塑膠模具常用鋼材介紹

1、塑膠模具常用鋼材介紹（一） C45W 中炭鋼美國標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)： AISI10501055 ；日本標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：S50CS55C德國標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：1.1730。中炭鋼或45#鋼香港稱為王牌鋼， 此鋼材的硬度為： HB170HB220 ，價(jià)格便宜，加工容易，在模具上用作模架， 頂柱， 及一些不重要的零件上，市場上一般標(biāo)準(zhǔn)模架是采用此種鋼材。（二） 40CrMnMo7 預(yù)硬塑膠模具鋼美國、日本、新加坡、香港、中國標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：AISIP20，德國及有些歐洲國家編號(hào)： DIN： 1.2311 、 1.2378、 1.2312。此種鋼是預(yù)硬鋼， 一般不適宜熱處理， 但是可以氮化處理，此鋼種的硬度差距也很大，由 280H

2、RC400 視乎那間鋼廠的標(biāo) 準(zhǔn)，由于已作預(yù)硬處理，機(jī)械切削也不太困難，所以很合適做一些中下價(jià)模具的鑲 件，有些生產(chǎn)大批量的模具模架也采用此鋼材（有些客戶指定要用此鋼作模架） ，好 處是硬度比中炭鋼高，變形也比中炭鋼穩(wěn)定，P20此種鋼由于在塑膠模具被廣泛采用， 所以品牌也很多，其中在華南地區(qū)較為普遍的品牌有： ASSAB 一勝百牌，瑞典產(chǎn)的 有兩種不同硬度， 718SHB290HB330 （330340HRC ）、 718HHB330HB370（340380HRC ）。大同鋼廠，日本產(chǎn)：NAK80 （硬度 400HRC+20 ）及 NAK55 （硬 度400HRC+20 ）兩種，一般情況下，N

3、AK80做定模鑲件，NAK55做動(dòng)模鑲件，要 留意NAK55不能直接做EDM皮紋，據(jù)鋼材代理解釋是含硫的關(guān)系，所以 EDM后留 有條紋的；德勝鋼廠THYSSEN,德國產(chǎn)，有好幾種編號(hào)：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 紋,在歐洲做模架較為普遍，GS312的Code為40CrMNMoS8,百祿（BOHLER）奧國產(chǎn), 編號(hào)有： M261（380420HRC ）、M238（360420H

4、RC ）、M202 （290330HRC ），M202 不能做 EDM 紋，也是含硫，尚有其他品牌，不能盡錄。三） X40CrMoV51 熱作鋼美國、中國、香港、新加坡、標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：AISIH13 , DIN :（歐洲）1.2344 ;日本SKD61，此種鋼材出廠硬度是：HB185HB230須熱處理。用在塑膠模具上的硬度一般是 480520HRC ，也可氮化處理，由于須 要熱處理，加工較為困難， 故在模具的價(jià)格上比較貴一些， 若是須要熱處理到 40HRC 以上的硬度，模具一般用機(jī)械加工比較困難，所以在熱處理之前一定要先做工件的 粗加工，由其是：運(yùn)水孔，螺釘孔，及攻牙必須做好才進(jìn)行熱處理，否則要退

5、火重 做，那么是費(fèi)時(shí)失事的，此種鋼材也很普遍用在塑膠模具上，所以也有很多的品牌， 我們廠常用的品牌是：一勝百（ASSAB他們的編號(hào)是：8407 ;德勝（THYSSEN 他們的編號(hào)是GS344ESR或GS344EFS （我們一般用在定件的是 GS344ESR用在 動(dòng)件的是GS344EFS;日本的大同制鋼DAIDOSTEELHI（日本客戶多數(shù)指定用），尚 有很多的品牌，由于我們廠不常用，所以不能盡錄。（四）X45NiCrMo4冷作鋼AISI6F7歐洲編號(hào)：DIN1.2767，此種鋼材出廠硬度HB260，須要熱處理，一般應(yīng)用硬度為 500540HRC ，歐洲客人比較常用此鋼，此鋼韌性好，打光效 果也

