材料要求

    塑料模具的工作條件與冷沖模不同，一般須在150°C-200°C下進(jìn)行工作，除了受到一定壓力作用外，還要承受溫度影響。現(xiàn)根據(jù)塑料成型模具使用條件、加工方法的不同將塑料模具用鋼的基本性能要求大致歸納如下：

  1、足夠的表面硬度和耐磨性

  塑料模的硬度通常在50-60HRC以下，經(jīng)過熱處理的模具應(yīng)有足夠的表面硬度，以保證模具有足夠的剛度。模具在工作中由于塑料的填充和流動要承受較大的壓應(yīng)力和摩擦力，要求模具保持形狀的精度和尺寸精度的穩(wěn)定性，保證模具有足夠的使用壽命。模具的耐磨性取決于鋼材的化學(xué)成分和熱處理硬度，因此提高模具的硬度有利于提高其耐磨性。

  2、優(yōu)良的切削加工性

  大多數(shù)塑料成型模具，除EMD加工外還需進(jìn)行一定的切削加工和鉗工修配。為延長切削刀具的使用壽命，提高切削性能，減少表面粗糙度，塑料模具用鋼的硬度必須適當(dāng)。

  3、良好的拋光性能

  高品質(zhì)的塑料制品，要求型腔表面的粗糙度值小。例如，注塑模型腔表面粗糙度值要求小于Ra0.1～0.25的水平，光學(xué)面則要求Ra<0.01nm，型腔須進(jìn)行拋光，減小表面粗糙度值。為此選用的鋼材要求材料雜質(zhì)少、組織微細(xì)均一、無纖維方向性、拋光時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)麻點(diǎn)或桔皮狀缺陷。

  4、良好的熱穩(wěn)定性

  塑料注射模的零件形狀往往比較復(fù)雜，淬火后難以加工，因此應(yīng)盡量選用具有良好的熱穩(wěn)定性的，當(dāng)模具成型加工經(jīng)熱處理后因線膨脹系數(shù)小，熱處理變形小，溫度差異引起的尺寸變化率小，金相組織和模具尺寸穩(wěn)定，可減少或不再進(jìn)行加工，即可保證模具尺寸精度和表面粗糙度要求。

  45、50牌號的碳素鋼具有一定的強(qiáng)度與耐磨性，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后多用于模架材料。高碳工具鋼、低合金工具鋼經(jīng)過熱處理后具有較高的強(qiáng)度和耐磨性，多用于成型零件。但高碳工具鋼因其熱處理變形大，僅適用于制造尺寸小、形狀簡單的成型零件。

  隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料制品的復(fù)雜性、精度等要求愈來愈高，對模具材料也提出更高要求。對于制造復(fù)雜、精密和耐腐蝕性的塑料模，可采用預(yù)硬鋼（如PMS）、耐蝕鋼（如PCR）和低碳馬氏體時(shí)效鋼（如18Ni-250），均具有較好的切削加工、熱處理和拋光性能及較高強(qiáng)度。

  此外，在選擇材料時(shí)還須考慮防止擦傷與膠合，如兩表面存在相對運(yùn)動的情況，則盡量避免選擇組織結(jié)構(gòu)相同的材料，特殊狀況下可將一面施鍍或氮化，使兩面具有不同的表面結(jié)構(gòu)。

材料選擇

  1、塑料模的工作條件

  由于塑料及塑料成型工業(yè)的發(fā)展，對塑料的模具的質(zhì)量要求也越來越高，因而塑料模具的失效問題及其影響因素已成為重要的研究課題。塑料模的主要工作零件是成型零件，如凸模、凹模等，它們構(gòu)成塑料模的型腔，以成型塑料制件的各種表面并直接與塑料接觸，經(jīng)受壓力、溫度、摩擦和腐蝕等作用。

  2 、塑料模材料失效原因分析

  一般模具制造中包括模具設(shè)計(jì)、選用材料、熱處理、機(jī)械加工、調(diào)試與安裝等過程。根據(jù)調(diào)查表明：模具失效的因素中，模具所使用的材料與熱處理是影響使用壽命的主要因素。從全面質(zhì)量管理的角度出發(fā)，不能把影響模具使用壽命的諸因素作為多項(xiàng)式之和來衡量，而應(yīng)該是多因素的乘積，這樣，模具材料與熱處理的優(yōu)劣在整個(gè)模具制造過程中就顯得特別重要。

  從模具失效的普遍現(xiàn)象分析，塑料模具在服役過程中，可產(chǎn)生磨損失效、局部性變形失效和斷裂失效。塑料模具的重要失效形式可分為磨損失效、局部塑性變形失效和斷裂失效。

