模具材料选择原则与模具设计.docx
《模具材料选择原则与模具设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模具材料选择原则与模具设计.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
模具材料选择原则与模具设计
塑料模具材料的选择
目前，塑料制品日益广泛地应用于日常生活，其中注射成型技术约占80％。
注射成型因其一次成型、尺寸精确、可带嵌件、生产率高、易于实现现代化、后加工量少等特点广泛应用于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等诸多领域。
塑料模具的选用，对于塑料工业生产能否收到好的经济效益非常关键，因此，模具设计者了解模具材料的基本要求和选择恰当的材料相当必要。
塑料模具的工作条件与冷冲模不同，一般须在150°C-200°C下进行工作，除了受到一定压力作用外，还要承受温度影响。
现根据塑料成型模具使用条件、加工方法的不同将塑料模具用钢的基本性能要求大致归纳如下：
1．足够的表面硬度和耐磨性
塑料模的硬度通常在50-60HRC以下，经过热处理的模具应有足够的表面硬度，以保证模具有足够的刚度。
模具在工作中由于塑料的填充和流动要承受较大的压应力和摩擦力，要求模具保持形状的精度和尺寸精度的稳定性，保证模具有足够的使用寿命。
模具的耐磨性取决于钢材的化学成分和热处理硬度，因此提高模具的硬度有利于提高其耐磨性。
2．优良的切削加工性
大多数塑料成型模具，除EMD加工外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，提高切削性能，减少表面粗糙度，塑料模具用钢的硬度必须适当。
3．良好的抛光性能
高品质的塑料制品，要求型腔表面的粗糙度值小。
例如，注塑模型腔表面粗糙度值要求小于Ra0.1～0.25的水平，光学面则要求Ra<0.01nm，型腔须进行抛光，减小表面粗糙度值。
为此选用的钢材要求材料杂质少、组织微细均一、无纤维方向性、抛光时不应出现麻点或桔皮状缺陷。
4．良好的热稳定性
塑料注射模的零件形状往往比较复杂，淬火后难以加工，因此应尽量选用具有良好的热稳定性的，当模具成型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。
45、50牌号的碳素钢具有一定的强度与耐磨性，经调质处理后多用于模架材料。
高碳工具钢、低合金工具钢经过热处理后具有较高的强度和耐磨性，多用于成型零件。
但高碳工具钢因其热处理变形大，仅适用于制造尺寸小、形状简单的成型零件。
随着塑料工业的发展，塑料制品的复杂性、精度等要求愈来愈高，对模具材料也提出更高要求。
对于制造复杂、精密和耐腐蚀性的塑料模，可采用预硬钢（如PMS）、耐蚀钢（如PCR）和低碳马氏体时效钢（如18Ni-250），均具有较好的切削加工、热处理和抛光性能及较高强度。
此外，在选择材料时还须考虑防止擦伤与胶合，如两表面存在相对运动的情况，则尽量避免选择组织结构相同的材料，特殊状况下可将一面施镀或氮化，使两面具有不同的表面结构。
模具钢材选用表及塑料模具材料的选择
来源:
COM时间:
2009-4-99:
51:
06
模具钢材选用表及塑料模具材料的选择
国产塑料模具钢
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HRC50左右的钢材，否则易于磨损，注塑出的产品易超差，故所选的钢材既要有较好的热处理性能，又要在高硬度的状态下有好的切削性能，当然还有其他方面的考虑。
通常选用瑞典的8407，S136,美国的420,H13,欧洲的2316，2344，083，或日本的SKD61，DC53（原为五金模材料，特殊情况下使用。
）一类的钢材。