6、非常好，由于此鋼在華南地區(qū)不普遍，所以品牌不多，我們公司用的是德勝THYSSEN)GS767。（五）X42Cr13 （不銹鋼）AISI ：420STAVAXDIN：1.2083 出廠硬度 HB180240 ，須要熱處理， 應(yīng)用硬度 480520HRC ，不適合氮化熱處理（銳角的地方會(huì)龜裂） 。此鋼耐腐蝕及拋 光的效果良好，所以一般透明膠件及有腐蝕性的膠料，例如：PVC 及防火料、 V2、V1 、V0 類的塑料很合適用此種鋼材，此鋼材也很普遍用在塑膠模具上，故此品牌也 很多，我們公司常用的有： 一勝百（ ASSAB） S-136ESR 德勝（ THYSSEN） GS083-ESR、 GS083G

7、S083VAR;如果采用德勝的要注意，如果是透明件，那么定及動(dòng)模鑲件都要 GS083ESR（據(jù)鋼廠資料ESR電渣重溶是提高鋼材的晶體均勻，拋光效果更佳），不 是透明膠件動(dòng)模件一般不須要高光潔度的，可選用普通的GS083,因?yàn)殇摬膬r(jià)格比較廉宜一些，也不影響模具的質(zhì)量，此鋼料有時(shí)客戶也會(huì)要求用作模架，因?yàn)榉冷P 關(guān)系，可以保證冷卻管道的運(yùn)水暢順，以達(dá)到生產(chǎn)周期穩(wěn)定，此鋼種尚有很多品牌， 不能盡錄。（六）X36CrMo17 （預(yù)硬不銹鋼）DIN : 1.2316、AISI420STAVAX、出廠硬度 HB265380，視乎鋼廠的規(guī)格，如果是透明膠件我們公司一般不采用此鋼材，因?yàn)閽伖獾礁吖鉂嵍葧r(shí)，由于

8、硬度不夠很容易有坑紋，同時(shí)在啤塑也很易有花痕，要經(jīng)常再拋光，所以還是用 1.2083ESR 經(jīng)過熱處理調(diào)質(zhì)硬至 480520HRC 省卻很多的麻煩（雖然此鋼硬度不高， 機(jī)械切削較易，模具完成周期短一些） 。我們公司采用此鋼大多數(shù)是防銹功能的中等價(jià)格模具上，例如有腐蝕塑膠料，如上提及的 PVC、V1、V2、V0 類，此鋼用在塑膠模具上也很普遍，品牌也 多，我們公司常用的品牌：一勝百( ASSAB)S-136H 、出廠硬度為 HB290330 、德 勝鋼廠( 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 : 在介紹目前國內(nèi)轎車沖壓模具設(shè)計(jì)制造情況的基 礎(chǔ)上，闡述了國外汽車公司轎車覆蓋件特別是外覆蓋件的沖壓工藝設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及模具 新技術(shù)應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞 : 機(jī)械制造 ; 轎車覆蓋件 ; 沖壓工藝 ; 模具設(shè)計(jì)1 前言近幾年來，我國轎車市場發(fā)展十分迅猛， 2002 年在轎車銷售超過 100 萬輛 的基礎(chǔ)上，2003年則向 200 萬輛人關(guān)邁進(jìn)，達(dá)到了 197 萬輛。然而，在轎車熱迅速 升溫的同時(shí)，不得不尷尬地面對這樣的現(xiàn)實(shí) 市場上熱銷的絕人多數(shù)車型是直接從國 外引進(jìn)的。由

