ch5 塑料模具用钢及热处理

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1、第五章 塑料模具用钢及热处理,Wheel Housing PC/ABS 轮罩盖,Baggage Doors (Millennium III)行李舱门,Front Panel & Bumper facial PC/ABS前面板/保险杠,Door Housing & Side Panel (Millennium III)门板&侧板,Interior panels(low-gloss Geloy CR 5020)内装饰板,第一节 塑料模具的分类及工作条件,5.1.1塑料模具的分类及工作条件 分类 热固性塑料压模(胶木模)：用于各种胶木粉的压制成形。 热塑性塑料注射模：用于尼龙、聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯

2、、聚氯乙烯、聚苯乙烯等热塑性塑料的注射成形。,5.1塑料模具的工作条件及失效形式,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,塑料模具 合模力 受力分析 型腔内熔体的压力 开模力 (1)热固性塑料模具：工作温度一般在160250 ，快速成型时，模具的局部温度会较高。模腔承受压力一般为30200MPa，型腔表面易受腐蚀和磨损。 (2) 热塑性塑料模具：工作温度一般在200 以下，模腔承受压力为100200MPa。在塑料熔体充模时，会受到熔体的摩擦、冲刷。 对聚氯乙烯、氟塑料及阻燃级的ABS塑料，成型过程中会分解出

3、HCl、SO2、HF等腐蚀性气体使模具表面腐蚀破坏。,主要因素，计算型腔的强度和刚度时，以此为据。,塑料成型模具的工作条件,5.1.2塑料模具的主要失效形式及性能要求,主要失效形式 表面磨损 变形 断裂,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,表面磨损的主要原因及形式 热固性塑料对模具表面严重磨擦，会造成表面拉毛 塑料中含有云母粉、硅砂、玻璃纤维等固体无机填料时，会加剧模具的磨损。 由于塑料中存在氯、氟等元素，受热分解析出HCl、HF等强腐蚀性气体，加剧模具的磨损。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑

4、料模具的分类及工作条件,塑性变形失效 模具型腔表面的硬化层过薄，变形抗力不足或工作温度高于回火温度而发生相变软化。,断裂失效 由于结构、温差产生的结构应力、热应力，因回火不足，在使用温度下残余奥氏体转变为马氏体引起局部体积膨胀，在模具内部产生组织应力所致。,对塑料模具的性能要求,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,强度与韧性 使用性能 硬度与耐磨性 耐腐蚀性、耐热性 高度纯净 性能 机械加工性能 镜面加工性能 工艺性能 热加工性能、焊接修补 电加工性能,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,对使用性能的要求,1)强度与韧性，使模具能承受开模

5、力、熔体压力、锁模力的作用而不发生变形和开裂。 2)硬度与耐磨性，通常在38-55HRC范围内。形状简单、抛光性能要求高的模具，硬度可取高些：反之，硬度可取低些。 3) 耐腐蚀，以抵御HCl、SO2、HF等腐蚀性气体的侵蚀。 4)耐热性和尺寸稳定性，模具材料应有稳定的组织和低的热膨胀系数数模具变形。 5)材料应高度纯净，组织均匀致密，无网状及带状碳化物，无孔洞、疏松及白点等缺陷。,硬度与耐磨性由这些碳化物提供,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,不同类型塑料模具的工作硬度,第五章 塑料模具用钢及热处理

6、第一节 塑料模具的分类及工作条件,对加工工艺性能的要求,机械加工性能：塑料模具型腔复杂，表面质量要求高，因此应具有优良的切削和磨削加工性能。 镜面加工及图案蚀刻性能：在硬态下应具有良好的镜面抛光性能及花纹图案蚀刻性能。 热加工性能：淬透性高，热处理变形小，尺寸稳定性好。热处理后有高强韧性、高硬度和耐磨性。 焊接性能：模具磨损、崩块等修复时，常用焊补。 电加工性能：电加工时不会产生电加工硬化层。,用于塑胶模具的模块可抛光到镜面,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,影响模具材料镜面加工的主要因素,钢中第二相

7、（Al2O3、硅酸盐以及碳化物）的数量、尺寸和分布。 第二相硬质点越多，其镜面加工性越差。 非金属夹杂物的危害比碳化物还大，因此，塑料模具钢大多为超清净钢。 钢的硬度。一般硬度越高其镜面加工性能越好因为硬度低会使抛光产生磨痕。 模具钢的组织均匀性。组织均匀性越好，镜面加工性能越好 实际仍是硬度问题。,5.2 塑料模具钢,塑料模具钢的分类 按钢种类型分为： 低碳低合金钢：渗碳型塑料模具钢 碳素结构钢 合金结构钢 合金工具钢 析出硬化钢 马氏体时效钢,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,这类钢的退火硬度较低，经冷挤压成型后进行渗碳和回火处理，使模具具有一定的硬度、强度和耐磨性，表面性

8、能接近4Cr5MoSiV热模钢的水平。 由于这类模具系冷挤压成型，无须再进行切削加工，故制模周期短，便于批量生产，精度高。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,渗碳型塑模钢 碳素渗碳钢 合金渗碳钢 特点 表面具有高硬度和耐磨性 心部具有较好的强韧性 鸡蛋壳 较好的抛光性能 硬度与第二相 渗碳钢中碳的质量分数一般在0.10.25范围内，退火后硬度较低，具有良好的切削加工性能，也可采用冷挤压成形法制造模具。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,冷挤压成形法,冷挤压成形 无需进行切削加工少无切削加工 可大批量生产同形状模具 制模周期短、成本低，互换性好 为了冷挤压成形，这

