塑料模具设计课件第8章

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第二节塑料模材料及选用

6．耐腐蚀型塑料模具钢耐蚀钢主要用在生产以化学性腐蚀塑料（如聚氯乙烯或聚苯乙烯添加抗燃剂等）为原料的塑料制品的模具。耐腐蚀型塑料模具钢分高碳高铬型耐蚀钢、中碳高铬型耐蚀钢、低碳铬镍型耐蚀钢。高碳高铬型耐蚀钢：9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、 Cr14Mo4等；中碳高铬型耐蚀钢：4Cr13、420、168、S136、M300、 M310、HPM38、PAK90等；低碳铬镍型耐蚀钢：1Cr17Ni2等。国际上常用的还有瑞典一胜百S-136ESR、S-136H，德国得胜GS083-ESR、GS083VAR、GS316、 GS316ESR、GS083M、GS128H，日本大同PAK90。
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第一节塑料模具寿命

2．模具结构

在模具的成型零件结构设计及强度和刚度计算的论述中可以得出如下结论：不同结构形式的型腔和型芯，其强度和刚度以及易损坏部分的修理更换方便与否是不同的。从模具寿命考虑应采用强度和刚度好又便于修理的结构形式以延长模具寿命。
导向装置的结构及精度直接影响芯型腔的合模，影响模具寿命及制品精度。因而必须选择适当的导向形式和导向精度。

此外，压力机或注射机的精度和刚度、模具的使用和维护都
对模具寿命有直接影响。
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第二节塑料模材料及选用

一、模具成型零件对材料的要求
对塑料模成型零件的材料有以下基本要求： 1．具有足够的强度、刚度、耐疲劳性和足够的硬度、耐磨
性。对于成型含有硬质填料的增强塑料应具有更高的耐磨性。

2．具有一定的耐热性和小的热膨胀系数。尤其如聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等成型温度高的塑料，要求模具具有良好的热稳定性，即在较高温度下强度、硬度没有明显的变化。
对于形状较简单、尺寸小的热固性塑料模具，耐磨性要求较高，一般用T7、T8、T9、T10、T11、T12等碳素工具钢制造。

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第二节塑料模材料及选用

2．渗碳型塑料模具钢

渗碳型塑料模具钢的含碳量一般都在0.1%～0.25%范围内，退火后硬度较低，具有良好的切削加工性能，切削加工后的模具渗碳淬火加低温回火，不仅具有较高的强度，而且具有较好的韧性，表面硬度高，耐磨性好，同时还具有良好的抛光性能。另一优点是塑性好，可以采用冷挤压成型法制造模具，无需切削加工。缺点是模具热处理工艺较复杂，变形大。中国牌号常用20Cr、12CrNi2、20Cr2Ni4、 20CrMnTi等。目前，国际上较广泛使用的有美国牌号： P2、P3、P4、P5、P6；德国牌号：X9NiCrMo4、 X6CrMo4；日本牌号：CH1、CH2、CH4等。
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第一节塑料模具寿命

由于塑料模在上述工作条件下工作，因而可能产生的主要失效形式有：摩擦磨损，动、定模对插部位的粘合磨损，过量变形和破裂，表面腐蚀等。一旦模具破裂或塑料制品形状、尺寸精度和表面质量不符合要求，溢料严重，飞边过大，而模具又无法修复，此即模具失效。模具失效之前所成型的制品总数量即为模具寿命。模具寿命是影响塑料制品成本的重要因素，因而如何提高模具寿命是塑料模塑成型的重要课题。
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第一节塑料模具寿命

采用冷挤压、超塑性成型等方法制造型腔模也是提高模具寿命的途径。对于塑料模来说，由于制品表面质量的要求和耐蚀性以及脱模的需要，塑料模工作表面的光滑程度要求很高，因而除了

应合理选择模具材料外，还常对模具进行镀铬等表面处理，
以进一步提高表面光滑程度，提高耐磨性和耐蚀性，从而提高模具寿命。
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第二节塑料模材料及选用