10、于國內(nèi)轎車覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造能力從總體上看還比較薄弱，為了生 產(chǎn)這些車型，各人汽車公司不得不耗資幾億、十幾億元采購海外模具。與國外人汽 車公司相比，由于生產(chǎn)規(guī)模比較小，這就造成單車均攤的模具成木遠(yuǎn)高于國外車， 這也是造成國產(chǎn)車整車制造成木居高不下的主要原因之一。2 國產(chǎn)轎車覆蓋件模具開發(fā)能力國內(nèi)主要的轎車模具制造商有 : 一汽模具制造有限公司、東風(fēng)汽車模具廠、 天津汽車模具有限公司、成飛集成科技股份有限公司、南京模具裝備有限公司、上 海千緣汽車車身模具有限公司等等。 作為國內(nèi)最人轎車生產(chǎn)銷售商 上海人眾汽車有 限公司，也有自己的模具設(shè)計(jì)制造部門 （TMM 部）。目前，雖然國內(nèi)模具商在轎車內(nèi) 覆

11、蓋件模具設(shè)計(jì)制造方面已小有能力，并可承接整車廠的部分模具開發(fā)項(xiàng)目，但對 于有很高型面精度和表面質(zhì)量要求的外覆蓋件，特別是中高檔轎車的外覆蓋件，整 車廠很少會(huì)將這類模具交由國內(nèi)開發(fā)。上海人眾汽車有限公司為了降低整車生產(chǎn)成本，同時(shí)也為了提高公司的核 心技術(shù)能力， 從 2001 年開始， 涉足轎車沖壓模具設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域。 2001 年-2002 年完 成了 POLO轎車在手動(dòng)壓機(jī)線上生產(chǎn)的10只簡單零件的模具，通過了公司質(zhì)保部門 驗(yàn)收并投產(chǎn)。 2002 年開始向人型化、復(fù)雜化、自動(dòng)化發(fā)展，設(shè)計(jì)制造了 6000kN 自 動(dòng)線上生產(chǎn)的 POLO 轎車備胎座模具 （ 該零件外形尺寸人、拉深深度深、形狀復(fù) 雜

12、）2003 年，為進(jìn)一步提高模具設(shè)計(jì)制造的能力和水平，我們涉足20000kN 多工位壓力機(jī)和 10000kN 自動(dòng)線生產(chǎn)使用的模具設(shè)計(jì)。 過去上海人眾在 20000kN 多工位壓 力機(jī)上使用的模具，全部需進(jìn)u,國內(nèi)模具商還沒有能力設(shè)計(jì)制造這樣的模具。為此， 我們選擇了 POLO 轎車中柱內(nèi)板的模具進(jìn)行設(shè)計(jì)。 20000kN 多工位壓力機(jī)是世界上 最先進(jìn)的壓力機(jī)之一，集成化、自動(dòng)化程度非常高，當(dāng)然這對模具設(shè)計(jì)的要求也相 應(yīng)地提高。零件的送料高度、步距、機(jī)械手的位置有嚴(yán)格的要求，還要保證機(jī)械手 在運(yùn)動(dòng)過程中與模具無干涉，這樣給予模具設(shè)計(jì)的空間就小了很多。在考慮諸多因 素之后，我們最終完成了整套模具

13、的設(shè)計(jì)，其 CAD裝配狀態(tài)如圖1所示。另外，我 們還完成了 POLO 轎車在 10000kN 自動(dòng)線上生產(chǎn)的后輪罩的模具設(shè)計(jì)，在去年的基 礎(chǔ)上更進(jìn)一步。這些工作的順利完成，標(biāo)志著上海人眾模具設(shè)計(jì)能力已經(jīng)達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平，從而為今后上海人眾汽車模具國產(chǎn)化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。盡管如此， 與國際先進(jìn)水平比較，仍有較人差距，比如在轎車外覆蓋件模具設(shè)計(jì)方面還是空自。在轎車沖模中，難度最人的是外覆蓋件模具設(shè)計(jì)，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:(1) 克服由回彈造成的零件型面偏差破裂、起皺、回彈是轎車沖壓件成形過程中的主要缺陷，由于轎車外覆蓋 件外形尺寸人、拉深深度淺、塑性變形程度低，一般不易拉裂，因而回彈就成為該

