第4章 塑料模具钢及其热处理

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4.2 塑料模具材料的选用
2.模具材料选择时应考虑的因素 (1)模具的工作条件
压力的大小、冲击载荷的大小、工作温度及腐蚀情况等 。
(2)模具的失效形式
塑性变形失效、磨损失效、疲劳及断裂失效。
(3)模具所加工的产品
塑料的种类、批量的大小、质量的高低、
(4)模具的结构
模具的大小、形状、模具工件的工作性质等。
(4)应用
适于制造:大型、复杂、精密塑料模具。
进一步提高模具寿命的方法: • 化学热处理:渗氮、渗硼 • 火焰局部加热淬火:800~825℃,空冷或压缩空气冷却,56~62HRC • 表面镀铬:表面硬度可由370~420HV提高到1000HV,显著提高模具
的耐磨性和耐蚀性。 • 补焊:修补,焊接质量良好,可以进行加工。
塑料模具用钢有哪六种?
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4.2.1 几种典型塑料模具材料
4.2.1.1渗碳型塑料模具用钢
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4.2.1 几 种 典 型 塑 料 模 具 用 钢 4.2.1.1渗碳型塑料模具用钢
主要用途:采用冷挤压成型法制造塑料模具。 性能要求:高的塑性和低的变形抗力 化学成分:低的或超低的碳含量 工艺路线:冷挤压成型→渗碳→淬火→回火 表面硬度:58~62HRC 常用牌号: 20,20Cr,20Mn,12CrNi3A,
硬度100~105HBS,可顺利进行冷挤压成形。 • 渗碳:930℃×(6~8)h,LJ钢渗碳速度快,渗层比20钢深一倍。 • 淬火:850~ 870℃油淬 • 回火:200~220℃×2h
表面58~60HRC,心部27~29HRC,变形微小 。 3.实际应用:用冷挤压法成形制造塑料模具
LJ钢冷成形性与工业纯铁相近,模具型腔轮廓清晰、光 洁、精度高。LJ钢主要用来替代10、20钢及工业纯铁等 冷挤压成形的精密塑料模。由于渗碳淬硬层较深,基体 硬度高,不会出现型腔表面塌陷和内壁咬伤现象,使用 效果良好。
˙化学热处理:渗碳淬火后表面硬度可达65HRC
具有较高的热硬度及耐磨性。
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2. 3Cr2NiMo(P4410)钢
(3)性能特点
• 预硬态硬度值为32~36HRC。 • 不需退火,可直接进行车ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ铣、磨等加工。 • 不需淬火回火,可直接使用,没有热处理变形。
塑料模具材料应具有的性能包括使用性能和工艺性能两方面。 4.1.1 塑料模具材料的使用性能要求 1.硬度、耐磨性和耐蚀性 2.强度、韧性和疲劳强度:注射压力30~200MPa,闭模压力1.5~2倍 3.耐热性:20~350℃ 4.尺寸稳定性 4.导热性 4.1.2 塑料模具材料的工艺性能要求 1.切削加工性和表面抛光性:预硬35~45HRC后切削加工 2.塑性加工性:冷挤压成型,超塑性热挤压成型 3.电加工性:电火花、线切割加工 4.热处理工艺性 4.表面处理工艺性 6.表面刻蚀性能和镜面加工性能:非金属夹杂物、基体硬度、组织均匀性的影响 7.焊接性能
4.3 塑料模具的热处理及实例 4.3.1 塑料模具的制造工艺路线 4.3.2 塑料模具的热处理特点 4.3.3 塑料模的表面处理
目录
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重点 1.了塑料模具材料的服役条件、失效特点 和性能要求 2.合理地选择塑料模具材料及热处理工艺
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4.1 塑料模具的工作条件与性能要求
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4.2.1 几种典型塑料模具材料
4.2.1.2 淬硬型塑料模具用钢
1.常用钢种 • 碳素工具钢:T7A、T8A • 高碳低合金冷作模具钢:9SiCr、9Mn2V、CrWMn、
GCr15、7CrSiMnMoV • 高耐磨冷作模具钢:Cr12、Cr12MoV • 高速钢:W6Mo5Cr4V2 • 基体钢和某些热作模具钢:65Nb等
• 气体渗碳:900~920℃ × 6~7h 渗碳层:0.9~1.0mm
• 淬火工艺:渗碳后预冷至800~850℃直接油淬或空冷 表层硬度:56~62HRC 心部硬度:250~380HBS,变形微小。
3. 实际应用: 冷挤压成形的形状复杂的浅型腔塑料模具 大、中型切削加工成形的塑料模具
