塑料模具材料选用原则及应用.pdf

第卷增 年 塑料工业 卜 入片 二 门一 丈 塑料模具材料选用原则及应用 郭俊卿 陈渍霞 南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳 摘要对塑料模具材料的选用原则和新型模具材料进行了简要的介绍 在此基础上 以成型手机外壳塑料模具为 例 对其关键零部件的选材应用进行了主要说明 关键词塑料模具材料选用原则应用 一 一 曳 阮 呷图 甲 卜 塑料工业是世界上增长最快的工业之一 塑料种 类增多 塑料成型工艺和模具技术水平的发展 为塑 料制品的应用开拓了广阔的领域 世界上塑件产量按 体积计算已超过 了钢铁的产量 在办公设备 汽车 仪器仪表 通信 建材行业发挥着越来越重要的角 色 日用品以及家用电器行业中的零件塑料化的趋势 不断加强 陆续出现了全塑产品 用户对塑件质量要 求的不断提高 对模具的设计制造也提出了更高的要 求 塑料模具结构复杂 制造难度大 优良的注射模 可以成型上 百万次塑料件 而塑料模具所用材料已成 为模具失效的主要因素之一川 合理选择塑料成型模 具的材料 是塑料模具设计与制造的关键问题 它对 提高模具寿命 缩短加工周期 降低成本 提高塑件 的质量有着重要的意义 塑料模具材料选材原则 塑料模具用材料的分类及性 能特点已有相关文 献 进行详细论述 而塑料模具中各零件材料的应 用需根据工作条件进行合理选择 按加工方式选材 塑料模标准件量大面广 多采用低碳钢或低碳低 合金钢冷挤压成形 若要求模具标准件表面具有一定 的耐磨性 在冷挤压成形后可进行渗碳与淬 回火处 理对于铸造方法成型的塑料模 可选用铝合金 锌 合金 青铜和铸铁材料 这些材料具有良好的铸造性 能 特别是硅铝合金 和锌基合金 这两种材料熔点 低 流动性好对于用超塑性方法成形的塑料模具 应尽量选择共晶合金或共析合金 以获得 良好的塑 性 对于能获得极细晶粒的合金 通过晶粒细化处理 后也具有 良好的超塑性对于用切削加工或电加工成 型的塑料模具 要求材料有良好切削性 可降低加工 费用 缩短制造周期 对于电加工成型 还要求材料 具有良好的导电性 按服役条件选材 在成型 聚氯乙稀等塑件时 在成型温度下 塑料产生腐蚀性的气体 因此要求与制件直接接触的 部件应具有优良的耐腐蚀性 如马氏体不锈钢 时效 硬化不锈钢和马氏体时效钢等 也可以用普通 材料加工后进行镀铬处理 在成型添加有玻璃纤维或 石英粉等硬质材料的塑件时 高硬度的添加物使塑料 的流动性下降 导致模具磨损严重 故成型这类塑料 的模具材料多选用能淬成高硬度的模具钢 如 等 若选用碳含量不高的钢 则应进行渗碳 淬火处理 按制品的质量要求选材 成型透明塑件时 要求模具材料有较高的镜面加 工性和能淬成高硬度 材料中的非金属夹杂和气孔要 求极少 且显微组织均匀 可选用能淬成高硬度的超 纯净钢 许多塑料制品都要求其表面有装饰花纹 还 作者简介郭俊卿 男 讲师 研究方向为模具 材料成形数值模拟 一 二 田年 要求模具材料具有良好的花纹 图案蚀刻性在塑塑 料磁体时 为在某一方向得到优异的磁性能 需要 选用奥氏体无磁模具钢制造模具当塑件尺寸精度要 求很高时 一 应选用热膨胀系数小 在热处理过程中不 易变形的模具材料 如马氏体时效钢 其不足 之处是价格昂贵 一 若选用钢 在淬火后进 行深冷处理 也可达到同样的目的 一 按模具零部件选材 成型零部件直接与塑料接触 