模具零件常用的材料

1、模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院2 2 模具零件常用的材料模具零件常用的材料 本章重點介紹（1）碳鋼、合金鋼的分類、牌號和命名和用途；（2）塑料模具零件常用材料的特點、用途；（3）擠出機頭常用的原材料；。模具零件常用的材料模具零件常用的材料本章要點本章要點碳鋼的分類、牌號碳鋼的分類、牌號合金鋼的分類、牌號合金鋼的分類、牌號模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院2.1 2.1 塑料塑料模具常用材料常用材料 2.1.1 碳鋼的分類及牌號 鋼和鑄鐵都稱為鐵碳合金。一般含碳量在0.02%-2%之間的鐵碳合金稱為鋼；含碳量大于2%的稱為鑄鐵。碳的含量對其性質(zhì)有決定性的影響.相對鑄鐵而言,鋼的含碳量

2、低,其性質(zhì)是強而韌,而普通鑄鐵的含碳量高,其性質(zhì)是硬而脆.1碳鋼的分類 按化學(xué)成分的不同,鋼分為碳素鋼和合金鋼。其中碳素鋼占90%左右，合金鋼僅占10%，因此工業(yè)上基本的金屬材料是碳素鋼。 常用的碳素鋼中,含碳量約為0.05%-1.4%,主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)。模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院（1）按鋼的含碳量分類：碳素鋼的分類：低碳鋼 中碳鋼 高碳鋼 wC0.25% 08 15 200.25%wC0.6% 30 40 45 50 55 0.6%wC1.35% T8 T10 T12 （2）按鋼的組織分類：亞共析鋼 共析鋼 過共析鋼 wC0.8% 模 具 制 造 技

3、術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院（3）按鋼的質(zhì)量分類：普通碳素鋼 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼 wS0.055% wP0.045% wS、 wP0.040% wS0.030% wP0.4%)，Mn（錳0.8%），鎳(Ni)，Cr，W，Mo（鉬），釩（V），鈦（Ti），鋁（Al）硼(B)。模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院低合金鋼 合金元素總量不超過5% 中合金鋼 合金元素總量為510%高合金鋼 合金元素總量大于10%（2）按用途分類：合金結(jié)構(gòu)鋼 合金工具鋼 特殊性能鋼 普通低合金鋼 滲碳鋼 調(diào)質(zhì)鋼 彈簧鋼 軸承鋼 超高強度鋼刃具鋼 模具鋼 量具鋼不銹鋼 耐熱鋼 耐磨鋼 低溫鋼等模 具 制 造 技 術(shù)中北大

4、學(xué)材料學(xué)院 2合金鋼的牌號 GB221-79規(guī)定,由三大部分組成:(拼音+)數(shù)字+元素符號+數(shù)字(+拼音)。其中元素符號表示鋼中所含化學(xué)元素種類;漢語拼音字母表示產(chǎn)品名稱、用途、冶煉方法等特點；阿拉伯?dāng)?shù)字表示鋼中化學(xué)元素質(zhì)量分數(shù)或產(chǎn)品的主要性能參數(shù)或代號。（1）合金結(jié)構(gòu)鋼 前面數(shù)字表示平均含碳量的萬分數(shù)，后面數(shù)字表示合金元素的含量，1.5%不標(biāo)出,1.5%、2.5%、3.5%時分別標(biāo)出2、3、4。以次類推。如40Cr 為0.37%-0.45%C0.8%-1.1%Cr。模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 （2）合金工具鋼 含碳量小于1%時：前面數(shù)字表示平均含碳量的千分數(shù)，后面數(shù)字表示合金元素

