第五章模具材料-塑料模具

第四節(jié)塑料模具鋼一、塑料模具的工作條件(表5-27.)1）熱固性塑料模具：主要通過壓制成型，固態(tài)粉末料，粉末與模具型腔之間的磨損大。2）熱塑性塑料模具：主要通過注射、擠出、壓延成型，粘流狀坯料，與模具型腔之間的磨損小。

1第四節(jié)塑料模具鋼二、塑料模具的失效分析主要表現(xiàn)為磨損失效（拉毛、尺寸精度變化），也會出現(xiàn)塑性變形或斷裂失效。有腐蝕介質(zhì)時會出現(xiàn)腐蝕，加劇失效。2第四節(jié)塑料模具鋼三、塑料模具的性能要求

使用性能要求:

1)表面要有較高的硬度，好的耐磨性。型面硬度要求30-60HRC。心部要求有足夠強韌性。2）一定的抗熱性，可在150-250℃長期工作，且不氧化、不變形。3）在加工腐蝕性塑料時有一定耐蝕性。

3第四節(jié)塑料模具鋼三、塑料模具的性能要求工藝性能要求:

1）熱處理變形小，足夠的淬透性。2）有優(yōu)良的拋光、耐磨性，可鏡面拋光。3）對切削成型模具，要求切削加工性能好。4）對冷成型塑料模，要求好的塑性加工性能，退火硬度低，塑性好，變形抗力低、冷作硬化弱。5）良好的焊接性、鍛造性等。

4第四節(jié)塑料模具鋼四、塑料模具的類型按生產(chǎn)方式可分為：注射成型、擠出成型、壓延成型、壓制成型。按模具的加工方法分：切削加工成型模具鋼；冷壓成型模具鋼。

5第四節(jié)塑料模具鋼

四、塑料模具的類型1切削加工成型模具鋼

1)使用性能：韌性、強度、耐磨、耐熱性、耐蝕性等。2)切削性能：退火硬度200HBS左右。

6第四節(jié)塑料模具鋼四、塑料模具的類型1切削加工成型模具鋼主要鋼種：1）調(diào)質(zhì)鋼（如45，50，40Cr，4Cr3MoSiV等）；2）滲碳鋼（20鋼，20Cr，12CrNi2等）；3）碳素鋼（T7A，T10A）；4）低合金工具鋼（9CrWMn，9Mn2V）；5）熱模鋼（5CrNiMo，5CrMnMo）；6）高耐磨鋼（Cr12MoV、Cr6WV）；7）不銹鋼（4Cr13）。7第四節(jié)塑料模具鋼四、塑料模具的類型冷壓成型模具鋼

1)使用性能：韌性、強度、耐磨、耐熱性、耐蝕性等。

2)成型性能：退火硬度低，小于150HBS；塑性好。

主要鋼種：滲碳鋼。8第四節(jié)塑料模具鋼

1、滲碳鋼

鋼號：10、20鋼、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、12CrNi4、20Cr2Ni4等。

特點：碳含量低，為0.1-0.2%。退火態(tài)硬度低，成形性好、切削性好。滲碳+淬火回火，表面硬度高、耐磨性好；心部韌性好。

應(yīng)用：主要用于冷擠壓成形的塑料模。

工藝路線：退火—粗加工（或冷壓成型）—滲碳—淬火+回火—精加工

滲碳工藝：滲碳層厚度約1mm，表層含碳量0.7-1.0%。9第四節(jié)塑料模具鋼

2、調(diào)質(zhì)鋼（預(yù)硬型塑料模具用鋼）

所謂預(yù)硬鋼就是供應(yīng)時已預(yù)先進行了調(diào)質(zhì)處理（預(yù)硬化處理），模具切削加工成形后，不再進行熱處理而直接使用的鋼。

鋼號：碳素調(diào)質(zhì)鋼（如45、50、55）、合金調(diào)質(zhì)鋼（如40Cr、4Cr3MoSiV）等。

應(yīng)用：調(diào)質(zhì)處理后硬度42-48HRC。主要用于軟質(zhì)塑料成型模，如注射、擠壓塑料模。工藝路線：退火—調(diào)質(zhì)—粗加工+精加工10第四節(jié)塑料模具鋼

2、調(diào)質(zhì)鋼（預(yù)硬型塑料模具用鋼）

為了解決在較高硬度下切削加工難度大的問題，通過向鋼中加入硫、鈣、鉛、硒等元素，以改善切削加工性能，從而制得易切削預(yù)硬化鋼，如5CrNiMnMoSCa、8Cr2MnWMoVS等。

11第四節(jié)塑料模具鋼

3、冷作模具鋼（淬硬型塑料模具用鋼）

鋼號：碳素工具鋼（如T7A、T10A）、低合金冷作模具鋼（如9SiCr、9Mn2V、CrWMn鋼等）、Cr12型鋼、高速鋼、基體鋼和某些熱作模具鋼等。

應(yīng)用：最終熱處理一般是淬火和低溫回火，熱處理后的硬度通常在45-50HRC以上。主要用于負荷較大的熱固性塑料模和注射模。工藝路線：球化退火—粗加工—預(yù)調(diào)質(zhì)—精加工—淬火+低溫回火12第四節(jié)塑料模具鋼4、耐蝕鋼

鋼號：精煉不銹鋼9Cr18、Cr18MoV、4Cr13，18-8，屬高鉻耐蝕鋼。主要用于抗腐蝕介質(zhì)下使用。

13第四節(jié)塑料模具鋼4、耐蝕鋼0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)鋼屬析出硬化不銹鋼,硬度為32～35HRC時可進行切削加工。該鋼再經(jīng)460～480℃時效處理后，可獲得較好的綜合力學(xué)性能.

