塑料模具钢

admin

一、塑料模具用钢的必要条件
各种模具用钢并不可能具备所有应具备的条件，依模具的使用情况不同而合理地选择钢材，这是重要的。
作为塑料模具的使用情况，有种种的不同条件，模具用钢大致应满足如下的要求：
1、
机械加工性能优良
塑料模具型腔的几何形状非常复杂，往往有深孔、深沟槽、窄缝等加工部位。钢材必须具有易切削的性能。
2、
抛光性能优良
无论何种塑料模具， 其型腔的允许表面粗糙度极小，几乎都要求能做到镜面光泽。而要达到镜面光泽，主要的一点是钢材必须具有不低于38HRC的硬度，最好为40～46HRC，而达到55HRC为最佳。
要达到镜面光泽，首先钢材中的夹杂物要尽量少，而且不能有气泡存在， 并且纤维组织均匀。
在大量生产中的模具，为了减少磨损，除了型腔的表面硬度以外，表面粗糙度也是重要条件。
3、
有良好的表面腐蚀加工性
有很多模具要求成形的塑件表面为各种其他物质的花纹。如皮革纹、绸纹、布纹、精细图案等。这就要求钢材的质地细而均匀，否则表面腐蚀的效果不佳。
4、
既要耐磨损，而且又有韧性
塑料模具是长期承受热交变负荷的，而且又是长期经受摩擦的。如果仅考虑耐摩擦的一面而不考虑其受热交变负荷的一面，若使用冷冲模具用的高碳高合金钢制造时，必然出现韧性不足而引起开裂。
5、
淬火性能好，变形小
塑料模具特别是热固性塑料模具的型腔部分大都必须进行热处理。这就要求钢材具有较好的淬透性和很小的变形。
一般热塑性塑料成形用模具，采用调质、预硬化等处理即可。而热固性塑料成形用模具则必须淬硬。
6、
电火花加工性好
塑料模的凹型腔时常采用放电加工，放电加工后表面的硬化层要浅，以便于抛光。
抛光在塑料模的型腔加工中是最耗时间的。时间长则增加成本。目前对自动抛光的技术尚未达到实用阶段，仍然以手工抛光为主。硬化层厚则抛光工时增大。
7、
有耐腐蚀性
有些塑料，例如聚氯乙烯在成形时能产生盐酸气体，对型腔有腐蚀性。所以对于用于有腐蚀气体的塑料模，必须考虑钢材的耐腐蚀性。
8、
焊接性好
在型腔加工中，有时难免要补焊。因此模具钢必须有很好地焊接性能。
二、选择钢材的条件
在选择模具钢材时，要依以下条件而逐次考虑之，最后作出决定。
1、
塑件的生产批量
模具是高效率的生产工具。每一付模具的使用寿命，直接关系到制件的成本。
设计模具时，除了按产量考虑每模的型腔数之外，就要考虑其使用寿命。
批量小，则对钢材的要求可以低些；而批量大时，必须选择优质钢材，以保证使用寿命而尽量避免重复制作模具。
2、
塑件的尺寸精度
塑件的尺寸精度，很大程度上取决于模具的制造精度，它又决定制件的合格率。对于要求高精度（SJ/T10628－95的3、4级精度）以及超高精度（SJ/T50628－95的1、2级精度）的塑件，应选用优质模具钢。
3、
制件的复杂程度
制件越复杂，型腔的加工就越困难，因而必须选用切削性能好的钢材。制件复杂程度高，则尺寸量大，加工部位多。因而加工的应力变形必须考虑。
4、
制件的体积大小
制件越大，型腔的切削量也越大。用大吃刀量切削时，切削应力也大。因此对于大制件的模具最好选用易切削钢。制件小时，型腔体积小，所用的刀具（主要是铣刀）强度低，切削量很小。选择钢材时应选用质地均匀，合金碳化物分布细而匀称的钢材。小模具多先作预硬化处理然后加工，要考虑加工的可能性。
5、
制件的外观要求
塑件如为外观装饰件，则表面的质量好坏能很大程度上影响产品的销售。凡对塑件外观有高要求的塑件，最好选用真空熔炼或电渣熔炼钢，以达到最好的型腔抛光效果。
三、适用于塑料模具的钢材
钢材的种类很多。在每一付塑料模具中，各个零件或组件的功能不同，不能完全使用一种钢材。这不仅从成本上考虑，同时也要从加工性能上考虑。
一、结构零件用钢
塑料模具中有许多组成模具结构的零件，如注射模的座板、垫板等，一般采用碳素结构钢。
（1）
Q235A（A）钢  为廉价的钢，用于注射模的动模及定模座板、垫块，压缩模的盖板等。
（2）
45钢  为用途最广泛的钢，可用于注射模的推杆固定板。侧滑块导轨、侧滑块体等。也可以用于制造形状简单的凸模型芯和凹模型腔。但其有效寿命——指保证精度的寿命不过50000－80000次，而且抛光性不良，不能抛到Ra0.4μm。调质后硬度不足而且硬化层浅。
（3）
55钢
可用于制造形状简单，要求塑件尺寸精度在SJ/T10628－95标准中的5、6级的中型塑件注射模。一般产量大的吹塑模。也可用于制造注射模的推板、侧滑块体、锁锲、凹模套、复位杆、直径较大的推杆、型芯固定板、支撑板等。
（4）
40Cr钢  为用途广泛的中碳低合金钢。可以用于制造形状不太复杂的中小型热塑性注射模，小的型芯，推杆，其他各种脱模机构的零件。可以淬硬、调质（调质后200HB）。
（5）
T7A、T8A碳工具钢  可用于制造导柱、导套、斜销、方销、推杆、耐磨垫片、热固性压缩模的承压垫及一切需要淬硬到45HRC以上的结构零件。
二、模具钢
（一）
通用模具钢
（1）
CrWMn
用于热固性压缩模要求热处理变形小的零件。缺点为容易发生网状碳化物，不耐冲击。
（2）
9Mn2V
用于热固性压缩模、压铸模、注射模。热处理性能较好。
（3）
9CrSi
用于热固性塑料模，热处理性能较好。
（4）
5CrMnMo
用于调质后精加工的大型热塑性塑料注射模，淬火变形小，但抛光性差。
（5）
CrMn2SiWMoV
用于热固性塑料注射模的复杂型芯、镶件等，可以淬硬（空冷）而微变形。
（6）
20CrMnTi
用于小型精密型腔嵌件，可以用渗碳增加表面硬度，提高耐磨性。
（7）
38CrMoAl
用于制造聚氯乙烯、聚碳酸酯等成形时有腐蚀性气体产生的注射模型腔，可以作氮化处理，调质后具有一定硬度为28～32HRC。氮化后表面硬度可达1000HV。调质后不氮化时，耐磨性差。
（二）
塑料模具专用模具钢
1、
预硬化钢
（1）3Cr2Mo（P20）  为我国进行美国用的塑料模具钢，预硬化后硬度为36～38HRC。用于中、小型热塑性塑料注射模。真空熔炼的品种可以抛成镜面光泽。抗拉强度约1330N/mm2。
（2）5CrNiMnMoVSCa
（简称5NiSCa）
（3）55CrNiMnMoVS
（简称SM1）
以上两种为含硫易切削，适合于制造中、大型热塑性塑料注射模。预硬化后硬度为35～45HRC。
2、
析出硬化钢
（1）20CrNi3AlMnMo(SM2)
预硬化后时效硬化，硬度可达40～45HRC。
（2）10NiCuAlVS（PMS）  预硬化后时效硬化，硬度可达40～45HRC。热变形极小，可做镜面抛光。特别适合于腐蚀精细花纹。抗拉强度约1400N/mm2。
以上两种钢适用于热塑性及热固性塑料注射模，要求长寿命而尺寸精度高的中小型模具。
3、
马氏体时效钢
（1）06Ni6CrMoVTiAl
（2）06Ni7Ti2Cr
以上两种钢在未加工前为固熔体状态，易于加工。精加工后以480～520℃温度进行时效，硬度可达50～57HRC。适用于制造要求尺寸精度高的小型塑料注射模，可作镜面抛光。
4、
镜面钢
（1）10Ni3CuAlVS（PMS）见前
（2）8CrMnWMoVS（简称8CrMn）  为易切预硬化钢，抗拉强度可达3000N/mm2，用于大型注射模可以减小模具体积。调质后硬度33～35HRC。淬火时可空冷，硬度可达42～60HRC。
（3）25CrNi3MoAl
适用于型腔腐蚀花纹，属于时效硬化型钢。调质后硬度为23～25HRC，可用普通高速钢刀具加工。失效后硬度为38～42HRC。可以作氮化处理，处理后表层硬度可达1100HV。
5、耐腐蚀钢
Cr16Ni4Cu3Nb（PCR）  为空冷淬火钢、属于不锈钢类型。空冷淬硬可达42～53HRC，适用于制造聚氯乙烯及混有阻燃剂的热塑性塑料注射模。
6、
易切钢
4Cr5MoSiVS
用于制造大型热塑性塑料注射模中的形状不太复杂的。淬火空冷、二次回火，硬度可达43～46HRC。
7、
高速钢基体钢
（1）65Cr4W3Mo2VNb（简称65Nb）
（2）7Cr7Mo3VSi（LD2）
（3）6Cr4Mo3Ni2WV（CG-2）
（4）5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）
以上为高速钢基体钢模具钢，适用于小型、精密、形状复杂的型腔及嵌件，热处理后耐磨性优。

