塑料模具的材料选用与热处理.ppt

4 1塑料模具的工作条件与性能要求4 1 1塑料模具材料的使用性能要求4 1 2塑料模具材料的工艺性能要求4 2塑料模具材料的选用4 2 1渗碳型塑料模具用钢4 2 2淬硬型塑料模具用钢4 2 3预硬型塑料模具用钢4 2 4时效硬化型塑料模具钢4 2 5耐蚀塑料模具钢4 2 6其它塑料模具材料4 3塑料模具的热处理及实例4 3 1塑料模具的制造工艺路线4 3 2塑料模具的热处理特点4 3 3塑料模的表面处理 第4章塑料模具钢及其热处理 目录 重点1 了塑料模具材料的服役条件 失效特点和性能要求2 合理地选择塑料模具材料及热处理工艺 塑料模具用钢及适应的工作条件 4 1塑料模具的工作条件与性能要求 塑料模具材料应具有的性能包括使用性能和工艺性能两方面 4 1 1塑料模具材料的使用性能要求1 硬度 耐磨性和耐蚀性2 强度 韧性和疲劳强度 注射压力30 200MPa 闭模压力1 5 2倍3 耐热性 20 350 4 尺寸稳定性4 导热性4 1 2塑料模具材料的工艺性能要求1 切削加工性和表面抛光性 预硬35 45HRC后切削加工2 塑性加工性 冷挤压成型 超塑性热挤压成型3 电加工性 电火花 线切割加工4 热处理工艺性4 表面处理工艺性6 表面刻蚀性能和镜面加工性能 非金属夹杂物 基体硬度 组织均匀性的影响7 焊接性能 4 1塑料模具的工作条件与性能要求 表4 1常用塑料的成型条件 4 2塑料模具材料的选用 1 模具材料选择的基本要求 1 综合性能优良一定的硬度和耐磨性 使模具能够保持其形状和尺寸的稳定 足够的强度和韧性 能承受一定的高压又能承受一定冲击载荷的作用 一定的抗热性能 承受因强烈的摩擦而产生的局部高温 2 工艺性能良好良好的冷 热加工性能及热处理工艺性能 制造简单方便 2 模具材料选择时应考虑的因素 1 模具的工作条件压力的大小 冲击载荷的大小 工作温度及腐蚀情况等 2 模具的失效形式塑性变形失效 磨损失效 疲劳及断裂失效 3 模具所加工的产品塑料的种类 批量的大小 质量的高低 4 模具的结构模具的大小 形状 模具工件的工作性质等 5 模具的制造工艺 6 现有的设备及技术水平 4 2塑料模具材料的选用 4 2 1几种典型塑料模具材料 4 2 1 1渗碳型塑料模具用钢4 2 1 2淬硬型塑料模具用钢4 2 1 3预硬型塑料模具用钢4 2 1 4时效硬化性塑料模具用钢4 2 1 5耐蚀型塑料模具用钢4 2 1 6调质及其他塑料模具材料塑料模具用钢有哪六种 4 2 1几种典型塑料模具材料 表4 2塑料模具用钢分类 4 2 1几种典型塑料模具材料 4 2 1 1渗碳型塑料模具用钢 4 2 1几种典型塑料模具用钢4 2 1 1渗碳型塑料模具用钢 主要用途 采用冷挤压成型法制造塑料模具 性能要求 高的塑性和低的变形抗力化学成分 低的或超低的碳含量工艺路线 冷挤压成型 渗碳 淬火 回火表面硬度 58 62HRC常用牌号 20 20Cr 20Mn 12CrNi3A 20CrNiMo DT1 DT2 0Cr4NiMoV国外钢号 8416 瑞典 P2 P4 美国 重点介绍 0Cr4NiMoV LJ 钢 12CrNi3A钢 一 0Cr4NiMoV LJ 钢1 化学成分 表3 3LJ钢的化学成分 质量分数 该钢含碳量很低 因而塑性优异 变形抗力低 钢中主加元素为铬 辅加元素为镍 钼 钒等 合金元素的主要作用是提高淬透性和渗碳能力 增加渗碳层的硬度和耐磨性以及心部的强韧性 4 2 1几种典型塑料模具用钢4 2 1 1渗碳型塑料模具用钢 2 工艺性能 LJ钢具有良好的锻造性能和热处理工艺性 锻造 加热1230 始锻 1200 终锻 900 退火 加热880 2 炉冷至650 