塑料模具钢的选用课件

1、课题三 塑料模具钢的选用下一页返回知识点塑料模具钢的选用原则；常用塑料模具钢的选用方法。技能点常用塑料模具钢的选用方法。课题三 塑料模具钢的选用上一页下一页返回 塑料在国民经济的各个部门的应用日益广泛，塑料的产量按体积计算在世界上已超过钢铁的产量。塑料模具是塑料成型加工工业不可缺少的工具。塑料模具的结构和形状比较复杂、品种规格多、要求低的表面粗糙度值、制造难度大，因此探讨塑料模具制造中的选材问题，综合考虑其工作条件、失效、性能等情况，合理地选用材料以提高模具使用寿命就显得极其重要。课题三 塑料模具钢的选用上一页下一页返回一、任务导入：案例1：塑料注射模型腔零件如图2-1所示，生产批量：中批量（

2、30万件）；注塑材料：聚苯乙烯（PS）。要求合理选择该模具零件的模具用钢。案例2：塑料压缩模型腔零件如图2-2所示，生产批量：中批量；压缩材料：酚醛塑料（PF）。要求合理选择该模具零件的模具用钢。上一页下一页返回二、专业知识：1根据塑料制品的生产批量选用模具钢2根据塑料制品的种类和质量要求选用模具钢3根据塑料制品的尺寸大小及精度要求选用模具钢4根据塑料制品形状的复杂程度选用模具钢5塑料模具中其他零件的材料选用上一页下一页返回1根据塑料制品的生产批量选用模具钢 选用模具钢种类和塑料制品的生产批量大小有关。生产批量小，对模具的耐磨性及使用寿命要求不高，为了降低模具造价，不必选用高级优质模具钢，只选

3、用普通模具钢即可满足使用要求。具体选用见表2-60。上一页下一页返回2根据塑料制品的种类和质量要求选用模具钢（1）对型腔表面要求耐磨性好、心部要求韧性好，但形状并不复杂的塑料注射模，可选用低碳结构钢和低碳合金结构钢。这类钢在退火状态下塑性很好硬度低，退火后硬度为85 135HBS。其变形抗力小，可用冷挤压成形，大大减少了切削加工量。例如，20钢、20Cr均属于此类钢。对于大、中型且型腔复杂的模具，可选用LJ钢和12CrNi3A、12CrNi4A等优质渗碳钢。这类钢经渗碳、淬火、回火处理后，型腔表面有很好的耐磨性，模体又有较高的强度和韧性。上一页下一页返回2根据塑料制品的种类和质量要求选用模具钢

4、（2）对聚氯乙烯、氟塑料及阻燃ABS塑料制品，所用模具钢必须有较好的抗腐蚀性。因为这些塑料在熔融状态会分解出氯化氢（HCl）、氟化氢（HF）和二氧化硫（SO2）等气体，对模具型腔有一定腐蚀性。这类模具中的成形件常用耐蚀塑料模具钢，例如PCR、AFC-77、18Ni及4Crl3等。（3）对生产以玻璃纤维作增强材料的塑料制品的注射模或压缩模，要求有高硬度、高耐磨性、高的抗压强度和较高韧性，以防止模具型腔表面被过早磨损坏，或因模具受高压而发生局部变形，故常用淬硬模具钢制造经淬火、回火后得到所需的模具性能。例如选用T8A、T10A、Cr6WV、Crl2、Crl2MoV、9Mn2V、9SiCr、CrWM

5、n、GCrl5等淬硬型模具钢。上一页下一页返回2根据塑料制品的种类和质量要求选用模具钢（4）制造透明塑料制品的模具，要求模具钢材有良好的镜面抛光性能和高耐磨性，所以要采用时效硬化型钢制造。例如18Ni类、PMS、PCR等，也可用预硬型钢，如P20系列及8CrMn、5NiSCa等。 用不同的塑料原料制造大小及形状不同的塑料制品时，应选用不同的塑料模具钢。表2-61列出了根据塑料制品的种类选用塑料模具钢的举例，供模具设计选材时参考。上一页下一页返回2根据塑料制品的种类和质量要求选用模具钢上一页下一页返回3根据塑料制品的尺寸大小及精度要求选用模具钢对大型、高精度的注射模具，当塑料制品的生产批量大时，

