《塑料模具的材料选用与热处理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《塑料模具的材料选用与热处理.ppt（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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 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,第4章 塑料模具钢及其热处理,目录,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,塑
2、料模具用钢及适应的工作条件,4.1 塑料模具的工作条件与性能要求,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30200MPa，闭模压力1.52倍 3.耐热性：20350 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3545HRC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
3、 7.焊接性能,4.1 塑料模具的工作条件与性能要求,表4-1 常用塑料的成型条件,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,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
4、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。 （5）模具的制造工艺 （6）现有的设备及技术水平,4.2 塑料模具材料的选用,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 塑料模具用钢有哪六种？,4.2.1 几种典型塑料模具材料,表4-2 塑料模具用钢分类,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 几种典型塑料模
5、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：5862HRC 常用牌号： 20，20Cr，20Mn，12CrNi3A， 20CrNiMo，DT1，DT2，0Cr4NiMoV 国外钢号：8416（瑞典）、P2、P4(美国) 重点介绍： 0Cr4NiMoV(LJ)钢、12CrNi3A钢,（一） 0Cr4NiMoV(LJ)钢 1. 化学成分： 表3-3 LJ钢的化学成分（质量分数） （%）,该钢含碳量很低，因而塑性优异、变形抗力低。钢中主加元素为铬，辅加元
6、素为镍、钼、钒等，合金元素的主要作用是提高淬透性和渗碳能力，增加渗碳层的硬度和耐磨性以及心部的强韧性。,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,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8802，炉冷至650出炉空冷 硬度100105HBS，可顺利进行冷挤压成形。 渗碳：930(68),LJ钢渗碳速度快，渗层比20钢深一倍。 淬火：850 870油淬 回火：2002202 表面5860HRC，心部2729HRC，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
7、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。,（二）12CrNi3A钢 1.化学成分：中淬透性合金渗碳钢 该钢含碳量低，加入镍、铬合金元素，以提高钢的淬透性和渗碳层的强韧性，尤其是镍，在产生固溶强化的同时，明显增加钢的塑韧性。与其它冷成形塑料模具钢相比，该钢的冷成形性属于中等。 表3-4 12CrNi3A钢的化学成分 （质量分数）（%）,2.工艺性能： 锻造工艺：加热1200，始锻1150，终锻850 退火工艺：74076046,以510的速度缓冷至600
8、，再炉冷至室温 硬度160HBS，适于冷挤压成形。 正火工艺：870900 34后空冷 硬度229HBS，切削加工性良好。 气体渗碳：900920 67 渗碳层：0.91.0 淬火工艺：渗碳后预冷至800850直接油淬或空冷 表层硬度：5662HRC 心部硬度：250380HBS，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，,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
9、冷作模具钢：Cr12、Cr12MoV 高速钢：W6Mo5Cr4V2 基体钢和某些热作模具钢：65Nb等 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：4550HRC,4.2.1 几种典型塑料模具材料,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
10、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。,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。 特点：在硬度3040HRC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,1. 3Cr2Mo（P20）钢
11、3Cr2Mo钢是引进的美国塑料模具钢常用钢号。 （1）化学成分及相变点 表3-5 3Cr2Mo钢的化学成分 （质量分数）（%）,相变点：c1=770，Ac3=825，Ar1=640，Ar3=760， s=300，f=120。,（2）工艺性能 锻造：加热11001150，始锻10501100， 终锻850，锻后空冷。 退火：85024h+72046h， 500出炉空冷。 淬火及回火：860870油淬， 540580回火。 预硬态硬度为3035HRC。 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。,1. 3Cr2Mo（P20）钢,（3）力学性能 表3-6 P20钢室温力
12、学性能(850淬火，550回火),（4）实际应用 制造大型塑料模具：电视机的外壳模具、洗衣机面板盖模具 其切削加工性能及抛光性能均显著优于45钢，在相同抛光条件下，表面粗糙度比45钢低13级。 制造电视机外壳塑料模具，成型24万模次，模具仍完好无损。,1. 3Cr2Mo（P20）钢,2. 3Cr2NiMo（P4410）钢 （1）化学成分及相变点 3Cr2NiMo钢是3Cr2Mo钢的改进型。 国内试制的P4410钢(瑞典生产的718钢) 表3-7 P4410的化学成分（质量分数） （%）,相变点: Ac1=725, Ac3=810, Ms=280。,(2)生产工艺 碱性平炉粗炼真空脱气、钢包喷粉
13、精炼水压机锻造粗加工超声波探伤调质热处理检验出厂。 钢材洁净度较高，组织细密，镜面抛光性能好，表面粗糙度可达Ra0.050.025m。 (3)性能特点 表3-8 P4410钢的力学性能(860淬火，650回火),2. 3Cr2NiMo（P4410或瑞典718）钢,(3)性能特点,2. 3Cr2NiMo（P4410）钢,预硬态硬度值为3236HRC。 不需退火，可直接进行车、铣、磨等加工。 不需淬火回火，可直接使用，没有热处理变形。 (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：800825，空冷或压缩空气冷却，5662H
14、RC 表面镀铬：表面硬度可由370420HV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。,3. 8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢 由华中科技大学、首钢等单位研制的易切削精密塑料成形模具钢，是为适应精密塑料模和薄板无间隙精密冲裁模之急需而设计的。 表4-9 8Cr2S钢的化学成分,（1）钢的特点 淬透性好,热处理变形小：空冷淬硬直径100mm以上，空淬硬度为61.562HRC，当860900淬火，160300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207239HBS，切削加工时，可比一般工具钢缩短加工工
15、时1/3以上。硬态4045HRC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12级，最低表面粗糙度为Ra 0.1m。 表面处理性能好：渗氮性良好，渗氮层达0.20.3mm，渗硼附着力强。 （2）应用 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12个数量级，表面粗造度低12级，使用寿命普遍高23倍，有的高十几倍。,3.
16、8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢,4. 5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢 易切削高韧性塑料模具钢 在预硬态（3545HRC）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 0.20.1m，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。,表3-9 5NiSCa钢的化学成分（质量分数）（%）,加热时相变点695735，冷却时相变点378305，Ms220。,4. 5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢 易切削高韧性塑料模具钢 （1）化学成分及相变点,4.
