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1、项目三 单元二 塑料模具的性能要求与材料选择,热塑料塑料模具与热固性塑料模具工作条件有何区别？,塑料模具的常见失效形式有哪些？,热塑性塑料模具的工作温度一般为多少？热固性塑料模？,1分析如图3-2所示的透明斜面板的注射模具的性能要求并合理选择模具材料。 2分析如图3-4所示的塑料瓶盖压缩模具的性能要求并合理选择模具材料。,1塑料模具钢的性能要求。 2塑料模具用钢分类。 3常用的国内塑料模具钢特性及应用。 4常用进口塑料模具钢特性及用途。 5塑料模具材料的选用原则。 6塑料模具各种成型零件材料的选用； 7塑料模具结构零件材料的选用。,问题讨论一：分析塑料模具的性能要求有哪些？,1耐热性能,2足够
2、耐磨性,5优良的切削加工性,3良好的热稳定性,6镜面加工性能,7热处理性能,4耐腐蚀性,8经济性能,1耐热性能 随着高速成形机械的出现，塑料制品运行速度加快。由于成形温度在200-350之间，如果塑料流动性不好，成形速度又快，会使模具部分成形表面温度在极短时间内超过400。为保证模具在使用时的精度及变形微小，模具钢应有较高的耐热性能。,使用性能要求分析,2足够耐磨性 随着塑料制品用途的扩大，在塑料中往往需添加玻璃纤维之类的无机材料以增强塑性，由于添加物的加入，使塑料的流动性大大降低，导致模具的磨损，故要求模具有良好的耐磨性。,使用性能要求分析,3良好的热稳定性 塑料注射模的零件形状往往比较复杂
3、，淬火后难以加工，因此应尽量选用具有良好的热稳定性的材料，当模具成形加工经热处理后因线膨胀系数小，热处理变形小，温度差异引起的尺寸变化率小，金相组织和模具尺寸稳定，可减少或不再进行加工，即可保证模具尺寸精度和表面粗糙度要求。,使用性能要求分析,使用性能要求分析,4、耐腐蚀性 在成形过程中可能放出因受热分解出具有腐蚀性的气体，如HC1、HF等腐蚀模具的气体，有时在空气流道口处使模具锈蚀而损坏，故要求模具钢有良好的耐蚀性。,工艺性能要求分析,1、优良的切削加工性 大多数塑料成形模具，除电火花加工还需进行一定的切削加工和钳工修配。为延长切削刀具的使用寿命，在切削过程中加工硬化小。为避免模具变形而影响
4、精度，希望加工残余应力能控制在最小限度。,工艺性能要求分析,2、镜面加工性能 型腔表面光滑，成形面要求抛光成镜面，表面粗糙度低于Ra0.4m，以保证塑料压制件的外观并便于脱模。,工艺性能要求分析,3、热处理性能 在模具失效事故中，因热处理造成的事故一般是52.3，以致热处理在整个模具制造过程中占有重要的地位，热处理工艺的好坏对模具质量有较大的影响。一般要求热处理变形小，淬火温度范围宽，过热敏感性小，特别是要有较大的淬硬性和淬透性等等。,经济性能要求分析,满足使用性能和工艺性能的情况下，尽可能的降低材料的成本。,问题讨论二：按钢材特性和使用时的热处理状态 ，塑料模具钢有哪些种类？,1渗碳型塑料模
5、具用钢 渗碳型塑料模具用钢主要用于冷挤压成形的塑料模。为了便于冷挤压成形，这类钢在退火状态须有高的塑性和低的变形抗力。因此，对这类钢要求有低的或超低的含碳量，为了提高模具的耐磨性，这类钢在冷挤压成形后一般都进行渗碳和淬回火处理，表面硬度可达5862HRC。 此类钢国外有专用钢种，如瑞典的8416、美国的P2和P4等。国内常采用工业纯铁（如DT1和DT2）、20、20Cr、12CrNi3A和12Cr2Ni4A钢，以及国内最新研制的冷成形专用钢0Cr4NiMoV（LJ）。,2淬硬型塑料模具用钢 （1）常用钢种及热处理 常用的淬硬型塑料模具钢有：碳素工具钢（如T7A、T8A）、低合金冷作模具钢（如9