6、采用预硬化钢。由于模具型腔大，模具壁厚加大，因此对钢的淬透性要求高，热处理后要求变形小。预硬型钢材在机械加工前进行预硬处理，机械加工后不再进行热处理，以防止热处理变形。预硬处理的模具钢既有较高耐磨性，又有高的强度和韧性。例如3CrMo、8CrMn、4Cr5MoSiV、P4410、SMl、PMS等都可以选用。上一页下一页返回4根据塑料制品形状的复杂程度选用模具钢对于型腔复杂的注射模具，为减少模具热处理后产生变形和裂纹的机会，应选用加工性能好、热处理变形小的模具钢，如40Cr、3Cr2Mo、4CrSMoSiV、SM2等钢。如果塑料制品的生产批量小，可以选用SM45、SM50、SM55经调质处理，使

7、用效果也可以。上一页下一页返回5塑料模具中其他零件的材料选用 塑料模具上的其他零件，如导柱、导套、衬套、顶杆、拉料杆、各种模板。顶出板、固定支架、型芯、型腔件等，其抛光性、耐腐蚀性等要求较模具本身的要求低，一般可以选用与模具本身材料相同或性能稍低的常用模具钢材，经过合理的热处理即可。这样既能达到使用要求，又能降低模具成本。部分塑料模具零件选用钢材及热处理要求如表2-62所示。上一页下一页返回5塑料模具中其他零件的材料选用上一页下一页返回三、任务实施：上一页下一页返回案例1实施：（1）根据塑料制品的生产批量选用模具钢根据表2-60可选P20、5NiSCa、8CrMn等。（2）根据塑料制品的种类和

8、质量要求选用模具钢根据表2-61可选PMS、8CrMn、PCR等。（3）根据塑料制品的尺寸大小及精度要求选用模具钢图2-1所示的塑料注射模具为中小型、一般精度模具，对塑料模具钢的要求不高，选用常规塑料模具钢即可满足要求。上一页下一页返回案例1实施：（4）根据塑料制品形状的复杂程度选用模具钢 图2-1所示的塑料注射模具型腔结构较简单，对塑料模具钢的要求不高，选用常规塑料模具钢即可满足要求。 综上所述，本案例的塑料注射模具型腔零件的模具钢选用12CrNi3塑料模具钢即可满足要求。1 2CrNi3钢属于渗碳型塑料模具钢的合金渗碳钢类，该钢适于制造中小型塑料模具。在淬火、低温或高温回火后，12CrNi

9、3钢有良好的综合力学性能，当硬度在260 320HBS时，相对切削加工性为60 70。另外它在退火后硬度低、塑性好，既可以采用切削加工的方法制造模具，也可以采用冷挤压成形的方法制造模具。上一页下一页返回案例2实施：1根据塑料制品的生产批量选用模具钢根据表2-58可选SM45、SM55、40Cr。2根据塑料制品的种类和质量要求选用模具钢根据表2-59可选65Nb、8CrMn、06NiTi2Cr、06N6CrMoVTiAl3根据塑料制品的尺寸大小及精度要求选用模具钢图2-2所示的塑料压缩模具为中小型、一般精度模具，对塑料模具钢的要求不高，选用常规塑料模具钢即可满足要求。4根据塑料制品形状的复杂程度