  3、 塑料模具鋼性能要求 隨著制造業(yè)快速發(fā)展，塑料模具是塑料成型加工中不可缺少的工具，在總的模具產(chǎn)量中所占的比例逐年增加，隨著高性能塑料的發(fā)展和不斷生產(chǎn)，塑料制品的種類日益增多，用途不斷擴(kuò)大，制品向精密化、大型化、復(fù)雜化發(fā)展。成型生產(chǎn)向高速化發(fā)展，模具的工作條件也越趨復(fù)雜。

  1 ）型腔表面的磨損和腐蝕

  塑料熔體以一定的壓力在模腔內(nèi)流動，凝固的塑件從模具中脫出，都對模具成型表面造成摩擦，引起磨損。造成塑料模具磨損失效的根本原因就是模具與物料間的摩擦。但磨損的具體形式和磨損過程則與許多因素有關(guān)，如模具在工作過程中的壓力、溫度、物料變形速度和潤滑狀況等。當(dāng)塑料模具使用的材料與熱處理不合理時(shí)，塑料模具的型腔表面硬度低，耐磨性差，其表現(xiàn)為：型腔面因磨損及變形引起的尺寸超差；粗糙度值因拉毛而變高，表面質(zhì)量惡化。尤其是當(dāng)使用固態(tài)物料進(jìn)入塑模型腔時(shí)，它會加劇型腔面的磨損。加之塑料加工時(shí)含有氯、氟等成分受熱分解出腐蝕性氣體HC1、HF，使塑料模具型腔面產(chǎn)生腐蝕磨損，導(dǎo)致失效。如果在磨損的同時(shí)又有磨損損傷，使型腔表面的鍍層或其他防護(hù)層遭到破壞，則將促進(jìn)腐蝕過程。兩種損傷交叉作用，加速了腐蝕一磨損失效。

  2 ）塑性變形失效

  塑料模型腔表面受壓、受熱可引起塑性變形失效，尤其是當(dāng)小模具在大噸位設(shè)備上工作時(shí)，更容易產(chǎn)生超負(fù)荷塑性變形。塑料模具所采用的材料強(qiáng)度與韌性不足，變形抗力低；塑性變形失效另一原因，主要是模具型腔表面的硬化層過薄，變形抗力不足或工作溫度高于回火溫度而發(fā)生相變軟化，而使模具早期失效。

  3）斷裂

  斷裂的主要原因是由于結(jié)構(gòu)、溫差而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、熱應(yīng)力或因回火不足，在使用溫度下，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，引起局部體積膨脹，在模具內(nèi)部產(chǎn)生的組織應(yīng)力所致。

  塑料模具的工作條件與冷沖模不同， 一般須在150℃-200℃下進(jìn)行工作，除了受到一定壓力作用外，還要承受溫度影響。同一種模具會有多種失效形式，即使在同一個(gè)模具上也可能出現(xiàn)多種損傷。從塑料模的失效形式可知，合理的選用塑料模具材料和熱處理是十分重要的，因?yàn)樗鼈冎苯雨P(guān)系到模具的使用壽命。所以，塑料模具用鋼應(yīng)滿足以下要求：

  1) 耐熱性能

  隨著高速成型機(jī)械的出現(xiàn)，塑料制品運(yùn)行速度加快。由于成型溫度在200--350℃之間，如果塑料流動性不好，成形速度又快，會使模具部分成型表面溫度在極短時(shí)間內(nèi)超過400℃。為保證模具在使用時(shí)的精度及變形微小，模具鋼應(yīng)有較高的耐熱性能。

  2) 足夠耐磨性

  隨著塑料制品用途的擴(kuò)大，在塑料中往往需添加玻璃纖維之類的無機(jī)材料以增強(qiáng)塑性，由于添加物的加入，使塑料的流動性大大降低，導(dǎo)致模只的磨損，故要求棋具有良好的耐磨性。

  3) 優(yōu)良的切削加工性

  大多數(shù)塑料成型模具，除電火花加工還需進(jìn)行一定的切削加工和鉗工修配。為延長切削刀具的使用壽命，在切削過程中加工硬化小。為避免模具變形而影響精度，希望加工殘余應(yīng)力能控制在最小限度。

