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注塑(塑料)模具如何根据实际情况进行选择钢材?

作者:超级管理员   访问数量:36    时间:2023-11-25   

1 引言

一般把注射模按使用寿命的长短人五级:一级在百万次以上、二级是50万~100万次、三级30万~50万次、四级在10万~30万次、五级在10万次以下。一级与二级模具都要求用热处理硬度在50HRC左右的钢材,否则易于磨损,注射出的产品易超差,故所选的钢材既要有较好的热处理性能,又要在高硬度的状态下有好的切削性能,当然还有其它方面的考虑。

注塑(塑料)模具如何根据实际情况进行选择钢材?

2 注射模材料应满足的条件及要求

2.1 满足工作条件要求

(1)耐磨性。塑料在模具型腔中塑性变性时,沿型腔表面既流动又滑动,使型腔表面与塑料间产生剧烈的摩擦,从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下,模具零件的硬度越高,磨损量越小,耐磨性也越好,另外,耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。

(2)强韧性。模具的工作条件大多十分恶劣,有些常承受较大的冲击负荷,从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断,模具要具有较高的强度和韧性。模具的韧性主要取决于材料含碳量、晶粒度及组织状态。

(3)疲劳断裂性能。模具工作过程中,在循环应力的长期作用下,往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂、接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。

(4)高温性能。当模具的工作温度较高时,会使硬度和强度下降,导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此,模具材料应具有较高的抗回火稳定性,以保证模具在工作温度下,具有较高的硬度和强度。

(5)耐冷热疲劳性能。有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态,使型腔表面受拉、压力变应力的作用,引起表面龟裂和剥落,增大摩擦力,阻碍塑性变形,降低了尺寸精度,从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一,这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。

(6)耐蚀性。塑料模在工作时,由于塑料中存在氯、氟等元素,受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体,侵蚀模具型腔表面,增加其表面粗糙度值,加剧磨损失效。

2.2 满足工艺性能要求

模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量,降低生产成本,其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性;还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。

(1)可锻性。具有较低的热锻变形抗力,塑性好,锻造温度范围宽,锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。

(2)退火工艺性。球化退火温度范围宽,退火硬度低且波动范围小,球化率高。

(3)切削加工性。切削用量大,刀具损耗低,加工表面粗糙度值低。

(4)氧化、脱碳敏感性。高温加热时抗氧化性能好,脱碳速度慢,对加热介质不敏感,产生麻点倾向小。

(5)淬硬性。淬火后具有均匀而高的表面硬度。

(6)淬透性。淬火后能获得较深的淬硬层,采用缓和的淬火介质就能淬硬。

(7)淬火变形开裂倾向。常规淬火体积变化小,形状翘曲、畸变轻微,异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低,对淬火温度及工件形状不敏感。

(8)可磨削性。砂轮相对损耗小,无烧伤极限磨削用量大,对砂轮质量及冷却条件不敏感,不易发生磨伤及磨削裂纹。

2.3 满足经济性要求

在给模具选材时,必须考虑经济性这一原则,尽可能地降低制造成本。因此,在满足使用性能的前提下,首先选用价格较低的,能用碳钢就不用合金钢,能用国产材料就不用进口材料。另外,在选材时还应考虑市场的生产和供应情况,所选钢种应尽量少而集中,易购买。

3 国际上常用钢材

(1)中碳钢(又称为黄牌)国际代码AISI 1050,日本代码JIS S50C,出厂硬度170~220HB(相当于17~20HRC),材料特性:材料硬度低、韧性好、抛光性能差、不耐磨、不耐腐蚀、 钢材易生锈、价格低廉,主要用于做模坯或不重要的零件以及试验模。热处理要求:热处理只能通过渗碳的方法使材料表面硬度达到52~56HRC,不能使用淬火和氮化的热处理方式。加工要求:切削加工方便。