除此外，注塑的原料及其所增加的填料对选用刚才有很大的影响，尤其是玻璃纤维对模具的磨损大。
有些塑胶料有酸腐蚀性，有些因添加了增强剂或其他改型剂，如玻璃纤维对模具的损伤大，选材时均要综合考虑。
有强腐蚀性的塑胶一般选S136，2316，420一类钢材，弱腐蚀性的除选S136，2316，420外，还有SKD61，NAK80，PAK90，718M。
强酸性的塑胶料有：
PVC，POM，PBT弱酸性的塑胶料有：
PC，PP，PMMA，PA，产品的外观要求对模具材料的选择亦有很大的影响，透明件和表面要求抛镜面的产品，可选用的材料有S136，2316，718S，NAK80，PAK90，420，透明度特高的模具应选S136，其次是420。
以上是从满足产品要求来说，但作为一个设计师，你只考虑这些的话，你不但不可能成为一个好的设计师，可能你的饭碗都有问题，你涉及的模具所需求的成本是重中之重，你还要考虑价格，就拿S136与2316来比较，每公斤相差55—60元，如果你选择不当，你老板不是接不到单，就是做到破产。
三级模具用预硬料多，牌号有：
S136H，2316H，718H，083H，硬度HB270----340，四五级模具用P20，718，738，618，2311，2711，对于要求特低的模具，还有可能用到S50C，45#钢，即直接在模胚上做型腔
碳素模具钢
来源:
COM时间:
2009-4-910:
24:
23
国际模具网
碳含量对于经淬火及低温回火后钢的强度和塑性也有影响，对于亚共析钢而言，随着碳含量的增加，淬火后钢的强度增加，到碳含量为0．6％～0．7％时，达到最大值；随后则降低，接近共析成分时为最低。
当碳含量超过1．15％时，由于渗碳体分布不均匀，强度又下降。
总的说来，随着碳含量的增加，钢的韧性逐渐下降。
碳素工具钢通常用电弧炉或平炉进行冶炼。
由于钢中的碳含量较高，导热性较差，在热加工时，钢锭或大型钢坯加热时的装炉温度不宜过高、升温速度（尤其是在低温下）不宜过快，以免产生过大的热应力而造成裂纹。
加热时必须保证钢材透烧；但是，在高温停留时间不宜过长，以免造成严重脱碳。
热加工（锻、轧）时，要保证热加工后钢中网状碳化物能够大部分被破碎。
因为钢中存在不均匀或粗大碳化物，会使钢材质量变坏、切削加工变得困难、模具在热处理时容易开裂、热处理后的硬度不均匀、使用时易崩刃。
因此，锻、轧热加工碳素工具钢时，必须要有适当的压缩比（一般大于4）；对于碳含量高的T12及T13钢，有时还须采用镦粗拔长的方法来进行锻造，以使钢中的碳化物均匀细化。
碳素工具钢的终锻、终轧温度一般800右为宜，锻、轧加工后应迅速冷至650℃，然后进行缓冷，以免析出粗大或网状的碳化物。
热加工后的碳素工具钢具有珠光体组织，硬度较高，而且其组织也不符合最终热处理的要求。
为了改善钢材的切削加工性能和为最终热处理作组织准备，需要进行球化退火，退火后的组织和硬44 1模具钢基础理论度应符合（3-B1298—86的要求；在钢中不允许有连续网状的碳化物存在，破碎的网状碳化物按GBl298—86标准所附的第二级别图评定。
淬火后得到马氏体组织，使模具钢具有高硬度和耐磨性。
淬火后不可避免地存在一定数量的残余奥氏体和粗大的马氏体，降低钢材的机械强度并增加脆性，故对于用高碳钢制造的模具淬火马氏体级别有一定的限制。
否则模具使用时易发生脆性损坏。
碳素工具钢的淬火加热温度一般根据钢的临界点来选择，取A。
1以上30～50℃，但Acm点高的钢，淬火温度也可以高一些。
为了提高尺寸较大模具的表面硬度，可考虑采用较高的淬火温度。
小尺寸的模具，可以选择较低的淬火温度以得到良好的力学性能。
为了减少模具的淬火变形及开裂，在尺寸大小或使用条件允许的情况下，应选用冷却能力较缓慢的冷却介质，此时，可采用较高的淬火温度。
例如，在油或硝盐中淬火的模具，加热温度比水淬的提高20℃左右，以便仍能得到较深的淬硬层和较高的硬度。