PCR鋼適于制作含有氟、氯的塑料成形模具，具有良好的耐蝕性。如用于氟塑料或聚氯乙烯塑料成形模、氟塑料微波板、塑料門窗、各種車輛把套、氟氯塑料擠出機螺桿、料筒以及添加阻燃劑的塑料成形模。14第四節(jié)塑料模具鋼

5、馬氏體時效鋼

鋼號：18Ni型。此類鋼的共同特點是含碳量低、合金元素含量較高，經(jīng)高溫淬火（固溶處理）后，鋼處于軟化狀態(tài)，組織為單一的過飽和固溶體，硬度28-30HRC。但是將此固溶體進行時效處理，即加熱到某一較低溫度，并保溫一段時間后，固溶體中就會析出細小彌散的金屬化合物，從而造成鋼的強化和硬化，硬度50-54HRC。并且，這一強化過程引起的尺寸、形狀變化極小。15第四節(jié)塑料模具鋼

5、馬氏體時效鋼

鋼號：18Ni型。應(yīng)用：該類型鋼具有高強度、高韌性、淬火變形小等特點。同時，一般采用真空冶煉、純凈度高，拋光型好。主要用于制造高耐磨、高精度、型腔復(fù)雜的模具。主要用在精密鍛模及制造高精度、超鏡面、型腔復(fù)雜、大截面、大批量生產(chǎn)的塑料模具。

工藝：固溶處理----機加工----時效處理.

16第四節(jié)塑料模具鋼

塑料模具鋼的選用:P961）冷壓成型塑料模：滲碳鋼.

工藝：退火---冷壓成型-----滲碳----淬火+回火----機加工2）切削成型塑料模：調(diào)質(zhì)鋼。工藝：預(yù)硬化處理-----機加工3）強烈磨損的熱固性或熱塑性塑料模

冷作模具鋼：9CrWMn，9Mn2V、Cr6WV、Cr12MoV。工藝：球化退火---粗加工----調(diào)質(zhì)處理----精加工----淬火+回火4）高級塑料模：馬氏體時效鋼：18Ni型。工藝：固溶處理----機加工----時效.17第四節(jié)塑料模具鋼

(1)預(yù)硬型塑料模具鋼此類鋼有較好的切削加工性能，可直接進行型腔加工，加工后直接使用，不再進行熱處理。因省略了熱處理及后續(xù)的精加工，故可降低成本，縮短制造周期。國內(nèi)此類鋼主要有3Cr2MO(P20)、3Cr2NiMo、5NiSCa、4Cr5MoSiVS、8Cr2S、8Cr2Mn、Y5SCrNiMnMoV(SM1)、WMoVS(8CrMn)等鋼號。其中P20(3Cr2Mo)也是國外使用最廣泛的預(yù)硬型塑料模具鋼，現(xiàn)已被列入我國合金工具鋼標準，并為一些工廠采用。預(yù)硬型塑料模具鋼適用于制造成型批量大、有鏡面要求的模具，硬度范圍一般在3O～40HRC。18第四節(jié)塑料模具鋼(2)時效硬化型塑料模具鋼此類鋼含碳量較低，往往先經(jīng)固溶處理，在低硬度下加工，成型后進行時效處理，將硬度提高至45～50HRC。此類鋼國內(nèi)的鋼號有18Ni140級、18Ni170級、18Ni210級、25CrNi3MoAl、10Ni3MnCuAlMoS(PMS)、Y20CrNi3A1MnMo(SM2)、18Ni9Co等。其中25CrNi3MoA1鋼屬于低鎳無鈷時效硬化鋼，這是參考了國外同類鋼的成分，并根據(jù)我國冶煉工業(yè)的特點及使用廠家對性能的要求加以改進而研制的一種新型時效硬化鋼，填補了我國時效硬化型精密塑料模具專用鋼種的空白。時效硬化型塑料模具鋼適用于制造形狀復(fù)雜、高精度及透明塑料的模具。19第四節(jié)塑料模具鋼(3)耐蝕型塑料模具鋼加工聚氯乙烯塑料、氟化塑料、阻燃塑料等塑料制品時，分解出的腐蝕性氣體對模具有腐蝕作用，故要求模具材料有一定的耐蝕性，為此需在模具表面鍍鉻或直接選用3Cr13、4Cr13、9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2、0Or17Ni7Al、1Cr18Ni9、0Cr17Ni4Cu4Nb(74PH)、OCr16Ni4Cu3Nb(PCR)等耐蝕鋼。耐蝕型塑料模具鋼用于制作含氟、氯的塑料成型模具.20第四節(jié)塑料模具鋼