出炉空冷硬度100 105HBS 可顺利进行冷挤压成形 渗碳 930 6 8 LJ钢渗碳速度快 渗层比20钢深一倍 淬火 850 870 油淬回火 200 220 2 表面58 60HRC 心部27 29HRC 变形微小 3 实际应用 用冷挤压法成形制造塑料模具LJ钢冷成形性与工业纯铁相近 模具型腔轮廓清晰 光洁 精度高 LJ钢主要用来替代10 20钢及工业纯铁等冷挤压成形的精密塑料模 由于渗碳淬硬层较深 基体硬度高 不会出现型腔表面塌陷和内壁咬伤现象 使用效果良好 二 12CrNi3A钢1 化学成分 中淬透性合金渗碳钢该钢含碳量低 加入镍 铬合金元素 以提高钢的淬透性和渗碳层的强韧性 尤其是镍 在产生固溶强化的同时 明显增加钢的塑韧性 与其它冷成形塑料模具钢相比 该钢的冷成形性属于中等 表3 412CrNi3A钢的化学成分 质量分数 2 工艺性能 锻造工艺 加热1200 始锻1150 终锻850 退火工艺 740 760 4 6 以5 10 的速度缓冷至600 再炉冷至室温硬度 160HBS 适于冷挤压成形 正火工艺 870 900 3 4 后空冷硬度 229HBS 切削加工性良好 气体渗碳 900 920 6 7 渗碳层 0 9 1 0 淬火工艺 渗碳后预冷至800 850 直接油淬或空冷表层硬度 56 62HRC心部硬度 250 380HBS 变形微小 3 实际应用 冷挤压成形的形状复杂的浅型腔塑料模具大 中型切削加工成形的塑料模具为了改善切削加工性 模坯须经正火处理 4 2 1 2淬硬型塑料模具用钢 1 常用钢种碳素工具钢 T7A T8A高碳低合金冷作模具钢 9SiCr 9Mn2V CrWMn GCr15 7CrSiMnMoV高耐磨冷作模具钢 Cr12 Cr12MoV高速钢 W6Mo5Cr4V2基体钢和某些热作模具钢 65Nb等2 热处理淬火 低温回火 少数采用中温回火或高温回火 硬度 45 50HRC 4 2 1几种典型塑料模具材料 3 实际应用碳素工具钢 尺寸较小 受力较小 形状简单 精度要求不高的塑料模具 低合金冷作模具钢 尺寸较大 形状较复杂 精度较高的塑料模具 Cr12型钢 高耐磨性的大型 复杂和精密的塑料模具 基体钢和热作模具钢 较高强韧性和一定耐磨性的塑料模具 GD钢 新的淬硬型塑料模具钢 该钢强韧性高 淬透性和耐磨性好 淬火变形小 价格低 取代Cr12MoV钢或基体钢制造大型 高耐磨 高精度塑料模具 不仅降低了成本 而且提高了模具的使用寿命 4 2 1几种典型塑料模具材料 4 2 1 3预硬型塑料模具用钢 预硬钢 就是供应时已预先进行了热处理 并使之达到模具使用态硬度的钢 特点 在硬度30 40HRC的状态下可以直接进行成型车削 钻孔 铣削 雕刻 精锉等加工 精加工后可直接交付使用 这就完全避免了热处理变形的影响 从而保证了模具的制造精度 典型钢种 3Cr2Mo P20 钢3Cr2NiMo P4410 钢8Cr2MnWMoVS 8Cr2S 钢5CrNiMnMoVSCa 5NiSCa 钢Y55CrNiMnMoV SM1 钢 1 3Cr2Mo P20 钢3Cr2Mo钢是引进的美国塑料模具钢常用钢号 1 化学成分及相变点表3 53Cr2Mo钢的化学成分 质量分数 相变点 c1 770 Ac3 825 Ar1 640 Ar3 760 s 300 f 120 2 工艺性能 锻造 加热1100 1150 始锻1050 1100 终锻 850 锻后空冷 退火 850 2 4h 720 4 6h 500 出炉空冷 淬火及回火 860 870 油淬 540 580 回火 预硬态硬度为30 35HRC 化学热处理 渗碳淬火后表面硬度可达65HRC具有较高的热硬度及耐磨性 1 