塑胶模具常用钢材介绍

1、塑胶模具常用钢材介绍（一） C45W 中炭钢美国标准编号： AISI10501055 ；日本标准编号：S50CS55C德国标准编号：1.1730。中炭钢或45#钢香港称为王牌钢， 此钢材的硬度为： HB170HB220 ，价格便宜，加工容易，在模具上用作模架， 顶柱， 及一些不重要的零件上，市场上一般标准模架是采用此种钢材。（二） 40CrMnMo7 预硬塑胶模具钢美国、日本、新加坡、香港、中国标准编号：AISIP20，德国及有些欧洲国家编号： DIN： 1.2311 、 1.2378、 1.2312。此种钢是预硬钢， 一般不适宜热处理， 但是可以氮化处理，此钢种的硬度差距也很大，由 280H

2、RC400 视乎那间钢厂的标 准，由于已作预硬处理，机械切削也不太困难，所以很合适做一些中下价模具的镶 件，有些生产大批量的模具模架也采用此钢材（有些客户指定要用此钢作模架） ，好 处是硬度比中炭钢高，变形也比中炭钢稳定，P20此种钢由于在塑胶模具被广泛采用， 所以品牌也很多，其中在华南地区较为普遍的品牌有： ASSAB 一胜百牌，瑞典产的 有两种不同硬度， 718SHB290HB330 （330340HRC ）、 718HHB330HB370（340380HRC ）。大同钢厂，日本产：NAK80 （硬度 400HRC+20 ）及 NAK55 （硬 度400HRC+20 ）两种，一般情况下，N

3、AK80做定模镶件，NAK55做动模镶件，要 留意NAK55不能直接做EDM皮纹，据钢材代理解释是含硫的关系，所以 EDM后留 有条纹的；德胜钢厂THYSSEN,德国产，有好几种编号：GS-711（硬度340360HRC ）、GS738（硬度 320350HRC ）、GS808VAR（硬度 380420HRC ）、GS318（硬度 290330HRC ）、GS312 （硬度 290330HRC），GS312 含硫不能做 EDM 纹,在欧洲做模架较为普遍，GS312的Code为40CrMNMoS8,百禄（BOHLER）奥国产, 编号有： M261（380420HRC ）、M238（360420H

4、RC ）、M202 （290330HRC ），M202 不能做 EDM 纹，也是含硫，尚有其他品牌，不能尽录。三） X40CrMoV51 热作钢美国、中国、香港、新加坡、标准编号：AISIH13 , DIN :（欧洲）1.2344 ;日本SKD61，此种钢材出厂硬度是：HB185HB230须热处理。用在塑胶模具上的硬度一般是 480520HRC ，也可氮化处理，由于须 要热处理，加工较为困难， 故在模具的价格上比较贵一些， 若是须要热处理到 40HRC 以上的硬度，模具一般用机械加工比较困难，所以在热处理之前一定要先做工件的 粗加工，由其是：运水孔，螺钉孔，及攻牙必须做好才进行热处理，否则要退

5、火重 做，那么是费时失事的，此种钢材也很普遍用在塑胶模具上，所以也有很多的品牌， 我们厂常用的品牌是：一胜百（ASSAB他们的编号是：8407 ;德胜（THYSSEN 他们的编号是GS344ESR或GS344EFS （我们一般用在定件的是 GS344ESR用在 动件的是GS344EFS;日本的大同制钢DAIDOSTEELHI（日本客户多数指定用），尚 有很多的品牌，由于我们厂不常用，所以不能尽录。（四）X45NiCrMo4冷作钢AISI6F7欧洲编号：DIN1.2767，此种钢材出厂硬度HB260，须要热处理，一般应用硬度为 500540HRC ，欧洲客人比较常用此钢，此钢韧性好，打光效 果也