为了改善切削加工性,模坯须经正火处理,
介绍几种时效硬化型塑料模具用钢。 25CrNi3MoAl钢 18Ni类钢 06Ni6CrMoVTiAl(06Ni)钢 10Ni3MnCuAlMoS(PMS)镜面塑料模具钢 Y20CrNi3AlMnMo(SM2)钢
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4.2.1 几 种 典 型 塑 料 模 具 材 料 4.2.1.4 时 效 硬 化 型 塑 料 模 具 用 钢
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1. 3Cr2Mo(P20)钢
(2)工艺性能
˙锻造:加热1100~1150℃,始锻1050~1100℃,
终锻≥850℃,锻后空冷。
˙退火:850℃×2~4h+720℃×4~6h,
500℃出炉空冷。
˙淬火及回火:860~870℃油淬,
540~580℃回火。 预硬态硬度为30~35HRC。
20CrNiMo,DT1,DT2,0Cr4NiMoV 国外钢号:8416(瑞典)、P2、P4(美国) 重点介绍: 0Cr4NiMoV(LJ)钢、12CrNi3A钢
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2.工艺性能:LJ钢具有良好的锻造性能和热处理工艺性。 • 锻造:加热1230℃,始锻:1200℃,终锻:900℃。 • 退火:加热880℃×2h,炉冷至650℃出炉空冷
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4.2.1 几 种 典 型 塑 料 模 具 材 料 4.2.1.4 时 效 硬 化 型 塑 料 模 具 用 钢
成分特点:碳含量低、合金度较高 热处理特点:固溶处理(温度高)+时效(温度低) 性能特点:固溶处理后,硬度低HRC30左右,可机械成型加工 。 低温时效处理,析出弥散合金化合物,获高硬度,这就有效地 保证了模具最终尺寸和形状的精度。
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4.2 塑料模具材料的选用
1.模具材料选择的基本要求
(1)综合性能优良 一定的硬度和耐磨性:使模具能够保持其形状和尺寸的稳定; 足够的强度和韧性:能承受一定的高压又能承受一定冲击载荷的作用; 一定的抗热性能:承受因强烈的摩擦而产生的局部高温。
(2)工艺性能良好 良好的冷、热加工性能及热处理工艺性能,制造简单方便
• 在预硬态(35~45HRC)韧性和切削加工性良好;镜面抛光 性能好,表面粗糙度低,可达Ra 0.2~0.1μm,使用过程中表 面粗糙度保持能力强;花纹蚀刻性能好,清晰,逼真;淬透 性好,可作型腔复杂、质量要求高的塑料模。该钢在高硬度 下(50HRC以上),热处理变形小,韧性好,并具有较好的 阻止裂纹扩展的能力。
• 8Cr2S作为预硬钢适宜于制作各种类型的塑料模、胶木模、陶土瓷料模以及印 制板的冲孔模。该钢种制作的模具配合精密度较其它合金工具钢高1~2个数量 级,表面粗造度低1~2级,使用寿命普遍高2~3倍,有的高十几倍。
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4. 5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)钢 易切削高韧性塑料模具钢
模具。
• GD钢:新的淬硬型塑料模具钢。该钢强韧性高、淬透性和
耐磨性好,淬火变形小,价格低。取代Cr12MoV钢或基体 钢制造大型、高耐磨、高精度塑料模具,不仅降低了成本, 而且提高了模具的使用寿命。
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4.2.1 几种典型塑料模具材料
4.2.1.3预硬型塑料模具用钢
预硬钢:就是供应时已预先进行了热处理,并使之达到模 具使用态硬度的钢。
2. 热处理 淬火+低温回火(少数采用中温回火或高温回火) 硬度:45~50HRC
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3.实际应用 • 碳素工具钢:尺寸较小、受力较小、形状简单、精度要求
不高的塑料模具;
• 低合金冷作模具钢:尺寸较大、形状较复杂、精度较高
的塑料模具;
• Cr12 型钢:高耐磨性的大型、复杂和精密的塑料模具; • 基体钢和热作模具钢:较高强韧性和一定耐磨性的塑料
(5)模具的制造工艺 (6)现有的设备及技术水平
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4.2.1 几种典型塑料模具材料
