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1、项目二 塑料模具钢,下一页,返回,本模块教学目的和要求： 本模块的教学目的：掌握塑料模具钢的性能要求及分类方法，塑料模具钢的热处理规范要求。 本模块教学任务： 塑料模具钢的性能要求及分类方法； 常用塑料模具钢的热处理规范； 塑料模具钢的选用方法。 塑料模具热处理实例,项目二 塑料模具钢,上一页,下一页,返回,近50年来，随着石油化学工业的发展，世界塑料工业发展比较迅速，塑料已成为工业及民用产品的重要原料。塑料制品使用日益广泛，成型塑料制品用的模具品种和数量的需求愈来愈大，许多发达国家塑料模具的产值已居模具总产值的第1位。据统计我国塑料模用钢已占全部模具用钢的一半以上。 塑料模具形状复杂，尺寸精
2、度和表面粗糙度值要求很高，因而对模具材料的机械加工性能、镜面抛光研磨性能、图案蚀刻性能、热处理变形和尺寸稳定性都有很高的要求。此外还要求材料具备一定的强韧性、耐磨性、耐蚀性和较好的焊补性能。,项目二 塑料模具钢,过去一般塑料模具用正火的45钢或40Cr钢经调质处理后制造，因而模具硬度低，耐磨性和表面粗糙度差，加工出来的塑料产品外观质量差，而且模具使用寿命低，而精密塑料模具及硬度高的塑料模具采用CrWMn、Crl2MoV等合金钢制造，不仅机械加工性能差，而且难于加工复杂的型腔，更无法解决一些复杂的模具的热处理变形问题。直到目前为止，有些关键部件的塑料模具材料还常常依赖进口的专用塑料模具钢。 有鉴
3、于此，国内对专用塑料模具用钢进行了研制，并获得了一定的进展。我国已有自己的专用塑料模具钢系列，已在生产中推广应用十多种新型塑料模具钢，初步形成了我国塑料模具用钢体系。,下一页,返回,课题一 塑料模具钢的工作条件与性能要求,上一页,下一页,返回,知识点 塑料模具钢的工作条件； 塑料模具钢的性能要求； 塑料模具钢的热处理要求。 技能点 塑料模具钢的性能要求。,一、任务导入：,案例1：塑料注射模型腔零件如图2-1所示，生产批量：中批量（30万件）；注塑材料：聚苯乙烯（PS）。要求了解塑料注射模具钢的工作条件与热处理要求。,图2-1 塑料注射模型腔,下一页,返回,一、任务导入：,案例2：塑料压缩模型腔
4、零件如图2-2所示，生产批量：中小批量（20万件）；压缩材料：酚醛塑料（PF）。要求了解塑料压缩模具钢的工作条件与热处理要求。,图2-2 电瓶盖压缩模型腔,上一页,下一页,返回,二专业知识：,1.塑料模具钢的工作条件 2.塑料模具钢的性能要求 3.塑料模具钢的分类 4.塑料模具钢的热处理要求,二专业知识：,塑料模具按成型工艺可以分为注射模具、压缩压注模具、挤出模具、气压模具等多种类型。 塑料模具按成型固化不同可分为热固性和热塑性塑料模具。热塑性塑料成型通常采用注射模具、挤出模具、气压模具等，而热固性塑料成型通常采用压缩压注模具。 塑料模具的品种规格多、形状复杂、表面粗糙度值低、制造难度大，因此
5、探讨塑料模具钢的选材问题，需要综合分析塑料模具的工作条件、性能，以提高模具寿命、保证加工质量、降低生产成本。,下一页,返回,1塑料模具钢的工作条件,（1）塑料模具的工作条件 热固性塑料模工作时常采用压缩压注模具直接压制成型，塑料为固态粉末料或预制坯料（如酚醛树脂、三聚氰胺树脂等），加入型腔并在一定温度下经热压成型，模具的工作温度一般在150250，快速成形时，模具的局部温度较高。模具工作零件（如型芯、型腔等）承受压力有时达到600MPa，机械负荷较大，型腔有腐蚀性气体腐蚀，型腔表面易受腐蚀和磨损。,上一页,下一页,返回,1塑料模具钢的工作条件,热塑性塑料模是使塑料在粘流状态下通过注射、挤压等方