(2)铬镍合金钢(又称为P20料)。材料特性:ASSAB公司共生产3种P20料,为718S、718H、618。P20料硬度高,韧性好,抗拉性强,但是不耐腐蚀,耐磨性差。其中718H为718S料出厂前通过材料热处理获得,其中618料是这3种料级别最低的,相当于GS2311料,抛光性能差,生产寿命在10万次以下。718S和718H料抛光性能好,可用于透明热抛光模,其中718H的抛光性能高于718S。这两种料的生产寿命为30万次。热处理要求:整个P20,材料在钢材出厂前均经过预硬处理,都不再宜于淬火处理。P20料淬火容易爆裂,只能进行表面氮化处理,氧化的要求为表面0.1mm,硬度为65~68HRC。加工要求:P20料切削加工性能一般,当P20材料最小尺寸大于300mm时,如果在加工过程中存在大量线切割或电火花放电加工工序时,在线切割或电火花放电加工完成后,必须理做一次回火。

(3)不锈钢材料(又称为420料)。国际代码:AISI420,欧洲代码:DIN1.2316、DIN1.2083。材料特性:ASSAB公司共生产6种420料,为168、S136、S136H、S136SUP、S136H SUP、POLMAX。他们各自的特点不同,从耐腐蚀性来说,从强到弱的排裂是:POLMAX>S136H SUP>S136SUP>S136H>S136>168;从抛光性能来说,从强到弱的排列是:POLMAX>S136>S136H>S136 SUP>S136H SUP>168。其中POLMAX可以加工各种光学镜头模具,S136和S136H适应加工高酸性条件下的模具。热处理要求:ASSAB公司出厂的168/S136H/S136H SUP无须淬火,只能氮化S136/S136SUP/POLMAX材料必须热处理,淬火到53HRC,不能再进行表面氮化。加工要求:S168材料热稳定性差,尽量避免放电加工工艺,确实不能避免,请在放电加工后,做好回火工艺。当S136/S136 SUP/POLMAX材料最小尺寸大于300mm时,如在热处理后再进行大量放电加工,在加工后必须再次安排一次回火工艺。

(4)热作工具钢(又称为H13料)。国际代码:AISI H13。材料特性:H13料的最大特点是耐磨性好,材料的淬透性优异。材料热处理后,大大提高工件的使用寿命。热处理要求:8407和8402的热处理最大硬度达52HRC。如果零件的最小尺寸大于300mm时,热处理后的硬度应该控制在50HRC以内。加工要求:当8407/8402材料最小尺寸大于300mm时,并在热处理后再进行大量放电加工,在放电加工后必须再次安排一次回火去应力的工艺。

选择塑胶模具钢材时需要综合考虑硬度、韧性、耐腐蚀性、加工性能和价格等因素,根据具体的模具使用要求和经济实际情况进行选择。

1:“718#/718H”此材料通常在制作比较大型的模具,注塑量比较少的模具选用此材料做模芯。


2:“738#”此材料通常用在制作和胶位,模芯不相关的模具配件,如行位铲基。

3:“DF2”此材料通常用在和胶位,模芯不相关,但有对材料的硬度(HRC45-48)要求较高(因为要耐磨)如行位压块,耐磨块。

4:“青铜(BRONZE)”此材料通常是为了解决模具上磨擦比较严重,但又为了减少模具配件的磨损,而做的一个定位导向的工件,如斜顶导向块。

5:“S50C”通常用在模具外部的一些配件,对材料的硬度变形要求不是很高的工件,如撑头,吊模板。

6:“2083”通常用在模芯里但不和胶位接触的工件,但对材料的硬度要求高(HRC48-52),如镶通壳模芯的固定板。

7:“S136”通常用在对模具的使用寿命,产品的外观要求较高的模具的模芯,硬度(HRC48-52)如手机模的模芯。

8:“8407”通常用在模具上比较细长/细小的配件。对材料的硬度/变形/等要求较高(HRC48-52)如斜顶。

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