5、的含量，1.5%不標(biāo)出,1.5%、2.5%、3.5%時分別標(biāo)出2、3、4。以次類推。如9SiCr 平均含碳量為0.9%，Si、Cr均小于1.5%。 含碳量大于1%時：前面不標(biāo)數(shù)字，后面數(shù)字表示合金元素的含量，1.5%不標(biāo)出,1.5%、2.5%、3.5%時分別標(biāo)出2、3、4。以次類推。Cr12MoV表示平均含碳量1%、Cr平均含量為12% Mo、V均1.5%2 Cr13平均含Cr為13%，平均含碳量為0.2%（3）不銹鋼模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 2.1.3 鋼的性能特點 鋼有較高的強度、塑性和韌性，并可通過熱處理改變其性能，具有較高的切削加工性，冷成型性、熱加工性、耐磨性、耐熱性及

6、焊接性，大多數(shù)塑料模都由鋼制造。 2.2 塑料模具成型零件常用的材料 2.2.1選擇零件材料考慮的因素（1）成型塑料制品的種類和特點如：塑料中加云母粉，CaCO3 ，玻纖都會明顯加劇模具磨損，PVC，POM等會放出腐蝕模具的氣體。（2）塑料制品成型的工藝方法如中空成型、熱塑性注射、熱固性注射，擠出。 (3)成型制品的形狀和精度要求如薄而大的制品，其成型面積大，材料要有一定的剛度。模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 (4)塑料制品生產(chǎn)批量 (5)有關(guān)塑料成型模具材料的物理、化學(xué)性能。 (6)與模具制造有關(guān)的因素，如加工方法、熱處理性能、拋光性能等。 (7)使用的可靠性與經(jīng)濟性等。 2.2.2

7、 成型零件常用的材料 塑料模具的成型零件是直接成型制品內(nèi)外表面的組成零件，包括型腔、型芯、成型鑲塊，成型頂桿，由于這些零件直接與塑料接觸，因此要求具有一定的強度、剛度，表面耐磨性好，熱處理性能好，和良好的抗腐蝕性能。 1、T8A T10A （T9A T12A） 均為碳素工具鋼 T-碳 8-0.8%(千分之8) A-高級優(yōu)質(zhì)鋼 優(yōu)點：可鍛性好，退火軟化，切削加工性好，價格便宜。 模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 缺點：淬透性差，易開裂變形， （用水淬透深度為1518mm，油淬時僅為57 mm）。 T8A、T10A淬火后，回火鋼中存在過剩的碳化物，因而硬度高，耐磨性好。 用途：用于制造尺寸不

8、大，受力較小，形狀簡單，及變形要求不高的塑料模具的小型芯、型腔，利用T8A，T10A淬透性不高的特點，制造要求表面耐磨，心部有一定韌性的凹模。 2、CrWMn 屬低合金工具鋼，前面不標(biāo)數(shù)字表示含碳量為1%，Cr,W,Mn的含量均1.5%，也不標(biāo)數(shù)字。 與T8A，T10A相比，CrWMn具有較高的淬透性和熱處理變形小的特點，用于制造形狀復(fù)雜，尺寸較大精度較高熱處理變形小的型腔、型芯或鑲件。 模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 3 3、9Mn2V9Mn2V 屬低合金鋼 Mn：1.72.0% ；V：0.10.25% C：0.850.95% 特點：比碳素工具鋼綜合性能優(yōu)良，淬透性很好，淬火變形小（

9、由于含有一定量的（V）釩，可細化晶粒，減小了鋼的熱敏感性，碳化物分布均勻）。 用途：用于制造截面尺寸較大，形狀復(fù)雜，熱處理要求變形小的成型零件型腔、型芯或鑲件。 4 4、Cr2Mn2SiWMoVCr2Mn2SiWMoV 是一種空冷微變形冷作模具鋼。 C1%;Mn:1.82.3% Si:0.60.9% Cr:1.32.6% W=0.71.10% Mo=0.50.8% V=0.10.25% S.P0.03%模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 特性：淬透性好，熱處理變形小，其碳化物顆粒小且分布均勻，有較高的力學(xué)性能和耐磨性。 缺點：退火工藝復(fù)雜，退火后硬度偏高，脫炭敏感性較大。 用途：用于制造大