6、法进入模具型腔加工成型的模具。塑料注射模注入加热软化的塑料，如尼龙、聚乙烯、聚甲醛等，一般不含固体填料。模具的工作温度一般在150250，注射压力一般为30200MPa，机械负荷较小，塑变抗力小，受热、受压、受磨损情况不严重，但当加入固体填充料时，磨损会大大增加。塑料注射模在工作时塑料中可能有含氯、氟等及其化合物的腐蚀气体逸出，对模具型腔有一定的腐蚀作用。,1塑料模具钢的工作条件,（2）塑料模具常见的失效形式 1）磨损及腐蚀 磨损。因热固性塑料中一般是含有一定量固体填充剂，在加热后软化、熔融的塑料中成为“硬质点”，冲入模具型腔后，与模具型腔表面摩擦较大，致使型腔表面拉毛，粗糙度变大；并且一旦出
7、现这种现象，会使塑料与型腔之间加大摩擦，使被压制的塑料件表面粗糙度不合格而报废。因此，一经发现模具型腔表面有拉毛现象，应及时卸下抛光。而经过多次抛光后型腔扩大，对尺寸要求严格的塑料件即为超差，模具因此而报废。,下一页,返回,1塑料模具钢的工作条件,例如，淬硬的工具钢胶木模连续压1.5 2.5万件之后，模具表面磨损厚度为0.01mm。还有的资料表明，模压8万次用玻璃纤维作填料的塑料，其模具型腔的磨损量是普通胶木粉磨损量的6.5倍，这说明，玻璃纤维对淬火钢磨损特别明显。因此，当在塑料中加云母粉、石英粉、玻璃纤维等各种无机物作填充剂时，要特别注意模具型腔的磨损问题。 腐蚀。因不少塑料中含有氯、氟等元
8、素，加热至熔融状态后会分解出氯化氢（HCl）或氟化氢（HF）等腐蚀性气体，腐蚀模具型腔表面，这就加大了其表面粗糙度，也加剧了模具型腔的磨损，导致失效。,上一页,下一页,返回,1塑料模具钢的工作条件,长时间反复升温、降温，发生多次再回火，致使内部组织转变，使模具早期失效。 生产实践证实，碳素工具钢、热处理后表面硬度在52 56HRC；渗碳钢的层深在0.8mm以上时，即可获得足够的变形抗力，有效地防止塑性变形失效。 3）断裂 塑料模具一般有多处凹槽、薄边等，易造成应力集中，所以必需有足够韧性。为此，大中型复杂型腔的模具，应优先采用高韧性钢（渗碳钢或热作模具钢），一般不用碳素工具钢。,用高碳的合金工
9、具钢制塑料模具，如果回火不充分，也容易发生断裂失效。这是因为模具采用内部加热法保温时，模具内部贴近加热器处温度可达到250 300。有些高碳合金工具钢（例如9CrMn2Mo等）制模具淬火后存在较多的残留奥氏体，在回火时未能充分分解，则在使用中有可能继续转变为马氏体，引起局部体积膨胀，在模具内产生较大的组织应力而造成模具开裂。所以在模具的使用温度长期较高时，则不用这类合金工具钢。,1塑料模具钢的工作条件,下一页,返回,2.塑料模具钢的性能要求,根据对上述各类塑料模具的工作条件和失效形式分析，塑料模具材料应有下列性能要求。 （1）塑料模具钢的使用性能要求 1）足够的强度和硬度，以使模具能承受工作时
10、的负荷而不致变形。通常塑料模的硬度在38 55HRC范围内。形状简单抛光性能要求高的，工作硬度可取高些；反之，硬度可取低些。 2）良好的耐磨性和耐腐蚀性，以使模具型腔的抛光表面粗糙度和尺寸精度能保持长期使用而不改变。,上一页,下一页,返回,3）足够的韧性，这是保证模具在使用过程中不会过早开裂的重要性能指标。 4）较好的耐热性能和尺寸稳定性。要求模具材料有较低的膨胀系数和稳定的组织。塑料模具材料中钢的膨胀系数较小，铍青铜次之，铝合金和锌合金的膨胀系数则较大。 5）良好的导热性，以使塑料制件尽快地在模具中冷却成型。 （2）塑料模具钢的工艺性能要求 随着塑料制品种类的增加和质量要求的提高，以及塑料制
11、品成型工艺趋向高速化、大型化、精密化和多型腔化，对塑料模具材料还提出了较高的加工工艺性能要求。,2.塑料模具钢的性能要求,2.塑料模具钢的性能要求,1）锻造性能：材料的导热性好，在加热过程中容易内外热透。材料塑性好，变形抗力小，锻打时不易出现开裂，可锻性好。 2）机械加工性能：塑料模具型腔的几何形状大多比较复杂，型腔表面质量要求高，难加工部位相当多；因此，模具材料应具有优良的切削加工性和磨削加工性能。对较高硬度的预硬化塑料模具钢，为了改善切削力口工性能，通常向钢中加入S、Pb、Ca、Se等元素，从而得到易切削预硬化钢。,下一页,返回,2.塑料模具钢的性能要求,3）焊接性能：塑料模型腔在加工中受