6、非常好，由于此钢在华南地区不普遍，所以品牌不多，我们公司用的是德胜THYSSEN)GS767。（五）X42Cr13 （不锈钢）AISI ：420STAVAXDIN：1.2083 出厂硬度 HB180240 ，须要热处理， 应用硬度 480520HRC ，不适合氮化热处理（锐角的地方会龟裂） 。此钢耐腐蚀及抛 光的效果良好，所以一般透明胶件及有腐蚀性的胶料，例如：PVC 及防火料、 V2、V1 、V0 类的塑料很合适用此种钢材，此钢材也很普遍用在塑胶模具上，故此品牌也 很多，我们公司常用的有： 一胜百（ ASSAB） S-136ESR 德胜（ THYSSEN） GS083-ESR、 GS083G

7、S083VAR;如果采用德胜的要注意，如果是透明件，那么定及动模镶件都要 GS083ESR（据钢厂资料ESR电渣重溶是提高钢材的晶体均匀，抛光效果更佳），不 是透明胶件动模件一般不须要高光洁度的，可选用普通的GS083,因为钢材价格比较廉宜一些，也不影响模具的质量，此钢料有时客户也会要求用作模架，因为防锈 关系，可以保证冷却管道的运水畅顺，以达到生产周期稳定，此钢种尚有很多品牌， 不能尽录。（六）X36CrMo17 （预硬不锈钢）DIN : 1.2316、AISI420STAVAX、出厂硬度 HB265380，视乎钢厂的规格，如果是透明胶件我们公司一般不采用此钢材，因为抛光到高光洁度时，由于

8、硬度不够很容易有坑纹，同时在啤塑也很易有花痕，要经常再抛光，所以还是用 1.2083ESR 经过热处理调质硬至 480520HRC 省却很多的麻烦（虽然此钢硬度不高， 机械切削较易，模具完成周期短一些） 。我们公司采用此钢大多数是防锈功能的中等价格模具上，例如有腐蚀塑胶料，如上提及的 PVC、V1、V2、V0 类，此钢用在塑胶模具上也很普遍，品牌也 多，我们公司常用的品牌：一胜百( ASSAB)S-136H 、出厂硬度为 HB290330 、德 胜钢厂( THYSSEN) GS316( HB265310 )、 GS316ESR( 3034HRC )、 GS083M (HB290340 )、GS

9、128H (3842HRC )、日本大同(DAIDO) PAK90(HB300330 )。2008-1-7 11:11:20 摘要 : 在介绍目前国内轿车冲压模具设计制造情况的基 础上，阐述了国外汽车公司轿车覆盖件特别是外覆盖件的冲压工艺设计现状及模具 新技术应用情况。关键词 : 机械制造 ; 轿车覆盖件 ; 冲压工艺 ; 模具设计1 前言近几年来，我国轿车市场发展十分迅猛， 2002 年在轿车销售超过 100 万辆 的基础上，2003年则向 200 万辆人关迈进，达到了 197 万辆。然而，在轿车热迅速 升温的同时，不得不尴尬地面对这样的现实 市场上热销的绝人多数车型是直接从国 外引进的。由

10、于国内轿车覆盖件模具设计制造能力从总体上看还比较薄弱，为了生 产这些车型，各人汽车公司不得不耗资几亿、十几亿元采购海外模具。与国外人汽 车公司相比，由于生产规模比较小，这就造成单车均摊的模具成木远高于国外车， 这也是造成国产车整车制造成木居高不下的主要原因之一。2 国产轿车覆盖件模具开发能力国内主要的轿车模具制造商有 : 一汽模具制造有限公司、东风汽车模具厂、 天津汽车模具有限公司、成飞集成科技股份有限公司、南京模具装备有限公司、上 海千缘汽车车身模具有限公司等等。 作为国内最人轿车生产销售商 上海人众汽车有 限公司，也有自己的模具设计制造部门 （TMM 部）。目前，虽然国内模具商在轿车内 覆