由于提高淬火温度而引起力学性能的降低，可由冷却缓慢使淬火内应力的减少得到一定程度的抵消。
若原始组织中为细片状和点状珠光体组织，加热时渗碳体易溶解，应选择较低的加热温度；具有粗球化珠光体组织的钢，可选择较高的淬火加热温度。
淬火保温所需要的时间，必须保证模具内部达到淬火温度并形成碳浓度均匀的奥氏体，否则淬火后将不能得到良好的性能。
当然，过长的保温时间，也会使模具过热、表面脱碳、浪费能源和降低生产率。
在淬火
加热时，为了防止模具表面的氧化和脱碳，一般在盐浴中进行加热。
因为碳素工具钢淬透性低，对于有效厚度为5mm的模具一般用油淬；有效厚度为5～10mm的模具，可在150～160℃的硝盐浴中分级淬火；有效厚度为10～15mm的模具，可在140～160℃的碱浴中分级淬火；有效厚度为15～18r）qlYl的模具，在水中可以淬透，但容易产生很大的内应力和变形，因此，碳素工具钢仅适宜制造小截面的模具。
碳素工具钢在淬火后具有高硬度，但存在淬火内应力，塑性1．3碳素模具钢低、强度也不高，必须经过回火，以改善其力学性能。
低温回火时，在钢中e一碳化物（Fe2．4C）从马氏体中析出，具有很高的弥散度，马氏体中碳含量下降，钢的硬度有点降低，但是强度和塑性提高，从而减少了模具的崩刃现象。
随着回火温度的提高，钢中的残余奥氏体量减少，至250℃基本上分解完毕。
高于200℃回火、钢的硬度、强度性能迅速下降。
因此，使用碳素工具钢制造的模具，一般采用低温回火（≤200℃），对于制造锻模用的模具钢，为了得到高的韧性，回火温度可提高至350～450℃。
亚共析成分的碳素工具钢，如17钢具有较好的塑性和强度，适于制作承受冲击负荷的工、模具（如锻模、凿子、锤子等）和切削软材料的刀具（如木工工具）。
T8、T9钢淬火加热时容易过热，但硬度和耐磨性较高，一般用于制造形状简单的模具和切削软金属的刀具和木工工具。
过共析成分的碳素工具钢，如碳含量在0．95％～1．15％之间的T10、T11钢，在780～800℃加热，仍保持细晶粒组织，而且淬火后钢中有未溶的过剩碳化物，有利于耐磨，所以，这种钢应用较广，适宜制造耐磨性要求较高的模具，如冷冲模、拉丝模、切边模等。
碳含量在1．15％～1．35％之间的T12、T13钢，淬火后有较多的过剩碳化物，因此耐磨性和硬度高，韧性低，不宜制造承受冲击载荷的工、模具，而适于制造拉丝模、丝锥、板牙等。
各国模具钢、工具钢规格特性对照
来源:
国际模具网时间:
2009-6-158:
10:
45
模具钢、工具钢规格特性对照
钢种
韩重
美国
德国
瑞典
日本
出厂硬度
（交货基准）
化学成分（%）
特性
淬火温度℃
回火后硬度hrc
用途
hj
aisi
din
assab
jis
c
si
mn
ni
cr
mo
塑料模具钢
hp-1a
1050优化
/
assab760
s55c优化
预硬化表面hs28-33
0.50-0.55
0.15-0.35
0.70-0.9
≤0.5
/
/
良好的加工性和大为减少的加工时间
一般杂货的型板玩具，精密部件的基材
hp-4a
4140优化
2311
holdex
scm440优化
预硬化表面hs38-44
0.36-0.44
0.15-0.35
0.85-0.95
≤0.5
0.90-1.1
0.25-0.35
良好的加工性和抗磨损性，加工变形微小
830-860
大型模具的型板汽车保险杠，电视机后盖
hp-4ma
p20优化
2738
assab718
sncm优化
预硬化表面hs41-47
0.33-0.37
0.15-0.35
0.80-1
0.40-0.5
1.65-1.75
0.40-0.5
良好的加工性和抗磨损性，硬度分布均一
840-870
大型模具的型板高表面要求家用电器
ham-70
p21优化
/
/
daidonak80
预硬化表面
hsc37-41
0.05-0.25
0.10-0.7
升级会员 