预硬型塑料模具钢中，中国牌号常用3Cr2Mo、 3Cr2MnNiMo、5CrNiMnMoVSCa、5CrMnMo等；瑞典一胜百（ASSAB）公司的718S HBS290～HBS330 （33HRC～34HRC）、718H HBS330～HBS370 （34HRC～38HRC）；日本大同（DAIDO）钢厂的 NAK80和NAK55，一般情况下，NAK80做定模镶件， NAK55做动模镶件，要注意NAK55不能直接做EDM皮纹，主要原因是含硫，EDM后会留有条纹；德国得胜钢厂（THYSSEN）的GS-711（34HRC～36HRC）、 GS738（32HRC～35HRC）、GS808VAR （38HRC～42HRC）、GS318（29HRC～33HRC）、 GS312（29HRC～33HRC），GS312含硫不能做EDM，在欧洲做模架较为普遍；奥地利百禄（BOHLER）的 M261（38HRC～42HRC）、M238（36HRC～ 42HRC）、M202（29HRC～33HRC），M202不能做 EDM纹，也有含硫量。
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第二节塑料模材料及选用

3．热处理变形和开裂倾向小，在使用过程中尺寸稳定性好，对高精度的塑料制品，如光学镜片等，模具尺寸只允许微小的变化。 4．具有优良的切削加工性能以及表面装饰纹加工性。

5．耐腐蚀性好，尤其在模塑成型中会产生腐蚀性气体的塑
料，对模具的耐蚀性要求较高。 6．抛光性能要好。塑件要求有良好的光泽和表面状态，模
况，目前制模材料仍以钢为主，因此，这里将着重介绍常用
塑料模具钢。
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第二节塑料模材料及选用

1．非合金型塑料模具钢

由于碳素钢具有价格便宜，加工性能好，原料来源方便等优点，因此对于制造形状简单的小型塑料模具或精度要求不高、使用寿命不需要很长的塑料模具，多采用这类钢制造。中国常用牌号45、50等，45钢在香港也称“王牌钢”。目前，国际上较广泛使用的S45C、S48C、S50C、S53C、 S55C、S58C等。
第八章塑料模具寿命与塑料模材料

第一节塑料模具寿命第二节塑料模材料及选用
第一节塑料模具寿命

一、塑料模的工作条件及失效形式
塑料模在成型过程中受一定外力和热的作用，所受的力有合模时的压力、型腔内熔体的压力、开模时的拉力等。其中塑料熔体对型腔的压力是主要的，因而进行型腔强度和刚度计算时是以熔体对型腔的最大压力为依据的。塑料模在模塑时所受的成型压力一般为30～200Mpa。由于塑料模所成型的塑料不同，对模具温度的要求不同，工作条件和特点也不同，常见塑料模具工作条件和特点（见表 8-1）。

塑料模中的各种孔在模板中的位置都应尽量避开应力最大的部位，以免工作时该部位应力超过允许值而损坏。
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第一节塑料模具寿命

3．模具材料及热处理一般情况下，模具材料及热处理是影响塑料模具寿命的主要因素。但目前，除了部分热固性塑料和一些增强塑料的成型模具对强度、刚度、硬度和耐磨性要求较高外，就大部分热塑性塑料模具而言，固然也有上述要求，但对模具材料的加工工艺性却有着更高的特殊要求。这是由于塑料模型腔比较复杂，精度和表面光洁程度要求高的缘故。

二、影响塑料模寿命的因素及提高寿命的方法
1．塑料特性不同塑料品种的模塑成型温度和压力是不同的，由于工作条件不同，对模具寿命就有不同的影响。以无机纤维材料为填料的增强塑料的模塑成型，模具磨损较大。模塑过程会产生腐蚀性气体的塑料成型，会腐蚀模具表面。因此，应在满足使用要求的前提下，尽量选用模塑工艺性能良好的塑料来制造制品，这样既有利于模塑成型又有利于提高模具寿命。
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第二节塑料模材料及选用

4．时效硬化型塑料模具钢

对于复杂、精密、高寿命的塑料模具要保持其高寿命，模具材料的使用状态必须有高的综合力学性能，为此，必须采用最终热处理。但是，采用一般的最终热处理工艺（淬火、回火）往往导致模具热处理变形，即模具的精度很难达到要求。
时效硬化塑料模具钢在固溶硬化后变软（一般28 HRC～ 34HRC）可进行切削加工，待冷加工成型后进行时效处理，可获得很高的综合力学性能，时效热处理变形很小，而且这类钢一般具有焊接性能好以及可以进行表面氮化等优点，适于制造复杂、精密、高寿命的塑料模具。
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第二节塑料模材料及选用