应根据塑料的种 类 塑料制品性质和生产批量进行选材 塑料模中 的结构件一般情况下选择碳素结构钢 合金结构钢或 碳素工具钢即可满足使用要求 弹簧材料要求高弹性 极限和高疲劳强度 可用含碳量以上的碳钢或 合金钢制造 注射模具新材料 随着大型 精密 复杂的注射成型技术发展 对 其模具所用材料的性能要求越来越高 例如淬火微量 变形 良好的镜面抛光性能 较小的热膨胀系数 高 的热稳定性以及良好的耐磨性能和耐蚀性能等 均是 开发模具新材料时所追求的目标 世界各国已经研制 出注射模选用的新钢种 以适应注射成型技术发展的 需要 预硬钢在钢厂经过锻造和特殊热处理后 以硬度 一 的模块形式供应市场 用户可将模块直接 加工成模具零件而不必进行热处理 从而避免了模具 零件的热处理过程中可能发生的变形 保证较高的形 状和尺寸精度 预硬钢虽具有一定硬度 但仍有较好 的切削加工性和良好的镜面抛光性能以及表面雕刻性 能 特别适用于批量较大的热塑性注射模中硬度要求 低于的成型零件 并允许具有比较复杂的几 何形状和较高的尺寸精度 如国产的 美国的 改性等 一些国外生产的预硬钢还可以用于制 造增强塑料和热固性塑料成型模具 预硬钢硬度偏低 成型增强塑料时无法满足要 求 而新型淬火回火钢除了切削性能 镜面抛光性 能 表面雕刻性能以及硬度 韧性 耐磨性均优于普 通淬火回火钢之外 它的热处理变形非常小 不仅可 在增强塑料和热塑性塑料成型模具中应用 还可在精 密注射模中用作成型部件 此类钢的代表品种有日本 的以 石 为基础改进 美国的 等 马氏体时效钢通常以固溶化状态供货 供货硬度 约 一 犯 具有良好的切削性能 被切削加工 成模具零件后 在 下进行 左右时效处 理 硬度可达忧 一 时效变形小于该 材料还具有较高的强韧性 良好的耐磨性 镜面抛光 性和较小的热膨胀系数 可用于大批量生产热塑性 热固性和增强塑料制品和透明塑料件模具的成型零部 件 但价格昂贵 析出硬化钢女国 产的和 主要适于在中小型 精密 复杂的热塑性或热固性塑料模具的成型零部件 或用 来成型透明塑料制品析出硬化钢也以固溶化状态供 货 硬度约为 切削加工后 再经 一 与 一 时效处理 可获得 一 的硬度 国内外对一些普通不锈钢进行了改进 推出一些 新型耐腐蚀钢 如国产的 日本的 等 这些新型耐腐蚀钢具有高的耐腐蚀性能 且强度也比 较高 其切削性能 抛光性能与热处理性能均比普通 不锈钢有很大改善 可用作各种有较高耐腐蚀要求的 模具零部件 应用实例 以成型手机外壳为例 塑料为 模具寿命为 万件 该塑料模动模四周三面有斜导柱侧向抽芯 机构 中间成型部分采用镶拼式结构 塑料分解时产 生的气体无腐蚀性 可选用无抗腐蚀性 的模具材料 模腔要求高耐磨性 应采用耐磨钢材并进行淬火处 理 成型温度在 一 左右 要求模具材料在该 温度范围内应有较好的综合性能 侧向分型机构中 滑块上面安装有侧向型芯或成型镶块 运动精度要求 村 料具有好的耐磨性 了防止 出现咬合现象 滑块和 滑槽部分具有不同的硬度 侧向分型抽芯机构中的斜 导柱等零部件工作环境恶劣 承受载荷复杂 要求斜 导柱应有足够的韧性和硬度 采用 了为和整体 淬火的热处理工艺 手机外壳产品为了组装内部零件 产品设计了较 多的小台阶 小孔类的结构 这要求模具材料有很好 的硬度 不易磨损和塌角 为了保证手机外形美观 有的位置需要很好的表面光洁度 要求相对应位置的 模具材料有好的抛光性能 