9、类钢在退火状态必须有高的塑性和小的变形抗力，冷加工硬化效应小。 退火硬度 100HBS， 成形复杂型腔时， 160HBS，成形浅型腔时，,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,常用渗碳型塑料模具钢的化学成分 C、Si、Mn、Cr、Ni、 Mo,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,渗碳型塑料模具钢的热处理,渗碳 直接淬火节能 热处理 淬火 一次淬火 二次淬火 低温回火通常为200 左右 使模具获得高的硬度、强度，一定的塑、韧性，保证了模具的使用性能，模具的寿命。 渗碳后一般应先缓冷，然后进行一次淬火。淬火温度应根据需要进行选择，通常控制在810850 之间，使模具表面和

10、心部组织同时得到改善。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,二次淬火 对于性能要求较高的塑料模具,第一次淬火的目的：细化心部组织，并消除渗碳层中的网状碳化物。为了减小零件的变形，可以油冷，有时甚至可用正火代替。 第一次淬火的问题：虽然心部组织细化，但是渗碳层马氏体晶粒较粗大，因而脆性较大。 第二次淬火工艺与目的：较低的加热温度(760830 ) ，可细化渗碳层中的马氏体晶粒，获得渗碳层组织为隐晶马氏体以及均匀分布的细粒状碳化物提高韧性。 二次淬火会的不足：氧化、脱碳及变形等缺陷，生产周期长，经济效益低，一般不常采用。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,一、渗碳钢及

11、合金渗碳钢,10、20钢是成分最简单、价格最便宜的渗碳钢。 渗碳后 表面高的硬度和耐磨性 因淬透性差，淬火后心部强度很低 适宜要求载荷小、强度低的模具。 钢中碳含量及合金元素含量，淬透性将 合金渗碳钢的淬透性较高淬火时可采用较缓和的冷却介质，从而减小了模具的热处理变形。 常用的合金渗碳钢牌号有20Cr、12CrNi2、12CrNi3、12CrNi4和20Cr2Ni4等。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,二、12CrNi3钢,中淬透性合金渗碳钢冷成形性能属于中等。 合金化原则：碳有利于冷成形；加入Ni、Cr钢的淬透性和渗碳层的强韧性，尤其是Ni ，在固溶强化的同时。 钢的塑性。

12、 锻造工艺：加热温度为1200，始锻温度1150 ，终锻温度850 ，锻后缓冷。 退火工艺为：加热到740-760 ，保温4-6h，以5-10 h的速度缓冷至600 ，再炉冷至室温。退火后的硬度160HBS便于冷挤压成形。 若切削加工制模，须经正火处理。正火工艺为：加热到880900 ，保温3-4h后空冷。正火硬度229HBS，切削加工性能良好。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,12CrNi3钢的气体渗碳工艺,渗碳工艺900920 6-7h， 可获得0.91.0mm的渗碳层。 淬火工艺渗碳后预冷至800850 可直接 油冷或空冷淬火。 淬火后 表层硬度可达5662HRC， 心

13、部硬度为250380HBS。 主要用于冷挤压成形复杂的浅型腔塑料模具，或用于切削加工成形大、中型塑料模具。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,三、20Cr2Ni4,高强度合金渗碳钢，淬透性、强韧性均超过12CrNi3钢。 晶粒粗大的问题：锻后如出现晶粒粗大，即使经正火及随后渗碳加热，在淬火后仍将得到粗大的马氏体组织。而且，当表面碳含量较高时，还易于在粗大奥氏体晶粒的晶界上形成网状碳化物。 解决措施 先在640670 回火6h后空冷，消除锻造后的残余应力 然后以大于20 min的速度加热到880-940 ，空冷 再在650-770 回火可获得均匀细小的珠光体和少量铁索体组织晶粒细

14、化 再渗碳、淬火、回火,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,四、0Cr4NiMoV(LJ)钢,LJ钢为冷挤成形塑料模具专用钢华工。 合金化原则 碳量极低，塑性、变形抗力极低，其冷挤成形性与纯铁相近。 Cr、Ni、Mo、V等，淬透性、渗碳层的硬度、耐磨性和心部强度。 锻造工艺： 锻造加热温度为1230 ，始锻温 度为1200 。终锻温度为900 退火工艺： 880 2h，随炉冷至650 出炉 空冷，退火硬度为100105HBS。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,LJ钢渗碳速度快，比20钢快一倍。 固体渗碳工艺：930 6-8h 热处理： 渗碳后850870 油淬，

15、200220 2h回火 表硬5860HRC，心硬2729HRC 特点冷挤成形的模具轮廓清晰、光洁、精度高 用途主要用来冷挤成形精密塑料模具。因渗碳层厚，不会出现鸡蛋壳和内壁咬伤的现象，使用效果良好。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,含碳量一般为0.5%0.6%，国内普遍采用45钢。 随着塑料制品精密化，形状复杂及大型化，成型方法的高速化，碳素结构钢逐渐被合金钢取代。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,定义：将锻造、轧制的模块预先调质处理到一定硬度(2040HRC) ，直接加工成模使用。 预硬型塑料模具钢 特点：

16、完全避免了因热处理而引起的模具变形和开裂。 适用：模块、模板、中厚板。预硬钢最适宜制作形状复杂的大、中型精密塑料模具。 有利于模具材料的标准化、批量化。,含碳量一般为0.3%0.5%，并含有一定的Cr、Mn、V、Ni等合金元素，以保证淬透性。调质处理后，可获得单一组织和所需的硬度。 典型钢种H13（4Cr5MoSiV1），较高的耐热性能，适用于聚缩醛、聚酰胺（尼龙）等注射成型。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,易切削预硬钢,问题：预硬化钢的使用硬度一般在3042HRC，切削加工性能较差。 加入S、Se、Ca等元素形成易切削钢，既保证了较高的调质硬度（3943HRC），又保证了良好的切削性能，适用于尺寸精度要求较