯著的差異 熱處理是一項非常複雜的學問 所牽涉的不同金相組織也很多 難以短短數語可以淺釋之 且看熱處理的方法 在此只略述常用幾種 a 退火 加熱至適當溫度 保持一段時間后 在爐中或在隔熱材料內慢慢冷卻 正確的退火溫度應向不同鋼料的製造商取得 退火的主要目的是將鋼料軟化 除去殘留應力 增加可切削性 25 b 正火 將鋼料加熱至超過硬化溫度約100 左右然後放置在靜止空氣中自然冷卻 正常化過程后 鋼料的組織變得微細化 切削性改善 可使鍛造或鑄造后的鋼製成品結構更穩定 對進一步的熱處理反應有預期的效果 c 淬火 將鋼料在高溫度之下急速冷卻至室溫 此一過程是使鋼料內的組織結構變得很硬和很脆 d 回火 回火是做淬火后必須做的操作 回火目的是除去鋼料的內應力 預防淬火后會出現的裂紋 調整某些硬度及增加勒性 使到鋼料不會在受輕微的碰撞時會破裂 回火溫度從100 左右起至硬化溫度以下 視鋼料的含碳量而定 26 e 火焰淬火 用氧乙炔的火焰 迅速加熱鋼材表面至淬火溫度而材料中心部份還未達到