手机上有的地方还需刻 字 因此 模具材料还需要有好的图案蚀刻性 由于 是精密模具 需要采用小收缩率的模具材料 成型零部件由以上分析可知 成型零部件必须 有足够的硬度和耐磨性 且尺寸稳定性 抛光性和花 纹图案蚀刻性也较好 在保证有万的寿命下 材 料 一 可供选用 虽为超镜面材 料 由于它的硬度高 抛光时间长且在实际操作中镜 下转第叨 页 塑料年 一 一 业 一 工 一 体的层间 使有机蒙脱土溶胀 离解为单个片品 成 为凝胶体系 凝胶体系中片晶端部的一会形成氢 键 在受到切应力时氢键受到破坏 变为低勃性的悬 浮液 流变学的实验结果表明 二烷基三甲基氯化按的 凝胶勃度最小 在低转速时与凝胶勃度最大的 十六烷 基三甲基氯化钱和十六烷基三甲基澳化铰相比 相差 一个数量级 即蒙脱土层间距越大 形成的凝胶体系 越明显 而 射线衍射实验结果表明 双十八烷基 二甲基氯化按的层间距最大 但它形成凝胶体系的勃 度不是最大 主要原因是蒙脱土层间离子被双十八烷 基二甲基氯化铰交换后 层间存在双十八烷基二甲基 分子链 双十八烷基二甲基分子链呈一定的角度 即 呈字形 而且在层间的空间位阻较大 溶剂二甲 苯进人层间受到了一定限制 所以导致形成的凝胶豁 度相 对较低 由此可 见 采用十六烷基三甲基氯 嗅化钱对蒙脱土进行有机化后 再与聚合物混合 时 可使聚合物更方便地插人到晶片之间 形成片状 纳米复合材料 结论 红外光普及 射线衍射实验表明经过阳离子 表面活性剂活化的蒙脱土 有机成分已经进人到蒙脱 土的层间 经过有机化后的蒙脱土其层间距加大 有机 化试剂对钠基蒙脱土有作用 而且进人到蒙脱土的层 间 使层间距加大 而且层间距的变化同阳离子链的 长短有关 季钱盐阳离子链越长层间距增加越大 有机蒙脱土在有机溶剂中表现出高分散性 形成有机凝胶 蒙脱土由原来的亲水性转变为亲油 性 为制备聚合物 蒙脱土纳米复合材料提供了一条 途径 参考 文献 沮 卯 更 肠 出五 帅 阮 以 法默矿物的红外光谱北京科学出版社 武保华 王一中 余鼎声石油化工 上接第页 面效果往往达不到要求 易出现 桔皮 等现象 且 价格高 为了避免模具咬合和减少磨损 模具相触的 部分一般采用不同硬度或不同材料 而同种材料综合 性能较好时硬度范围受限制 达不到 硬度差 的目 的 因此 定模选用具有很好的耐热性和高温强度的 热作模具钢 硬度比普通 的提高 一 而不会牺牲韧性 高硬度可以缓解热龟裂的发生 熔 料经过浇口时不会影响模具寿命 采用 保温 淬火后 次 保温 回火的热处理工 艺 硬度为 一 动模选用 采用 保 温后淬火 次 一 保温回火的热 处理工艺 硬度为 一 导向机构如导柱 导套与斜导柱等部件 根据 一软一硬的原则 保证硬度 本例中导套选用 硬度为 一 导柱选用钢 硬度为 一 模架与标准件 生产 中一般选用 咫为模架材 料川 标准化正成模具制造业的一个发展趋势 美国 的公司 德国的公司是世界著名的生产 标准模架和模具标准件的企业 我国也有相应 的塑料 注射模具零件标准 主要包括注射模中常见的推出 导向 定位零件 模块和模板等川 结论 塑料模具材料对模具的寿命 加工周期 生产成 本以及塑件的质量具有显著影响 塑料模具选材受模 具结构 塑料种类 性质与制品形状及质量要求的制 约 要结合模具结构 工作环境和制件特点进行选 材 另外 还要考虑经济性的影响 标准化已经成为 工业发展的一个趋势 塑料模具材料的