4.2.1.1渗碳型塑料模具用钢 4.2.1.2淬硬型塑料模具用钢 4.2.1.3预硬型塑料模具用钢 4.2.1.4时效硬化性塑料模具用钢 4.2.1.5耐蚀型塑料模具用钢 4.2.1.6调质及其他塑料模具材料
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2.工艺性能: • 锻造工艺:加热1200℃,始锻1150℃,终锻850℃ • 退火工艺:740~760℃×4~6h,以5~10℃/h的速
度缓冷至600℃,再炉冷至室温 硬度<160HBS,适于冷挤压成形。
• 正火工艺:870~900℃ × 3~4h后空冷 硬度≤229HBS,切削加工性良好。
1. 25CrNi3MoAl钢 • 25CrNi3MoAl属低镍无钴时效硬化钢,这是参考
了美国P21钢的成分,并根据我国冶炼工业的特点 及使用厂对性能的要求加以改进而研制的一种新 型时效硬化钢,为我国时效硬化型精密塑料模具 专用钢种填补了空白。(低镍无钴,价格远低于 马氏体时效钢- 06Ni6CrMoVTiAl和18Ni系列钢 ) (1)化学成分及相变点 • 25CrNi3MoAl钢的化学成分见表3-13。
③淬火:880~900℃,小件取下限,大件取上限, 油冷或260℃硝盐分级淬火。
(3)力学性能 • 采用了S-Ca复合易切削系和喷射冶金技术,硫化
物的分布比较均匀,有高的淬透性和镜面抛光性, 模具硬度为35~45HRC时,可顺利进行各种加工。 5NiSCa钢经880℃和900℃淬火后的力学性能,见 表3-10所列。
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4. 5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)钢
易切削高韧性塑料模具钢
( 2 )工艺性能
①锻造:加热1100℃,始锻1070~1100℃,终锻 850℃,锻后砂冷。
②球化退火:770℃×3h+660℃×7h,炉冷到550℃ 出炉空冷。退火硬度≤241HBS,加工性能良好。
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3. 8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)钢
(1)钢的特点 • 淬透性好,热处理变形小:空冷淬硬直径φ100mm以上,空淬硬度为61.5~
62HRC,当860~900℃淬火,160~300℃回火时,轴向总变形率<0.09%, 径向总变形率<0.15%。 • 切削性能好:退火硬度为207~239HBS,切削加工时,可比一般工具钢缩短加 工工时1/3以上。硬态40~45HRC时,用高速钢或硬质合金刀具进行车、铣、 刨、镗、钻等加工,相当于碳钢调质态,硬度为30HRC左右的切削性能,远优 于Cr12MoV钢退火态硬度为240HBS时的切削性能。 • 镜面研磨抛光性好:采用相同的研磨加工,其表面粗糙度比一般合金工具钢低1 ~2级,最低表面粗糙度为Ra 0.1μm。 • 表面处理性能好:渗氮性良好,渗氮层达0.2~0.3mm,渗硼附着力强。 (2)应用
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(3)热处理工艺
①一般精密塑料模具:淬火→高温回火→机加工成形→时效处理→ 研磨、抛光或光刻花纹→装配使用 • 淬火:880℃,空冷或水冷,48~50HRC • 高温回火:680℃×4~6h,空冷或水冷,22~23HRC • 经机加工成形 • 时效处理:520~540℃×6~8h,空冷,39~42HRC • 研磨、抛光或光刻花纹后装配使用。 • 变形率为-0.039%。 ②高精密塑料模具:淬火→高温回火→机加工成形→去应力退火→时效处理
特点:在硬度30~40HRC的状态下可以直接进行成型车削、 钻孔、铣削、雕刻、精锉等加工,精加工后可直接交付使用, 这就完全避免了热处理变形的影响,从而保证了模具的制造 精度。
典型钢种: 3Cr2Mo(P20)钢 3Cr2NiMo(P4410)钢 8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)钢 5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)钢 Y55CrNiMnMoV(SM1)钢
第4章 塑料模具钢及其热处理
4.1 塑料模具的工作条件与性能要求 4.1.1 塑料模具材料的使用性能要求 4.1.2 塑料模具材料的工艺性能要求
4.2 塑料模具材料的选用 4.2.1 渗碳型塑料模具用钢 4.2.2 淬硬型塑料模具用钢 4.2.3 预硬型塑料模具用钢 4.2.4 时效硬化型塑料模具钢 4.2.5 耐蚀塑料模具钢 4.2.6 其它塑料模具材料
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