10、型、復(fù)雜、精密和要求熱處理變形小有較高耐磨性的塑料模、型腔、型芯、嵌件。 5 5、Cr12Cr12 屬高碳高鉻工具鋼 C1.42.3% Cr1113% 特點：淬透性很好，淬火變形小，耐磨性高，熱處理后其強度比碳素工具鋼和低合金鋼高。 因Cr12含Cr較高，不適合我國資源，一般用低鉻微變形模具鋼Cr4W2MoV代替Cr12使用： 用途：Cr12 Cr4W2MoV用于制造形狀復(fù)雜、精密、要求熱處理變形小，耐磨性高的型芯、型腔或鑲件。模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 6、20CrMnTi 屬滲碳鋼（低碳低合金鋼） C平均含碳量為0.2%. 由于加入Cr滲碳后，不但增加了滲碳層表面的含碳量深度，

11、Cr還可提高鋼的淬透性，提高零件心部強度，它的冷變形抗力低，所以可采用冷擠壓加工塑料模，為提高零件的表面礙度（即耐磨性）常在加成型零件后滲碳然后進行淬火和低溫回火。 用途：用于斷面小，形狀復(fù)雜，表面承受磨損的型腔，型芯鑲件 7、5CrMnMo 屬中碳低合金鋼（熱作模具鋼） C ： 0.50.6% Mn ：1.201.6% Si：0.250.60% Mo ：0.150.30% 模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 特點：在高溫下能保持高的強度、韌性和高耐磨性有較高的耐熱疲勞性、淬透性、導(dǎo)熱性較好，中等含碳量使用鋼淬火后具有一定的強度，硬度和耐磨性，同時具備較高的塑性、韌性，導(dǎo)熱性和耐疲勞性。

12、用途：用于高耐磨、高強度和高韌性和大型型芯、型腔。 8、3Cr2W8V 屬中碳中合金鋼（熱作模具鋼） C：0.30.4% Mn：0.20.4% S：0.35% Cr：0.200.7% W：7.59.0% V：0.20.4% 由于含有較多的Cr和W,具有較好的耐熱,耐疲勞性和熱硬性,因含碳量較低,導(dǎo)熱性和韌性較好。 9、38CrMoAl 屬于最常使用的氮化鋼.模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 C:0.350.42% Cr:1.351.65% Mo:0.150.25% Al:0.71.10% 38CrMoAl具有優(yōu)良的氮化性能和力學(xué)性能，氮化處后零件表面具有很高的硬度和耐磨性，而心部有良好的

13、韌性，38CrMoAl的淬透性較好，切削加工性能好，但焊接性差，并有脫碳傾向。 用途：用于形狀復(fù)雜，尺寸精確，要求有較高耐磨、耐腐蝕，高精度型芯，型腔。 10、P20 是美國最廣泛使用的模具鋼，相當(dāng)于我國的30Cr2Mo。 C：0.280.40% Si：0.20.8% Mn：0.61.0% Cr:：1.42.0% Mo：0.30.58% 模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 P20含有較高的鉻和鉬，因此淬透性較好，可進行滲碳、滲氮，淬碳后淬火，硬度HRC可大于65，并且具有優(yōu)良的加工性，均勻的力學(xué)性能。 用途：適合于調(diào)質(zhì)處理（HRC30-36），加工大型復(fù)雜或精密的塑料模，壽命達100多萬次

14、，如電視機外殼、汽車儀表板、電器塑料殼等。P20切削加工性能及拋光性都顯著優(yōu)于45，在相同的條件下，表面粗糙度比45低13級。 1111、4545 屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，C：0.45% 優(yōu)點：切削加工性好，可焊接（焊前需預(yù)熱，焊后要退火，以消除焊接殘余應(yīng)力）45#價格較低約3000元/噸，是我國制造模具的主要鋼種。模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 缺點：淬透性低，對一定厚度的塑料模水淬容易開裂變形，因此，一般在正火狀態(tài)下使用，45鋼的力學(xué)性能隨塑料模具的尺寸增大而變差，只有力學(xué)性能要求較高的小型模具需采用調(diào)質(zhì)處理。 用途：用于制造形狀簡單、要求不同的型腔、型芯、實驗室的大部分模具都用45鋼