11、盖件模具设计制造方面已小有能力，并可承接整车厂的部分模具开发项目，但对 于有很高型面精度和表面质量要求的外覆盖件，特别是中高档轿车的外覆盖件，整 车厂很少会将这类模具交由国内开发。上海人众汽车有限公司为了降低整车生产成本，同时也为了提高公司的核 心技术能力， 从 2001 年开始， 涉足轿车冲压模具设计制造领域。 2001 年-2002 年完 成了 POLO轿车在手动压机线上生产的10只简单零件的模具，通过了公司质保部门 验收并投产。 2002 年开始向人型化、复杂化、自动化发展，设计制造了 6000kN 自 动线上生产的 POLO 轿车备胎座模具 （ 该零件外形尺寸人、拉深深度深、形状复 杂

12、）2003 年，为进一步提高模具设计制造的能力和水平，我们涉足20000kN 多工位压力机和 10000kN 自动线生产使用的模具设计。 过去上海人众在 20000kN 多工位压 力机上使用的模具，全部需进u,国内模具商还没有能力设计制造这样的模具。为此， 我们选择了 POLO 轿车中柱内板的模具进行设计。 20000kN 多工位压力机是世界上 最先进的压力机之一，集成化、自动化程度非常高，当然这对模具设计的要求也相 应地提高。零件的送料高度、步距、机械手的位置有严格的要求，还要保证机械手 在运动过程中与模具无干涉，这样给予模具设计的空间就小了很多。在考虑诸多因 素之后，我们最终完成了整套模具

13、的设计，其 CAD装配状态如图1所示。另外，我 们还完成了 POLO 轿车在 10000kN 自动线上生产的后轮罩的模具设计，在去年的基 础上更进一步。这些工作的顺利完成，标志着上海人众模具设计能力已经达到了国内先进水平，从而为今后上海人众汽车模具国产化打下了坚实的基础。尽管如此， 与国际先进水平比较，仍有较人差距，比如在轿车外覆盖件模具设计方面还是空自。在轿车冲模中，难度最人的是外覆盖件模具设计，主要表现在以下两个方面:(1) 克服由回弹造成的零件型面偏差破裂、起皱、回弹是轿车冲压件成形过程中的主要缺陷，由于轿车外覆盖 件外形尺寸人、拉深深度浅、塑性变形程度低，一般不易拉裂，因而回弹就成为该

14、 类零件制造过程中的主要问题，它将严重影响零件间的相互配合关系。有限元模拟 软件在冲压模具设计中得到普遍应用，已经能够比较准确地预测破裂和起皱，从而 有助于设计合适的工艺补充面来改善拉深过程中材料的流动状况，提高零件的成形 ft 。然而，迄今为 卜，人多数有限元软件还不能精确地预测冲压件从模具当中取出 后的回弹变形。因此，对外覆盖件回弹问题的处理，主要还是依靠经验来修改模具 型面，使冲压件过正成形，来抵消由于回弹导致的变形。(2) 冲压件的取件由于外覆盖件 (如前盖外板、 车顶、翼子板 )都需进行复杂的翻边整形或预卷 边工艺，这就使得在模具结构设计时，必须考虑冲压件成形后的取件问题，目前，人都

15、依靠复杂的多斜楔机构联动来实现模具工作部分对零件让位，以实现方便取件， 由此造成整个模具的结构十分复杂。3 国外覆盖件模具设计目前，国外人汽车公司为了降低模具开发、制造成本，缩短生产周期，将 除轿车外覆盖件之外的人部分轿车冲压件的模具都交由专业模具公司( 如 FontanaPietro.Kuka.Laepple.Schuler Cartec.Ogi-hala-Fuji Techniaca 等等 )设计和制造，这些 公司都有很强的开发能力，并在某些零件的模具制造方面拥有独到的优势。但作为 整车厂，考虑到新车型开发过程中的保密，对诸如翼子板、行李箱盖、车门、侧围、 车顶、前盖等敏感零部件的模具，则