四、合理地选用钢材
在设计模具时，如何合理地选用模具钢，是关系到模具质量地前提条件。如果选材不当，则所有的精密加工投入的工时、设备费将趋于浪费。可参考表1－1、表1－2选用。

用途		代表的塑料及制品		模具要求	适用钢材
一般热塑性、热固性塑料	一般	ABS	电视机壳、音响设备	高强度、耐磨损	55钢、40Cr、P20、SM1、SM2、8CrMn
		聚丙烯	电扇扇叶、容器
一般热塑性、热固性塑料	表面有花纹	ABS	汽车仪表盘、化妆品容器	高强度、耐磨损、光刻性	PMS、20CrNi3MoAl
	透明件	有机玻璃、AS	唱机罩、仪表罩、汽车灯罩	高强度、耐磨损、抛光性	5NiSCa、SM2、PMS、P20
增强塑料	热塑性	POM、PC	工程塑料制件、电动工具外壳、汽车仪表盘	高耐磨性	65Nb、8CrMn、PMS、SM2
	热固性	酚醛、环氧	齿轮等		65Nb、8CrMn、06NiTi2Cr、06Ni6CrMoVTiAl
阻燃型物件		ABS加阻燃剂	电视机壳、收录机壳、显像管罩	耐腐蚀	PCR
聚氯乙烯		PVC	电话机、阀门管件	强度及耐腐蚀	38CrMoAl、PCR
光学透镜		有机玻璃、聚苯乙烯	照相机镜头、放大镜	抛光性及防锈性	PMS、8CrMn、PCR