14、 類零件制造過程中的主要問題，它將嚴(yán)重影響零件間的相互配合關(guān)系。有限元模擬 軟件在沖壓模具設(shè)計(jì)中得到普遍應(yīng)用，已經(jīng)能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測破裂和起皺，從而 有助于設(shè)計(jì)合適的工藝補(bǔ)充面來改善拉深過程中材料的流動(dòng)狀況，提高零件的成形 ft 。然而，迄今為 卜，人多數(shù)有限元軟件還不能精確地預(yù)測沖壓件從模具當(dāng)中取出 后的回彈變形。因此，對外覆蓋件回彈問題的處理，主要還是依靠經(jīng)驗(yàn)來修改模具 型面，使沖壓件過正成形，來抵消由于回彈導(dǎo)致的變形。(2) 沖壓件的取件由于外覆蓋件 (如前蓋外板、 車頂、翼子板 )都需進(jìn)行復(fù)雜的翻邊整形或預(yù)卷 邊工藝，這就使得在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮沖壓件成形后的取件問題，目前，人都

15、依靠復(fù)雜的多斜楔機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)模具工作部分對零件讓位，以實(shí)現(xiàn)方便取件， 由此造成整個(gè)模具的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。3 國外覆蓋件模具設(shè)計(jì)目前，國外人汽車公司為了降低模具開發(fā)、制造成本，縮短生產(chǎn)周期，將 除轎車外覆蓋件之外的人部分轎車沖壓件的模具都交由專業(yè)模具公司( 如 FontanaPietro.Kuka.Laepple.Schuler Cartec.Ogi-hala-Fuji Techniaca 等等 )設(shè)計(jì)和制造，這些 公司都有很強(qiáng)的開發(fā)能力，并在某些零件的模具制造方面擁有獨(dú)到的優(yōu)勢。但作為 整車廠，考慮到新車型開發(fā)過程中的保密，對諸如翼子板、行李箱蓋、車門、側(cè)圍、 車頂、前蓋等敏感零部件的模具，則

16、都由自己的模具制造部門來設(shè)計(jì)和制造。3.1 軟件環(huán)境沖壓模具設(shè)計(jì)， 除了必要的 CAD 軟件之外，還大量應(yīng)用了有限元模擬軟件， 如 AutoForm.PamStamp. DynaForm. Indeed 等，來輔助沖壓工藝設(shè)計(jì)。下面，以 AutoForm 為例，說明如何利用 CAE 軟件來設(shè)計(jì)拉深工序工藝補(bǔ)充面。AutoForm 是一款由瑞士開發(fā)的專業(yè)薄板成形快速模擬軟件， 可以用于薄板、 拼焊板的沖壓成形、液壓脹形等過程的模擬，配合不同的功能模塊，還可以進(jìn)行沖 壓件單步法成形模擬以及拉深工序工藝補(bǔ)充面 (Addendum) 的設(shè)計(jì)。轎車沖壓件中， 約有 2/3 可以利用 AutoForm 的

17、 Diedesigner Module 模塊設(shè)計(jì) Addendum ，該模塊根 據(jù)由設(shè)計(jì)者指定的或由軟件自動(dòng)產(chǎn)生的壓邊圈型面，以及工藝補(bǔ)充面的多條截面線(Profile) ，能夠快速地生成工藝補(bǔ)充面，用于拉深工序的模擬，如圖 2 所示。壓邊圈 型面、 Profile 均可進(jìn)行參數(shù)化式的調(diào)整。這種快速設(shè)計(jì)是建立在對 Addendum 曲面 的粗略構(gòu)造上的，即曲面面片本身以及曲面面片之間的連續(xù)并非十分光順，盡管這 種曲面不能夠直接用于模具表面的機(jī)械加工，但是對于模擬精度的影響卻不是很人。 根據(jù)模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)者可以很方便地對工藝補(bǔ)充面進(jìn)行調(diào)整，直到模擬結(jié)果滿足設(shè) 計(jì)要求。最后，將壓邊圈、 Adden