  4 ) 良好的熱穩(wěn)定性

  塑料注射模的零件形狀往往比較復(fù)雜，淬火后難以加工，因此應(yīng)盡量選用具有良好的熱穩(wěn)定性的材料，當(dāng)模具成型加工經(jīng)熱處理后因線膨脹系數(shù)小，熱處理變形小，溫度差異引起的尺寸變化率小，金相組織和模具尺寸穩(wěn)定，可減少或不再進(jìn)行加工，即可保證模具尺寸精度和表面粗糙度要求。

  5) 鏡面加工性能

  型腔表面光滑，成型面要求拋光成鏡面，表面粗糙度低于Ra0.4μm，以保證塑料壓制件的外觀并便于脫模。

  6) 熱處理性能

  在模具失效事故中，因熱處理造成的事故一般是52．3%，以致熱處理在整個(gè)模具制造過程中占有重要的地位，熱處理工藝的好壞對模具質(zhì)量有較大的影響。一般要求熱處理變形小，淬火溫度范圍寬，過熱敏感性小，特別是要有較大的淬硬性和淬透性等等。

  7 ) 耐腐蝕性

  在成形過程中可能放出腐蝕氣受熱分解出具有腐蝕性的氣體，如HC1、HF等腐蝕模具，有時(shí)在空氣流道口處使模具銹蝕而損壞，故要求模具鋼有良好的耐蝕性。

  4 、新型塑料模具鋼

  一般塑料模具常采用正火態(tài)的45鋼或40Cr鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)制造。硬度要求較高的塑料模具采用CrWMn或Crl2MoV等鋼制造。對工作溫度較高的塑料模具，可以選擇用韌性高的熱作模具鋼。為了滿足塑料型腔對尺寸精度和表面質(zhì)量的更高要求，新近又研制一系列新型模具鋼。

  1）滲碳型塑料模具鋼

  滲碳型塑料模具鋼主要用于冷擠壓成型型腔復(fù)雜的塑料模具，這類鋼的含碳量較

低，常加元素Cr，同時(shí)加入適量Ni、Mo和v，作用是提高淬透性和滲碳能力，為了便于冷擠壓成形，這類鋼在退火狀態(tài)須有高的塑性和低的變形抗力，退火硬度≤1 00HBS。在冷擠壓成形后進(jìn)行滲碳和淬火回火處理，表面硬度可達(dá)58---62HRC。此類鋼國外有專用鋼種，如瑞典的8416、美國的P2和P4等。國內(nèi)常采用12CrNi3A和12Cr2Ni4A鋼、20Cr2Ni4A，耐磨性好，無塌陷及表面剝落現(xiàn)象，模具壽命提高。鋼中元素cr，Ni、Mo、V增加滲碳層的硬度和耐磨性及心部的強(qiáng)韌性。

  2）預(yù)硬型塑料模具鋼

  這類鋼的含碳量為0.3% -O.55%，常用合金元素有Cr、Ni、Mn、v等。為了改善其切削性，加入s、ca等元素．通過近年來研制、引進(jìn)又發(fā)展了幾種典型塑料模具鋼Y55CrNiMn-MoVS(SMI)是我國研制的含S系易切削塑料模具鋼，其特點(diǎn)是預(yù)硬態(tài)交貨硬度為35_40 HRC，有較好的切削加工性，加工后不再熱處理，可直接使用。加人Ni固溶強(qiáng)化并增加韌性，加入Mn與S形成易切削相MnS；加入Cr、Mo、V，增加鋼的淬透性 8Cr2S鋼就足屬于易切削精密模具用鋼。

  3） 時(shí)效硬化型塑料模具鋼

  近年來開發(fā)了低鈷、無鈷、低鎳的馬氏體時(shí)效鋼，MASI是一種典型的馬氏體時(shí)效鋼。經(jīng)8150C固溶處理后，硬度為28—32HRC，叮進(jìn)行機(jī)械加工，再經(jīng)4800C時(shí)效，時(shí)效時(shí)折出Ni3Mo、Ni3Ti等金屬間化合物，使硬度達(dá)到48—52 HRC。鋼的強(qiáng)韌性高、時(shí)效時(shí)尺寸變化小、焊補(bǔ)性能好，但鋼的價(jià)格昂貴、在國內(nèi)不太受歡迎。

  4 ）耐蝕塑料模具鋼

  以聚氯乙烯(Pvc)及ABS加抗燃樹脂為原料的塑料制品，在成形過程中分解產(chǎn)

生腐蝕性氣體，會腐蝕模具。因此，要求塑料模具鋼具有很好的耐蝕性能。國外常用耐蝕塑模鋼有馬氏體不銹鋼和析出硬化型不銹鋼兩類。國外的有如瑞典ASSAB公司的STVAX(4Crl3)和A SSAB一8407等。