12、到损伤时，或在使用中被磨损需要修复时，常采用焊补的方法（局部堆焊），因此模具材料要有较好的焊接性能。 4）热处理工艺性能：热处理工艺应简单，材料有足够的淬透性和淬硬性，变形开裂倾向小，工艺质量稳定。 5）镜面抛光性能：塑料制品的表面粗糙度主要取决于模具型腔表面的粗糙度。一般塑料模型腔面的粗糙度在Ra 0.16 0.08 m左右，粗糙度低于Ra 0.5 m时可呈镜面光泽。尤其是用于透明塑料制品的模具，对模具材料的镜面抛光性能要求更高。,上一页,下一页,返回,2.塑料模具钢的性能要求,镜面抛光性能不好的材料，在抛光时会形成针眼、空洞和斑痕等缺陷。模具的镜面抛光性能主要与模具材料的纯洁度、硬度和显微
13、组织等因素有关。硬度高，晶粒细有利于镜面抛光；硬脆的非金属夹杂物、宏观和微观组织的不均匀性，则会降低镜面抛光性能。因此，镜面模具钢大多是经过电渣熔炼、真空熔炼或真空除气的超洁净钢。,3.塑料模具钢的分类,塑料模具按生产方式可分为注射成型模、挤出成型模、热压成型模等。根据塑料的类型及对成型塑料制品的尺寸、精度、质量、数量的要求，并考虑已有的模具生产条件，可以选用不同类型的塑料模具钢。 我国目前用于塑料模具的钢种，可按照钢材特性和使用时的热处理状态分类，见表2-1。,表2-1 塑料模具用钢分类,3.塑料模具钢的分类,下一页,返回,从模具制造所要求的工艺性能和模具的使用性能考虑，塑料模具钢与冷作、热
14、作模具钢应有一定的区别，因此近年来，国外已经形成一个专用的塑料模具钢系列，国内也正向这个方向发展。目前已纳入国家标准的塑料模具钢有2种：3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo钢，纳入行业标准的已有20多种（见表2-2所示），已在生产中推广应用十多种新型塑料模具钢，初步形成了我国塑料模具用钢体系。,3.塑料模具钢的分类,上一页,下一页,返回,3.塑料模具钢的分类,粗略归纳一下，塑料模具用钢大概有50余种，本项目将选择常用和有一定推广价值的塑料模具钢进行简要介绍，以供模具生产厂家在实际模具制造中根据生产条件和模具的工作条件，结合模具材料的基本性能和相关因素，来选择经济合理、技术先进的模具材料。,下一页
15、,返回,3.塑料模具钢的分类,上一页,下一页,返回,4.塑料模具钢的热处理要求,塑料成型模具的制造特点为品种多、形状复杂、表面粗糙度要求高、制造难度大。 因此塑料模具钢的热处理要求为： 1）零件不要求整体淬硬，只要零件表面有一定深度的淬硬层即可，零件中心应保持较高的韧性和强度，常采用渗碳等化学热处理。 2）为保证表面粗糙度要求与防止表面氧化脱碳，常采用研磨抛光工艺。 3）塑料注射模具的工作零件一般采用渗碳型塑料模具钢，常用20、20Cr、20Mn、12CrNi3A、20CrNiMo、DTl、DT2、0Cr4NiMoV等，为提高模具型腔的耐磨性与硬度，,上一页,下一页,返回,4.塑料模具钢的热处
16、理要求,一般需进行渗碳和淬火、回火处理，表面硬度可以达到58 62HRC，而心部仍有较好的韧性。热处理工艺为渗碳淬火回火。 4）塑料压缩压注模具的工作零件一般采用淬硬型塑料模具钢，常用T7A、T8A、T10A、5CrNiMo、9SiCr、9CrWMn、GCrl5、3Cr2W8V、Crl2MoV、45Cr2NiMoVSi、6CrNiSiMnMo（GD）等。热处理要求为变形小并有较好的淬透性，淬火后变形抗力高。一般采用为淬火和低温回火（少数采用中温回火或高温回火），热处理后的硬度通常在4550HRC以上。,上一页,下一页,返回,三、任务实施：,上一页,下一页,返回,三、任务实施：,案例1实施： （1）塑料注射模具钢的工作条件 热塑性塑料模是使塑料在粘流状态下通过注射、挤压等方法进入模具型腔加工成型的模具。塑料注射模注入加热软化的塑料，如尼龙、聚乙烯、聚甲醛等，一般不含固体填料。模具的工作温度一般在150250，注射压力一般为30200MPa，机械负荷较小，塑变抗力小，受热、受压、受磨损