3Cr2Mo P20 钢 3 力学性能表3 6P20钢室温力学性能 850 淬火 550 回火 4 实际应用制造大型塑料模具 电视机的外壳模具 洗衣机面板盖模具其切削加工性能及抛光性能均显著优于45钢 在相同抛光条件下 表面粗糙度比45钢低1 3级 制造电视机外壳塑料模具 成型24万模次 模具仍完好无损 1 3Cr2Mo P20 钢 2 3Cr2NiMo P4410 钢 1 化学成分及相变点3Cr2NiMo钢是3Cr2Mo钢的改进型 国内试制的P4410钢 瑞典生产的718钢 表3 7P4410的化学成分 质量分数 相变点 Ac1 725 Ac3 810 Ms 280 2 生产工艺碱性平炉粗炼 真空脱气 钢包喷粉精炼 水压机锻造 粗加工 超声波探伤 调质热处理 检验出厂 钢材洁净度较高 组织细密 镜面抛光性能好 表面粗糙度可达Ra0 05 0 025 m 3 性能特点表3 8P4410钢的力学性能 860 淬火 650 回火 2 3Cr2NiMo P4410或瑞典718 钢 3 性能特点 2 3Cr2NiMo P4410 钢 预硬态硬度值为32 36HRC 不需退火 可直接进行车 铣 磨等加工 不需淬火回火 可直接使用 没有热处理变形 4 应用适于制造 大型 复杂 精密塑料模具 进一步提高模具寿命的方法 化学热处理 渗氮 渗硼火焰局部加热淬火 800 825 空冷或压缩空气冷却 56 62HRC表面镀铬 表面硬度可由370 420HV提高到1000HV 显著提高模具的耐磨性和耐蚀性 补焊 修补 焊接质量良好 可以进行加工 3 8Cr2MnWMoVS 8Cr2S 钢由华中科技大学 首钢等单位研制的易切削精密塑料成形模具钢 是为适应精密塑料模和薄板无间隙精密冲裁模之急需而设计的 表4 98Cr2S钢的化学成分 1 钢的特点淬透性好 热处理变形小 空冷淬硬直径 100mm以上 空淬硬度为61 5 62HRC 当860 900 淬火 160 300 回火时 轴向总变形率 0 09 径向总变形率 0 15 切削性能好 退火硬度为207 239HBS 切削加工时 可比一般工具钢缩短加工工时1 3以上 硬态40 45HRC时 用高速钢或硬质合金刀具进行车 铣 刨 镗 钻等加工 相当于碳钢调质态 硬度为30HRC左右的切削性能 远优于Cr12MoV钢退火态硬度为240HBS时的切削性能 镜面研磨抛光性好 采用相同的研磨加工 其表面粗糙度比一般合金工具钢低1 2级 最低表面粗糙度为Ra0 1 m 表面处理性能好 渗氮性良好 渗氮层达0 2 0 3mm 渗硼附着力强 2 应用8Cr2S作为预硬钢适宜于制作各种类型的塑料模 胶木模 陶土瓷料模以及印制板的冲孔模 该钢种制作的模具配合精密度较其它合金工具钢高1 2个数量级 表面粗造度低1 2级 使用寿命普遍高2 3倍 有的高十几倍 3 8Cr2MnWMoVS 8Cr2S 钢 4 5CrNiMnMoVSCa 5NiSCa 钢易切削高韧性塑料模具钢在预硬态 35 45HRC 韧性和切削加工性良好 镜面抛光性能好 表面粗糙度低 可达Ra0 2 0 1 m 使用过程中表面粗糙度保持能力强 花纹蚀刻性能好 清晰 逼真 淬透性好 可作型腔复杂 质量要求高的塑料模 该钢在高硬度下 50HRC以上 热处理变形小 韧性好 并具有较好的阻止裂纹扩展的能力 表3 95NiSCa钢的化学成分 质量分数 加热时相变点695 735 冷却时相变点378 305 Ms220 4 5CrNiMnMoVSCa 5NiSCa 钢易切削高韧性塑料模具钢 1 化学成分及相变点 4 5CrNiMnMoVSCa 5NiSCa 钢易切削高韧性塑料模具钢 2 工艺性能 锻造 加热1100 始锻1070 1100 