5．整体淬硬型塑料模具钢

用于压制热固性塑料、强化塑料（如尼龙型强化或玻璃纤维强化塑料）产品的模具，以及生产批量很大，要求模具使用寿命很长的塑料模具，一般选用高淬透性的冷作模具钢和热作模具钢材料制造，这些材料通过最终热处理，可保证使用状态具有高硬度、高耐磨性和长的使用寿命。中国牌号常用的有CrWMn、9CrWMn、Cr12MoV、4Cr5MoSiV1等, 国际上较常用的有美国的牌号01、A2、D1、D2、D3、 6F6、S1、H11、H13，德国的牌号X9NiCrV8、 X155CrVMo121、X38CrMoV51,日本的牌号SKS31、 SKD11、SKD12、SKD1、SKD61、SKD6等。

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第二节塑料模材料及选用

时效硬化型塑料模具钢主要包括两个类型，即马氏体时效钢和析出硬化型钢。马氏体时效钢具有高的强度/密度比，良好的可加工性和可焊性以及简单的热处理工艺等优点，但其价格较高，常见的有18Ni(200)、18Ni(250) 、 18Ni(300) 、18Ni(350)等。析出硬化钢也是比较新型的钢种之一，它所含的合金元素比马氏体时效钢少，特别是 Ni含量少得多。材料也是在固溶处理状态下硬度为30HRC 左右，可进行切削加工，制成模具之后再进行时效处理，使硬度达40HRC左右，而且时效变形量很小（0.01％左右），适宜制造高硬度、高强度和高韧性的精密塑料模具。常见的时效硬化型模具钢有25CrNi3MoAl、P21、NAK55等。
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第二节塑料模材料及选用

3．预硬型塑料模具钢预硬型塑料模具钢是指将热加工的模块，预先进行调质处理，以获得所要求的使用性能，再进行切削加工，不再进行最终热处理就可直接使用，从而避免由于热处理而引起的模具变形和裂纹问题。预硬型钢最适宜制作形状复杂的大、中型精密塑料模具，使用硬度一般在30HRC～42HRC范围内，尤其是在高硬度区（36HRC～42HRC），可切削性能较差。

具必须很好地镀铬抛光。因此选用钢材不应有粗糙的杂质和
气孔。
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第二节塑料模材料及选用

二、塑料模材料
塑料模具用钢的选择可根据其制造方法的不同，按塑料制品的质量要求的不同，按塑料制品的批量的大小以及按塑料模具的失效方式的不同等等方式选择。目前，用于制造模具的材料种类繁多，包括钢、铸铁、硬质合金与钢结硬质合金、有色金属及其合金、高温合金、陶瓷及其他非金属材料等。尽管如此，根据塑料成型工艺条件和塑料制品生产批量的情

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第一节塑料模具寿命

热塑性塑料注射成型的模具温度一般在150℃以下；而热固性塑料注射成型时模具温度达160～200℃，压缩模塑模具温度一般也在160～200℃的范围内。对于流动性差的塑料快速成型时，会使模具局部温度达到很高。注射（压制）时温度高，制品脱模时温度低，因此塑料模具温度是周期性变化的。在塑料熔体充模时，模具工作零件，尤其是浇注系统明显地受到熔体流动的摩擦、冲刷，特别是模塑以下无机纤维材料为填料的增强塑料时更为突出。当模塑成型聚氯乙烯、氟塑料及阻燃级的ABS塑料制品时，在其成型过程中分解出的HCI、SO2、HF等腐蚀性气体，会使模具表面腐蚀损坏。
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第一节塑料模具寿命

因此，塑料模工作零件以往一般采用正火或调质状态的45钢或合金结构钢制造，模具寿命不高，制品精度较差。近年来开发了不少新型塑料模具材料，既有优良的强度和耐磨性，又有良好的加工工艺性，不仅大大提高了制品质量，而且大大提高了模具寿命。例如以PMS钢代替45钢制造电话机壳体塑料模，制品质量达到国外先进水平，模具寿命超过50万件。这说明模具材料的研究和应用潜力很大。 4．模具的加工及表面处理模具的热加工、机械加工和电加工工艺以及处理都对模具寿命有重要的旷因而必须提高模具毛坯的铸造、热处理工艺水平，以保证模具的力学性能，还应不断改进模具加工方法，以减小内应力和提高模具表面质量，从而提高模具寿命。