10、选用模具钢图2-2所示的塑料压缩模具型腔结构较简单，对塑料模具钢的要求不高，选用常规塑料模具钢即可满足要求。上一页下一页返回案例2实施：综上所述，本案例的塑料压缩模具型腔零件的模具钢选用Crl2MoV塑料模具钢即可满足要求。Crl2MoV钢属于淬硬型塑料模具钢。Crl2MoV钢较Crl2钢含碳量低，且加入适量Mo和V，碳化物不均匀度有所改善。Mo能减轻碳化物偏析并提高淬透性，V能细化晶粒增加韧性。Crl2MoV钢有高淬透性，截面在400mm以下可以完全淬透，在300 400仍可保持良好的硬度和耐磨性，较Crl2钢有高的韧性，淬火时体积变化量小，又有高的耐磨性和良好的综合机械性能，所以可以制造截

11、面大、形状复杂、经受较大冲击的各种模具。上一页下一页返回四、知识拓展 模具钢的冶金生产与进厂检验上一页下一页返回1模具钢的冶金生产 模具钢的冶炼主要有平炉、电弧炉、真空感应炉、电渣重熔及炉外真空处理等几种方法。目前，我国模具钢的生产主要采用电弧炉冶炼。随着炉外处理技术的发展，炉外处理生产的模具钢数量将会越来越多。（1）电炉冶炼： 电炉炼钢的钢水化学成分容易控制，因而钢材质量好，可冶炼高级优质特殊钢材。最常用的有电弧炉和感应炉两种，但大约90左右的模具钢是用电弧炉冶炼的，所以电炉炼钢一般即指电弧炉炼钢。电弧炉炼钢的基本原理是利用石墨电极与废钢或钢液之间产生电弧，用电弧热进行熔炼，工厂中常用三相交

12、流电弧炉。上一页下一页返回1模具钢的冶金生产（2）电渣重熔 电渣重熔生产的模具钢，内部组织均匀，等向性能好，碳化物分布均匀细小，提高了模具钢材质量。 电渣重熔用自耗电极是由电炉冶炼的，电极可以是锻造的，也可以是铸态的。熔炼之前，在结晶器底盘上放同一钢种的底垫，然后放入碎钢屑和混合好的固态熔剂。熔炼开始，形成熔池后，电极以一定速度上升，熔化的钢液由下而上不断凝固。在熔渣的保护下，钢液被精炼，进行去硫及排除金属夹杂物的反应过程。上一页下一页返回1模具钢的冶金生产熔渣的性能和用量对重熔钢的质量有重要影响，熔渣一般采用CaF2-Al2O3渣系。 重熔钢锭获取从表面到中心的柱状组织，由于顺序结晶，结晶组

13、织均匀致密，消除了缩孔和疏松缺陷。重熔钢只需较小的锻造比（2 3）即能破碎铸态组织或细化组织，重熔钢锭表面无缺陷且光滑，无需表面加工即可改锻或轧制。表2-63为4Cr5MoSiVl钢重熔钢和电炉钢锻材性能的比较，可以看出，经重熔钢的等向性能优异。实际应用表明，重熔钢模块在较小吨位的锤锻模上应用，与锻制的模块比较，寿命相当。但因重熔钢模块节约了锻造费用，故使用重熔钢模块经济效益较好。上一页下一页返回1模具钢的冶金生产上一页下一页返回1模具钢的冶金生产（3）炉外精炼 随着工业技术的发展，对模具钢的质量要求越来越高，因而国外对模具钢，特别是大截面模具钢多采用炉外精炼工艺。此工艺特点是将钢液从炉内移至

14、炉外另一个装置之中继续完成去氢、脱硫、去夹杂，进行合金成分的调整和均匀化，改善缺口冲击韧性和横向性能，缩短炉内精炼时间。常用的炉外精炼方法有真空炉外处理及喷射冶金等技术。 上一页下一页返回2.模具钢进厂检验（1）宏观检验 模具钢的宏观检验是用肉眼或在不大于10倍的放大镜下检查钢材表面或断面，以确定钢材组织缺陷及质量的方法。宏观检验的方法分酸浸及断口两种方法：1）酸浸检验 酸浸检验是常用最简单的宏观质量检验方法。酸浸法分热酸浸和冷酸浸，热酸浸法可以检查钢中的偏析、疏松、枝晶、白点和发纹等。上一页下一页返回2.模具钢进厂检验 酸浸法取样部位应有代表性，所取试样必须是钢锭中缺陷最严重的部位，钢锭头、