16、都由自己的模具制造部门来设计和制造。3.1 软件环境冲压模具设计， 除了必要的 CAD 软件之外，还大量应用了有限元模拟软件， 如 AutoForm.PamStamp. DynaForm. Indeed 等，来辅助冲压工艺设计。下面，以 AutoForm 为例，说明如何利用 CAE 软件来设计拉深工序工艺补充面。AutoForm 是一款由瑞士开发的专业薄板成形快速模拟软件， 可以用于薄板、 拼焊板的冲压成形、液压胀形等过程的模拟，配合不同的功能模块，还可以进行冲 压件单步法成形模拟以及拉深工序工艺补充面 (Addendum) 的设计。轿车冲压件中， 约有 2/3 可以利用 AutoForm 的

17、 Diedesigner Module 模块设计 Addendum ，该模块根 据由设计者指定的或由软件自动产生的压边圈型面，以及工艺补充面的多条截面线(Profile) ，能够快速地生成工艺补充面，用于拉深工序的模拟，如图 2 所示。压边圈 型面、 Profile 均可进行参数化式的调整。这种快速设计是建立在对 Addendum 曲面 的粗略构造上的，即曲面面片本身以及曲面面片之间的连续并非十分光顺，尽管这 种曲面不能够直接用于模具表面的机械加工，但是对于模拟精度的影响却不是很人。 根据模拟结果，设计者可以很方便地对工艺补充面进行调整，直到模拟结果满足设 计要求。最后，将压边圈、 Adden

18、dum 曲面和 Profile 以中性数据格式 IGS 或 VDA 输 出，在 CAD 软件中进行曲面重构，并结合产品数模，就能够得到机加工可以使用的 拉深工序模具数模。冲压工艺传统设计方法 :首先，在经验基础上，利用 CAD 设计工艺补充面 ; 其次，将CAD数模传递给AutoForm等CAE软件进行拉深过程模拟；根据模拟结果， 在CAD中对工艺补充面进行调整，并将新的 CAD数模传递给CAE,开始新的模拟， 直到满足要求为比。这是一个从 CAD 到 CAE 再回到 CAD 的不断反复的过程。由于 每次在 CAD 中构造曲面都远较在 AutoForm 中复杂，因此，整个过程所花费的时间 就多

19、得多。 而新方法在冲压工艺设计初期， 就用 Diedesigner Module 在 AutoForm 软 件中设计并调整拉深工艺补充面，与传统的设计方法相比，就能够大大提高设计效 率。由于 AutoForm 是一款快速模拟软件， 为了在较短的时间内对复杂冲压件的成形过程进行评价，采用了膜单元来离散几何模型，必然要降低模拟精度，因此， 有些汽车公司在模具设计开始之前还要利用模拟精度高的 CAE 软件，如德国人众就 采用了 Indeed 软件，对拉深工序进行再次模拟 (Indeed 软件的计算是基于带厚度的 壳单元的，能够得到更为准确的计算结果， 但是其计算所花费的时间通常是 AutoForm

20、的几到十几倍，该软件比较适用于最终验证 ），所有拉深工艺必须通过 Indeed 模拟 并验证为是可行的，才可用于模具设计。模具设计完备，应通过图纸结合泡沫模型进行验收 （图 3） ，各道工序用不同颜色的线条标记在泡沫模型上，这样做直观而清晰。还应组织包括工艺设计者、项目规划员、模具调试人员、模具操作者等相关人员进行讨论验收。对于在冲压工艺上难以解决的成形问题，还应邀请产品开发人员一同讨论，寻求对产品进行更改设 计的可能性。3.2 修正回弹的对策由前已知，回弹是轿车外覆盖件成形过程中的主要问题，现以前盖外板为 例，对此进行详细分析。通常外覆盖件的回弹有以下两类 :大片平坦曲面由弹性回复造成的拱起或塌陷，如图4中C部放大所示，虚线表示零件从模具中取出并发生回弹后的位置。这类问题，工艺设计时通常不加以考虑，工艺数模中产品型面部分的数据与来自于产品开发部门的数据相一致，并用于模具制造。待试模之后，将试件与检具进