18、dum 曲面和 Profile 以中性數(shù)據(jù)格式 IGS 或 VDA 輸 出，在 CAD 軟件中進(jìn)行曲面重構(gòu)，并結(jié)合產(chǎn)品數(shù)模，就能夠得到機(jī)加工可以使用的 拉深工序模具數(shù)模。沖壓工藝傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 :首先，在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用 CAD 設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面 ; 其次，將CAD數(shù)模傳遞給AutoForm等CAE軟件進(jìn)行拉深過程模擬；根據(jù)模擬結(jié)果， 在CAD中對工藝補(bǔ)充面進(jìn)行調(diào)整，并將新的 CAD數(shù)模傳遞給CAE,開始新的模擬， 直到滿足要求為比。這是一個(gè)從 CAD 到 CAE 再回到 CAD 的不斷反復(fù)的過程。由于 每次在 CAD 中構(gòu)造曲面都遠(yuǎn)較在 AutoForm 中復(fù)雜，因此，整個(gè)過程所花費(fèi)的時(shí)間 就多

19、得多。 而新方法在沖壓工藝設(shè)計(jì)初期， 就用 Diedesigner Module 在 AutoForm 軟 件中設(shè)計(jì)并調(diào)整拉深工藝補(bǔ)充面，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，就能夠大大提高設(shè)計(jì)效 率。由于 AutoForm 是一款快速模擬軟件， 為了在較短的時(shí)間內(nèi)對復(fù)雜沖壓件的成形過程進(jìn)行評價(jià)，采用了膜單元來離散幾何模型，必然要降低模擬精度，因此， 有些汽車公司在模具設(shè)計(jì)開始之前還要利用模擬精度高的 CAE 軟件，如德國人眾就 采用了 Indeed 軟件，對拉深工序進(jìn)行再次模擬 (Indeed 軟件的計(jì)算是基于帶厚度的 殼單元的，能夠得到更為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果， 但是其計(jì)算所花費(fèi)的時(shí)間通常是 AutoForm

20、的幾到十幾倍，該軟件比較適用于最終驗(yàn)證 ），所有拉深工藝必須通過 Indeed 模擬 并驗(yàn)證為是可行的，才可用于模具設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)完備，應(yīng)通過圖紙結(jié)合泡沫模型進(jìn)行驗(yàn)收 （圖 3） ，各道工序用不同顏色的線條標(biāo)記在泡沫模型上，這樣做直觀而清晰。還應(yīng)組織包括工藝設(shè)計(jì)者、項(xiàng)目規(guī)劃員、模具調(diào)試人員、模具操作者等相關(guān)人員進(jìn)行討論驗(yàn)收。對于在沖壓工藝上難以解決的成形問題，還應(yīng)邀請產(chǎn)品開發(fā)人員一同討論，尋求對產(chǎn)品進(jìn)行更改設(shè) 計(jì)的可能性。3.2 修正回彈的對策由前已知，回彈是轎車外覆蓋件成形過程中的主要問題，現(xiàn)以前蓋外板為 例，對此進(jìn)行詳細(xì)分析。通常外覆蓋件的回彈有以下兩類 :大片平坦曲面由彈性回復(fù)造成的拱起或塌陷，如圖4中C部放大所示，虛線表示零件從模具中取出并發(fā)生回彈后的位置。這類問題，工藝設(shè)計(jì)時(shí)通常不加以考慮，工藝數(shù)模中產(chǎn)品型面部分的數(shù)據(jù)與來自于產(chǎn)品開發(fā)部門的數(shù)據(jù)相一致，并用于模具制造。待試模之后，將試件與檢具進(jìn)