6、SiCr、9Mn2V、CrWMn、GCr15、7CrSiMnMoV钢）、Cr12型钢（如Cr12MoV钢）、高速钢（如W6Mo5Cr4V2钢）、基体钢和某些热作模具钢等。这些钢的最终热处理一般是淬火和低温回火（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。,（2）实际应用 碳素工具钢仅适于制造尺寸不大，受力较小，形状简单以及变形要求不高的塑料模；低合金冷作模具钢主要用于制造尺寸较大、形状较复杂和精度较高的塑料模；Cr12型钢适于制造要求高耐磨性的大型、复杂和精密的塑料模； W6Mo5Cr4V2钢适于制造要求强度高和耐磨性好的塑料模；热作模具钢适合于制造有较高强韧性和一定
7、耐磨性的塑料模。 GD钢也是近年新推广使用的一种淬硬型塑料模具钢。由于该钢强韧性高、淬透性和耐磨性好，淬火变形小，价格低，用此钢取代Cr12MoV钢或基体钢制造大型、高耐磨、高精度塑料模，不仅降低了成本，而且提高了模具的使用寿命。,3预硬型塑料模具用钢 所谓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硬度。这类钢的特点是在硬度3040HRC的状态下可以直接进行成形车削、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。 我国近年研制的预硬化型塑料模具钢，大多数是以中碳钢为基础，加入适量的铬、锰、镍、钼、钒等合金元素制成。为
8、了解决在较高硬度下切削加工难度大的问题，通过向钢中加入硫、钙、铅、硒等元素，以改善切削加工性能，从而制得易切削预硬化钢。有些预硬化钢可以在模具加工成形后进行渗氮处理，在不降低基体使用硬度的前提下使模具的表面硬度和耐磨性显著提高。,4时效硬化型塑料模具钢 此类钢的共同特点是含碳量低、合金度较高，经高温淬火（固溶处理）后，钢处于软化状态，组织为单一的过饱和固溶体。但是将此固溶体进行时效处理，即加热到某一较低温度并保温一段时间后，固溶体中就会析出细小弥散的金属化合物，从而造成钢的强化和硬化。并且这一强化过程引起的尺寸、形状变化极小。因此，采用此类钢制造塑料模具时，可在固溶处理后进行模具的机械成形加工
9、，然后通过时效处理，使模具获得使用状态的强度和硬度，这就有效地保证了模具最终尺寸和形状的精度。 此外，此类钢往往采用真空冶炼或电渣重熔，钢的纯净度高，所以镜面抛光性能和光蚀性能良好。这一类钢还可以通过镀铬、渗氮、离子束增强沉积等表面处理方法来提高耐磨性和耐蚀性。常用几种时效硬化型塑料模具用钢有：25CrNi3MoAl钢、18Ni类钢。,5耐蚀塑料模具钢PCR Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)钢属析出硬化不锈钢，硬度为3235HRC时可进行切削加工。该钢再经460480时效处理后，可获得较好的综合力学性能。,6其它塑料模具材料 （1）铜合金 用于塑料模材料的铜合金主要是铍青铜，如ZCuBe2、
10、ZCuBe2.4等。一般采用铸造方法制模，不仅成本低，周期短，而且还可制出形状复杂的模具。铍青铜可通过固溶时效强化，固溶后合金处于软化状态，塑性较好，便于机械加工。经时效处理后，合金的抗拉强度可达11001300MPa，硬度可达4042HRC。铍青铜适用于制造吹塑模、注射模等，以及一些高导热性、高强度和高耐腐蚀性的塑料模。利用铍青铜铸造模具可以复制木纹和皮革纹，可以用样品复制人像或玩具等不规则的成形面。,（2）铝合金 铝合金的密度小，熔点低，加工性能和导热性都优于钢，其中铸造铝硅合金还具有优良的铸造性能，因此在有些场合可选用铸造铝合金来制造塑料模具，以缩短制模周期，降低制模成本。常用的铸造铝合
11、金牌号有ZL101等，它适于制造要求高导热率，形状复杂和制造周期短的塑料模具。形变铝合金Lcq也是用于塑料模制造的铝合金之一，由于它的强度比ZL101高，可制作要求强度较高且有良好导热性的塑料模。,（3）锌合金 用于制作塑料模具的锌合金大多为Zn-4Al-3Cu共晶型合金。,120钢 该钢属于低碳碳素钢，强度低，韧度、塑性和焊接性均好，主要用于型腔简单，生产批量较小的塑料模，采用反印法制造模具，然后经渗碳淬火、回火处理，可获得外表高硬度又耐磨，心部韧性好的模具。,问题讨论三：常用的国内塑料模具钢的特性及应用如何？,220Cr 20Cr是我国目前产量最大的几个合金结构钢之一，用途非常广泛，比20