终锻850 锻后砂冷 球化退火 770 3h 660 7h 炉冷到550 出炉空冷 退火硬度 241HBS 加工性能良好 淬火 880 900 小件取下限 大件取上限 油冷或260 硝盐分级淬火 3 力学性能采用了S Ca复合易切削系和喷射冶金技术 硫化物的分布比较均匀 有高的淬透性和镜面抛光性 模具硬度为35 45HRC时 可顺利进行各种加工 5NiSCa钢经880 和900 淬火后的力学性能 见表3 10所列 4 5CrNiMnMoVSCa 5NiSCa 钢 3 力学性能 表3 105NiSCa钢不同温度淬火及回火后的力学性能 4 5CrNiMnMoVSCa 5NiSCa 钢 4 生产应用 制造型腔复杂 型腔质量要求高的塑料模具 注射模压缩模橡胶模印制板冲孔模 收录机 收音机外壳 后盖 面板 音窗 洗衣机上盖 电视机前框镶块 后盖等等注塑模 各种印刷线路板凹模 汽车密封O型圈 油封等橡胶模 上述模具中有的用5NiSCa已经代替了进口模具材料 有的模具寿命比45钢提高了3 5倍 同时加快了制模周期 改善了塑料制品外观质量 曾在全国第二届发明展览上获发明四等奖 表3 11SM1钢化学成分 质量分数 相变点 Ac1 712 Ac3 772 s 290 5 Y55CrNiMnMoV SM1 钢SM1属易切削调质型预硬化塑料模具钢 预硬态交货 预硬硬度为35 40HRC 易切削效果明显 性能稳定 综合性能明显优于45钢 还具有耐蚀性较好和可渗氮等优点 1 化学成分及相变点 5 Y55CrNiMnMoV SM1 钢 2 工艺性能 锻造 锻造性能良好 锻造无特殊要求 软化处理 800 3 680 5 硬度 235HBS 淬火 回火 800 860 加热油淬 600 650 回火 表3 12SM1钢的力学性能 3 工艺性能 5 Y55CrNiMnMoV SM1 钢 4 实际应用 Y55CrNiMnMoV钢生产工艺简便易行 性能优越稳定 使用寿命长 经电子 仪表 家电 玩具 日用五金等行业推广应用 效果显著 成分特点 碳含量低 合金度较高热处理特点 固溶处理 温度高 时效 温度低 性能特点 固溶处理后 硬度低HRC30左右 可机械成型加工 低温时效处理 析出弥散合金化合物 获高硬度 这就有效地保证了模具最终尺寸和形状的精度 介绍几种时效硬化型塑料模具用钢 25CrNi3MoAl钢18Ni类钢06Ni6CrMoVTiAl 06Ni 钢10Ni3MnCuAlMoS PMS 镜面塑料模具钢Y20CrNi3AlMnMo SM2 钢 4 2 1几种典型塑料模具材料4 2 1 4时效硬化型塑料模具用钢 1 25CrNi3MoAl钢25CrNi3MoAl属低镍无钴时效硬化钢 这是参考了美国P21钢的成分 并根据我国冶炼工业的特点及使用厂对性能的要求加以改进而研制的一种新型时效硬化钢 为我国时效硬化型精密塑料模具专用钢种填补了空白 低镍无钴 价格远低于马氏体时效钢 06Ni6CrMoVTiAl和18Ni系列钢 1 化学成分及相变点25CrNi3MoAl钢的化学成分见表3 13 4 2 1几种典型塑料模具材料4 2 1 4时效硬化型塑料模具用钢 表3 1325CrNi3MoAl钢的化学成分 质量分数 相变点Ac1 740 Ac3 780 Ms 290 2 力学性能 硬度 25CrNi3MoAl钢经不同温度固溶及时效处理后的硬度分别见表3 14及表3 15 25CrNi3MoAl钢 1 化学成分和相变点 表3 1425CrNi3MoAl钢经不同温度 保温30min 固溶处理后的硬度 880 水冷 马氏体 后49HRC 经过680 4 6h高温回火 回火马氏体 不析出Ni3Al相 软化至22 23HRC后 进行机械加工 