15、。 1212、 2020、1515 屬于低碳鋼，含碳量分別為0.2%、0.15%。 由于強度、硬度低、韌性、塑性好，所以容易冷擠壓成形為型腔，為了使型腔達到一定的硬度，一般需滲碳，淬火處理如選低碳鋼加工模具型腔、型芯，淬硬熱處理工藝復(fù)雜生產(chǎn)周期長，如果用含碳量高的鋼種直接淬火或表面淬火能達到要求，一般不需選用低碳鋼滲碳。模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 用途：用于冷擠壓加工的型腔，塑料模的導(dǎo)柱。 2.2.3 模體零件 一般指各種模板，頂出板、固定板、模架墊板等。這些零件主要起支撐作用，因此要求零件應(yīng)有足夠的機械強度，一般多用45加工，但需進行熱處理，使其達到一定的硬度較高要求可選T8A、

16、T10A，淬回HRC5458，要求不高的模具，有時可選Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼。 2.2.4澆注系統(tǒng) 包括澆口套、拉料桿、分流錐等，同成型零件相似，它與高溫、高壓塑料接觸，要求具備良好的耐磨性，耐熱性、耐腐蝕性和熱硬度。 一般選T8A、T10A，HRC5055。模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 2.2.5 導(dǎo)向零件 包括：導(dǎo)柱、導(dǎo)套、限位導(dǎo)柱、頂板導(dǎo)柱及導(dǎo)套、銷釘?shù)取＿@些零件起導(dǎo)向作用，開合模時有相對運動，成型過程中承受一定的壓力或側(cè)壓力，所以要求這類零件具有良好的耐磨性，和一定的硬度，芯部具有一定的韌性。 導(dǎo)柱： 20 經(jīng)滲碳淬火 HRC 56-60 T8A、T10A 淬火HRC50-55

17、45調(diào)質(zhì)表面淬回低溫回火 HRC50-55 導(dǎo)套：T8A、T10A 硬度稍低于導(dǎo)柱這樣可以改善摩擦，防止導(dǎo)柱、導(dǎo)套拉毛、保護導(dǎo)柱。 限位導(dǎo)柱、頂板導(dǎo)柱、頂板導(dǎo)套、銷釘常用T8A、T10A，HRC5055。2.2.6 抽芯機構(gòu) 包括斜導(dǎo)柱、滑塊、導(dǎo)滑槽、鎖緊楔等。模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院 工作時承受一定的壓力，零件之間有相對運動，要求具備耐磨表面，耐腐蝕性和足夠的力學(xué)性能。 斜導(dǎo)柱、滑塊、斜滑塊 T8A、T10A HRC 54-58 鎖緊楔 T8A 、T10A HRC 54-58 45 HRC54-58 2.2.7頂出機構(gòu) 包括各類頂桿、頂管、頂板、頂出板、頂出固定板、復(fù)位桿等，要求表面耐磨、并具有足夠的強度。 頂桿：T8A T10A 淬火 HRC 54-58 45 50 55 淬火 45 左右 一般為標(biāo)準(zhǔn)件 頂管：T8A T10A HRC 53-57 復(fù)位桿：T8A T10A HRC 55-60模 具 制 造 技 術(shù)中北大學(xué)材料學(xué)院2.2.8 擠出機頭常用的材料 作為機頭體材料，必須具備耐腐蝕和耐磨，在機頭體內(nèi)壓（410Mpa）作用下,有足夠的強度和剛度,易進行電鍍和提高硬度在高溫下(300400)不變形。（1）機頭體：機頸（連接體)、連接法蘭、口模壓緊法蘭 一般選 40 45 50 或 40Cr 45Cr（2）流道型腔件：芯棒、口模、分流錐、分流梳、過濾板等