12、钢有较好的淬透性，中等的强度和韧度，经渗碳处理以后，具有很高的硬度、耐磨性和适当的耐腐蚀性，作为塑料模具用钢的用法同20钢。,问题讨论三：常用的国内塑料模具钢的特性及应用如何？,345钢 该钢具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当热处理以后，可获得一定的韧度、塑性和耐磨性，材料来源方便，一般经调质以后制造塑料模具，是我国目前塑料模具用钢最广泛的一个钢种。,问题讨论三：常用的国内塑料模具钢的特性及应用如何？,440Cr 此钢的抗拉强度与屈服强度比相应的碳素钢高20%，并具有良好的淬透性，良好的切削加工性能，此钢制造的塑料模具再经渗碳或碳氮共渗处理后，可以提高其耐磨性和耐蚀性。,问题讨论三：常用
13、的国内塑料模具钢的特性及应用如何？,1、HPM1 HPM1由日本日立公司生产。此钢是高级预硬塑料胶模具钢材，硬度高达3742HRC，无须再热处理。HPM1采用特殊溶解，切削性好（40 HRC时最好）。大件模料也拥有里外均衡的硬度以及加工性。 主要用于办公室自动化电气用品、通信电器用品（手机、摄像机、光碟盒）、家庭电气用品（吸尘器、冷暖气机、电熨斗）、汽车零件、常用树脂制品、化妆用品盒、精密橡胶模具、高强度模具板等。,问题讨论四：常用的进口塑料模具钢的特性及应用如何？,1、HPM1 HPM1由日本日立公司生产。此钢是高级预硬塑料胶模具钢材，硬度高达3742HRC，无须再热处理。HPM1采用特殊溶
14、解，切削性好（40 HRC时最好）。大件模料也拥有里外均衡的硬度以及加工性。 主要用于办公室自动化电气用品、通信电器用品（手机、摄像机、光碟盒）、家庭电气用品（吸尘器、冷暖气机、电熨斗）、汽车零件、常用树脂制品、化妆用品盒、精密橡胶模具、高强度模具板等。,问题讨论四：常用的进口塑料模具钢的特性及应用如何？,2、NAK80 NAK80由日本大同公司生产。此钢是预硬型塑料模具钢，出厂硬度已至3743HRC，无需热处理，抛旋光性极佳，切削性，蚀花性佳，真空脱气精炼处理钢质纯净。经过球化退火软化处理，切削加工性能良好。由于强化元素钒、钼特殊加入，耐磨性极其优异。 一般用在镜面抛光模具，防灰尘，电视机滤
15、光板，化妆品盒，精密皱纹加工模具，办公自动化设备，汽车零件放电加工模具。透明产品或要求光洁度的产品，如家庭、汽车、相机、电脑等用品上的透明产品模具。,问题讨论四：常用的进口塑料模具钢的特性及应用如何？,3、2738 2738由德国撒斯特公司生产。此钢是耐蚀镜面塑料模具钢，具有优良加工性能，易切削抛光和电蚀。 主要应用在大型塑料模具模架上，如汽车保险杠、电视机外壳模具等。适合要求高光整度的模具，如生产硬塑料（PS）及超不淬塑料（ABS）等。,4、P20 属于美国牌号，相当于中国牌号：3Cr2Mo 特性及适用范围： 预硬塑料模具钢。适用于长期生产高质塑料模具。此钢具有良好的可切削性及可一般抛光。,
16、5、718 718由瑞典一胜百公司生产。此钢是预硬塑料模具钢，其抛光 、电蚀、焊补性与切削加工性良好，出厂硬度达290330HB，无需再热处理可直接用于模具加工，缩短工期。真空脱气精炼处理钢质纯净，适合要求抛光或蚀纹加工塑料模。经锻轧制加工，组织致密，100%超声波检验，无气孔，针眼缺陷。 主要用于大型长寿命塑料注射模，如家电制品、电脑外壳等模具。高表面光洁度的塑料制品模具、吹塑模。由于硬度高，可用于塑料模具中的滑块成形工具；视生产需要可施加火焰硬化或氮化处理的模具零件。,问题讨论五：如何选用塑料模具工作零件材料？,1根据塑料模具寿命与价格选材,2根据塑料模具的型腔加工方法选材,3根据塑料制品种类和质量要求选用,表3-10,一般把模具按使用寿命的长短分五级，一级在百万次以上，二级是50万100万次，三级在30万50万次，四级在10万30万次，五级在10万次以下。一级与二级模具都要求用可以热处理硬度在50HRC左右的钢材，否则易于磨损，注射出的产品易超差，故所选的钢材