表3 1525CrNi3MoAl钢时效处理 20 24h 析出NiAl相 后的硬度 2 室温力学性能 25CrNi3MoAl钢经880 固溶 680 回火 540 时效处理8 后的力学性能见表3 16 表3 1625CrNi3MoAl钢的室温力学性能 k值为夏比U形试样冲击韧度值 3 热处理工艺 一般精密塑料模具 淬火 高温回火 机加工成形 时效处理 研磨 抛光或光刻花纹 装配使用淬火 880 空冷或水冷 48 50HRC高温回火 680 4 6 空冷或水冷 22 23HRC经机加工成形时效处理 520 540 6 8 空冷 39 42HRC研磨 抛光或光刻花纹后装配使用 变形率为 0 039 高精密塑料模具 淬火 高温回火 机加工成形 去应力退火 时效处理 研磨 抛光或光刻花纹 装配使用研磨 抛光或光刻花纹 装配使用淬火 880 空冷或水冷 48 50HRC高温回火 680 4 6 空冷或水冷 22 23HRC经粗加工和半精加工去应力退火 650 1 消除残留内应力 再精加工 时效处理 520 540 6 8 空冷 39 42HRC研磨 抛光或光刻花纹后装配使用 变形率为 0 01 0 02 冲击韧度要求不高的塑料模具 锻坯退火后直接经粗加工 精加工 进行520 540 6 8 的时效处理 再经研磨 抛光及装配使用 经此处理后 模具硬度40 43HRC 时效变形率 0 05 冷挤型腔工艺的塑料模具 模具锻坯经软化处理后 即对模具挤压面进行加工 研磨 抛光 然后对冷挤压模具型腔和模具外形进行修整 最后对模具进行真空时效处理或表面渗氮处理后再装配使用 4 特点及应用综上所述 25CrNi3MoAl钢有如下特点 钢中含镍量低 价格远低于马氏体时效钢 也低于超低碳中合金时效钢 调质硬度为230 250HBS 常规切削加工和电加工性能良好 时效硬度为38 42HRC 时效处理及渗氮处理温度范围相当 且渗氮性能好 渗氮后表层硬度达1000HV以上 而心部硬度保持在38 42HRC 镜面研磨性好 表面粗糙度可在Ra0 2 0 025 m 表面光刻浸蚀性好 光刻花纹清晰均匀 焊接修补性好 焊缝处可加工 时效后焊缝硬度和基体硬度相近 25CrNi3MoAl钢可用以制作普通及高精密塑料模具 经十多家工厂试用 技术经济效益显著 2 18Ni类钢00Ni18Co8Mo3TiAl 140级 00Ni18Co8Mo5TiAl 170级 00Ni18Co9Mo5TiAl 210级 00Ni18Co12Mo4Ti2Al这类钢属于低碳马氏体时效钢 其成分和力学性能见表3 17 表3 1718Ni类钢的化学成分和力学性能 马氏体时效钢碳质量分数极低 约0 03 目的是改善钢的韧性 因这类钢的屈服强度有1400MPa 1700MPa 2100MPa三个级别 可分别简写为18Ni140级 18Ni170级和18Ni210级 也分别对应国外的18Ni250级 18Ni300级和18Ni350级 18Ni马氏体时效钢中起时效硬化作用的合金元素是钛 铝 钴 钼 18Ni中加入大量的镍 主要作用是保证固溶体淬火后能获得单一的马氏体 其次Ni与Mo作用形成时效强化相Ni3Mo 镍的质量分数在10 以上 还能提高马氏体时效钢的断裂韧度 18Ni类钢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 但因Ni Co等贵重金属元素含量高 价格昂贵 尚难以广泛应用 3 06Ni6CrMoVTiAl 06Ni 钢06Ni6CrMoVTiAl钢属低镍马氏体时效钢 该钢突出优点是热处理变形小 抛光性能好 固溶硬度低 切削加工性能好 具有良好的综合力学性能以及渗氮 焊接性能 因为合金含量低 