15、尾部是宏观缺陷比较集中的位置。对一般要求的模具可在头部冒口附近取样，质量要求高时，应该在头部和尾部同时取样。 模具的工作部位一般都在钢材中心，因此对钢材中心致密度要求较高，对中心疏松都要认真检验，并有较严格的规定。对尺寸较大的模具，还应检查枝状晶组织。用酸浸法显示的常见宏观缺陷见表2-64所示。上一页下一页返回2.模具钢进厂检验上一页下一页返回2.模具钢进厂检验上一页下一页返回2.模具钢进厂检验2）断口检验 断口检验也是一种重要的宏观分析手段，可以提供某些损坏的直观证据；从而发现钢材本身和模具制造中的问题。非金属夹杂物、内裂、气泡、缩孔及疏松也可以利用断口进行检验。 按GBl29985合金工具

16、钢技术条件标准中规定：热轧和锻制钢材，表面不得有肉眼可见的裂缝、折叠、结疤和夹杂。如有上述缺陷必须清除，深度在公差之半范围内的其它轻微表面缺陷可不清除；冷拉钢材表面应洁净、光滑，不应有裂纹、折叠、结疤、夹杂和氧化皮。经热处理的冷拉钢材表面允许有氧化色或轻微氧化层；上一页下一页返回2.模具钢进厂检验 交货状态钢材的断口组织应均匀、晶粒细致，不得有肉眼可见的缩孔、夹杂、分层、裂纹、气泡和白点。根据需方要求，经供需双方协议并于合同中注明，交货状态钢材可检验酸浸低倍组织。在酸浸低倍试片上不得有肉眼可见的缩孔、夹杂、分层、裂纹、气泡及白点。中心疏松及锭型偏析按本标准第4级别图评定，其合格级别按双方协议。

17、检验酸浸低倍组织的钢材，不再作断口检验。（2）显微组织检验 显微组织检验是控制模具钢质量必要手段之一。通过在光学显微镜或其它显微镜下观察钢材组织，根据有关标准和规定判断质量和生产工艺是否合格或完善，并分析产生某些缺陷的原因。 上一页下一页返回2.模具钢进厂检验 金相检验取样应有一定代表性。取横截面试样主要观察从边缘到中心的组织变化，表面缺陷如脱碳、氧化、过烧、折叠，晶粒度大小的测定等；取纵向试样主要观察非金属夹杂物，晶粒变形程度，带状组织等。 按GBl299-85合金工具钢技术条件，对退火态交货的9SiCr、CrWMn等钢材应检验珠光体组织及网状碳化物，并按标准中的评级图予以评定及控制；对热压

18、力加工用钢不必检验珠光体组织及网状碳化物。对退火状态交货的Crl2、Crl2MoV、Crl2Mo1V1（D2）、6W6MoSCr4V和6Cr4W3Mo2VNb钢应检验共晶碳化物不均匀度，并按标准中的级别图予以评级及控制。上一页下一页返回2.模具钢进厂检验 金相检验取样应有一定代表性。取横截面试样主要观察从边缘到中心的组织变化，表面缺陷如脱碳、氧化、过烧、折叠，晶粒度大小的测定等；取纵向试样主要观察非金属夹杂物，晶粒变形程度，带状组织等。 按GBl299-85合金工具钢技术条件，对退火态交货的9SiCr、CrWMn等钢材应检验珠光体组织及网状碳化物，并按标准中的评级图予以评定及控制；对热压力加工用钢不必检验珠光体组织及网状碳化物。对退火状态交货的Crl2、Crl2MoV、Crl2Mo1V1（D2）、6W6MoSCr4V和6Cr4W3Mo2VNb钢应检验共晶碳化物不均匀度，并按标准中的级别图予以评级及控制。上一页下一页返回2.模具钢进厂检验 对热轧和锻制钢材应检验