其价格比18Ni型马氏体时效钢低得多 1 化学成分及相变点低碳马氏体时效钢的硬化机理是在马氏体基体中析出金属间化合物而产生硬化 这首先要求低含碳量 并含有时效硬化元素 以提高钢的时效硬度 06钢化学成分见表3 18所示 表3 1806Ni6CrMoVTiAl钢的化学成分 质量分数 相变点Ac1 705 Ac3 836 Ar1 425 Ar3 525 Ms 512 Mf 395 2 热加工工艺 锻造 加热1100 1150 终锻 850 锻后空冷 软化退火 680 高温回火 固溶处理 固溶处理可以利用锻轧后快速冷却实现 也可以把钢材加热到固溶温度之后油冷或空冷实现 820 固溶后 空冷硬度为26 28HRC 油冷硬度为24 25HRC 水冷硬度为22 23HRC 固溶后冷速越快 硬度越低 但时效后硬度值却更高 06Ni钢的时效硬度比18Ni类高合金马氏体时效钢固溶硬度 28 32HRC 低 故而切削加工性能优于高合金马氏体时效钢 推荐的固溶处理工艺 固溶温度800 880 保温1 2 油冷 时效处理 500 540 4 8 硬度为42 45HRC 3 力学性能表3 1906钢室温和高温力学性能 由表3 19可见 随着试验温度的增加 虽然钢的强度有所下降 但塑性和韧性都迅速增加 在使用温度状态下 钢的韧性有较大增加 4 实际应用马氏体时效钢06Ni6CrMoVTiAl已分别应用在化工 仪表 轻工 电器 航空航天和国防工业部门 用以制作磁带盒 照像机 电传打字机等零件的塑料模具 均收到很好效果 该钢制作的录音机磁带盒塑料模具寿命可达200万次以上 压制的产品质量可与进口模具压制的产品相媲美 制作收录机磁带盒塑料模具 其平均寿命达110万次以上 4 10Ni3MnCuAlMoS PMS 镜面塑料模具钢光学塑料镜片 透明塑料制品以及外观光洁 光亮 质量高的各种热塑性塑料壳体件成形模具 国外通常选用表面粗糙度低 光亮度高 变形小 精度高的镜面塑料模具钢制造 镜面性能优异的塑模钢 除要求具有一定强度 硬度外 还要求冷热加工性能好 热处理变形小 特别是还要求钢的纯洁度高 以防在镜面出现针孔 桔皮 斑纹及锈蚀等缺陷 PMS镜面塑料模具钢是一种新型的析出硬化型塑料模具钢 具有良好的冷热加工性能和综合力学性能 热处理工艺简便 变形小 淬透性高 适宜进行表面强化处理 在软化状态下可进行模具型腔的挤压成形 1 化学成分及相变点PMS钢的化学成分见表3 20 碳质量分数限制在0 2 以下 保证钢的热加工性能及热处理后的韧性 Ni Al的加入是为了保证时效硬化后钢的硬度 40HRC左右 表3 20PMS钢的化学成分 质量分数 相变点Ac1675 Ac3821 Ar1382 Ar3517 Ms270 2 工艺性能 锻造 PMS钢有良好的锻造性能 锻造加热温度1120 1160 终锻温度 850 锻后空冷或砂冷 固溶处理 固溶处理的目的是为了使合金元素在基体内充分溶解 使固溶体均匀化 并达到软化 便于切削加工 经840 850 加热3 固溶处理 空冷后的硬度为28 30HRC 时效处理 钢的最终使用性能是通过回火时效处理而获得的 钢出现硬化峰值的温度约为510 10 时效后硬度为40 42HRC 变形率 PMS的变形率很小 收缩量 0 05 总变形率径向为 0 11 0 041 轴向为 0 021 0 026 接近马氏体时效钢 3 力学性能PMS钢经840 850 加热保温空冷固溶处理 再经510 及530 时效处理后的力学性能 见表3 21所示 表3 21PMS钢不同温度时效后的力学性能 4 实际应用PMS镜面塑料模具钢适于制造各种光学塑料镜片 高镜面 高透明度的注射模以及外观质量要求极高的光洁 光亮的各种家用电器塑料模 例如电话机壳体模具 生产出的电话机塑料壳体制品外观质量达到国外同类产品的先进水平 模具使用寿命也明显提高 又如大型双卡收录机注射模 生产出的机壳外观质量高 原用45钢制造注射模 模具寿命15万模 而PMS钢制造的注射模 寿命达40万模 PMS钢是含铝钢 其渗氮性能好 时效温度与渗氮温度相近 因而 可以在渗氮处理的同时进行时效处理 渗氮后模具表面硬度 耐磨性 抗咬合性均提高 可用于注射玻璃纤维增强塑料的精密成形模具 PMS钢还具有良好的焊接性能 对损坏的模具可进行补焊修复 PMS钢还适于高精度型腔的冷挤压成形 5 Y20CrNi3AlMnMo SM2 钢 1 化学成分及相变点Y20CrNi3AlMnMo SM2 属时效硬化型塑料模具钢 其化学成分见表3 22 表3 22SM2钢化学成分 质量分数 相变点Ac1 710 Ac3 795 Ms 405 2 工艺性能 锻造 锻造性能良好 锻造无特殊要求 软化处理 870 930 加热 油冷 680 700 高温回火2h 油冷 硬度 30HRC 热处理工艺 870 930 加热 油淬 680 700 油冷 500 560 时效 3 力学性能经上述处理后 SM2的力学性能见表3 23所示 表3 23SM2钢的力学性能 4 实际应用Y20CrNi3AlMnMo钢生产工艺简便易行 性能优越稳定 使用寿命长 经电子 仪表 家电 玩具 日用五金等行业推广应用 效果显著 4 2 1 5耐蚀型塑料模具用钢 0Cr16Ni4Cu3Nb PCR 钢属于析出硬化不锈钢 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 1 PCR钢的化学成分及相变点PCR钢的化学成分见表3 24 表3 24PCR钢的化学成分 质量分数 相变点 As 580 f 723 s 85 Mf 300 错 疑为30 2 力学性能表3 25PCR钢时效处理后的力学性能 C形缺口冲击试样 R 12 7mm 3 工艺性能1 锻造工艺 加热温度1180 1200 始锻温度1150 1100 终锻温度 1000 空冷或砂冷 钢中含有元素铜 其压力加工性能与含铜量有很大关系 当铜质量分数wCu 4 5 时 锻造易出现开裂 当铜质量分数wCu 3 5 时 其压力加工性能有很大改善 锻造时应充分热透 锻打时要轻锤快打 变形量小 然后可重锤 加大变形量 2 固溶处理 固溶温度1050 空冷 硬度为32 35HRC 在此硬度下可以进行切削加工 3 时效处理 在420 480 时效 其强度和硬度可以达到最高峰值 但在440 时冲击韧度最低 因此 推荐时效处理温度为460 时效后硬度为42 44HRC 4 淬透性及淬火变形 PCR钢淬透性好 在 100mm断面上硬度均匀分布 回火时效后总变形率 径向为 0 04 0 05 轴向为 0 037 0 04 4 实际应用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 具体应用 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 可作为17 4PH钢的代用材料 聚三氟氯乙烯阀门盖模具 原用45钢或镀铬处理模具 使用寿命1000 4000件 用PCR钢 当使用6000件时仍与新模具一样 未发现任何锈蚀或磨损 模具寿命达10000 12000件 四氟塑料微波板 原用45钢或表面镀铬模具 使用寿命仅2 3次 改用PCR钢后 模具使用300次 未发现任何锈蚀或磨损 表面光亮如镜 4 2 6其他塑料模具材料1 铜合金用于塑料模材料的铜合金主要是铍青铜 如ZCuBe2 ZCuBe2 4等 一般采用铸造方法制模 不仅成本低 周期短 而且还可制出形状复杂的模具 铍青铜可通过固溶 时效强化 固溶后合金处于软化状态 塑性较好 便于机械加工 经时效处理后 合金的抗拉强度可达1100 1300MPa 硬度可达40 42HRC 铍青铜适用于制造吹塑模 注射模等 以及一些高导热性 高强度和高耐腐蚀性的塑料模 利用铍青铜铸造模具可以复制木纹和皮革纹 可以用样品复制人像或玩具等不规则的成型面 2 铝合金铝合金的密度小 熔点低 加工性能和导热性都优于钢 其中铸造铝硅合金还具有优良的铸造性能 因此在有些场合可选用铸造铝合金来制造塑料模具 以缩短制模周期 降低制模成本 常用的铸造铝合金牌号有ZL101等 它适于制造要求高导热率 形状复杂和制造周期短的塑料模具 形变铝合金也是用于塑料模制造的铝合金之一 由于它的强度比ZL101高 可制作要求强度较高且有良好导热性的塑料模 3 锌合金 3 锌合金用于制作塑料模具的锌合金大多为Zn 4Al 3Cu共晶型合金 其主要成分见表3 26表3 26Zn 4Al 3Cu的化学成分 质量分数 优点 铸造法易于制出光洁而复杂的模具型腔 并可降低制模费用和缩短制模周期缺点 高温强度较差 且合金易于老化 因此锌合金塑料模长期使用后易出现变形甚至开裂适合制造 注射模和吹塑模等 用于塑料模具的锌合金还有铍锌合金和镍钛锌合金 铍锌合金有较高的硬度 150HBS 耐热性好 所制作的注射模的使用寿命可达几万至几十万件 镍钛锌合金由于镍和钛的加入可使强度 硬度提高 从而使模具寿命成倍增长 4 3塑料模具的热处理及实例 选用不同品种钢做塑料模具 其化学成分和力学性能各不相同 因此制造工艺路线不同 同样 不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的 4 3 1塑料模具的制造工艺路线 1 低碳钢及低碳合金钢制模具例如20 20Cr 20CrMnTi钢的工艺路线为 下料 锻造模坯 退火 机械粗加工 冷挤压成型 再结晶退火 机械精加工 渗碳 淬火 回火 研磨抛光 装配 2 高合金渗碳钢制模具例如12CrNi3A 12CrNi4A钢的工艺路线为 下料 锻造模坯 正火并高温回火 机械粗加工 高温回火 精加工 渗碳 淬火 回火 研磨抛光 装配 3 调质钢制模具例如45 40Cr钢的工艺路线为 下料 锻造模坯 退火 机械粗加工 调质 机械精加工 研磨抛光 装配 4 碳素工具钢及合金工具钢制模具例如T7A T10A 9CrWMn 9SiCr钢的工艺路线为 下料 锻造模坯 球化退火 机械粗加工 去应力退火 机械半精加工 机械精加工 淬火 回火 研磨抛光 装配 5 预硬钢制模具例如5NiSiCa 3Cr2Mo P20 钢 对于直接使用棒料加工的 因其已进行了预硬化处理 故可在加工成型后直接抛光 装配 对于要改锻成坯料后再加工成型的 其工艺路线为 下料 改锻 球化退火 刨或铣六面 预硬处理 34 42HRC 机械粗加工 去应力退火 机械精加工 研磨抛光 装配 4 3 1塑料模具的制造工艺路线 4 3 2塑料模具的热处理特点 1 渗碳钢塑料模具的热处理 1 适合选用渗碳钢的塑料模具表面高硬度 高耐磨性 心部高韧性的塑料模具采用冷挤压成型工艺制造的塑料模具 2 对渗碳层的要求一般渗碳层的厚度 0 8 1 5mm 塑料含硬质填料时模具渗碳层厚度 1 3 1 5mm 软性塑料模具渗碳层厚度 0 8 1 2mm 渗碳层的含碳量为0 7 1 0 为佳 若采用碳 氮共渗 则耐磨性 耐腐蚀性 抗氧化 防粘性就更好 3 渗碳工艺渗碳温度一般在900 920 保温时间为5 10h 具体应根据对渗层厚度的要求来选择 小型模具可取840 860 中温碳氮共渗 采用分级渗碳工艺 900 9