塑料模具材料的选择.docx

1、塑料模具材料的选择模具材料选择原则作者: erss 发布日期: 2008-09-08（一）满足工作条件要求1耐磨性坯料在模具型腔中塑性变性时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。1强韧性模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶

2、粒度及组织状态。2疲劳断裂性能模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。3高温性能当模具的工作温度较高进，会使硬度和强度下降，导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此，模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度。4耐冷热疲劳性能有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，引起表面龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。冷热疲劳是热作

3、模具失效的主要形式之一，帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。6耐蚀性有些模具如塑料模在工作时，由于塑料中存在氯、氟等元素，受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加剧磨损失效。（二）满足工艺性能要求模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。1可锻性具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。2退火工艺性球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。3切

4、削加工性切削用量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。4氧化、脱碳敏感性高温加热时抗氧化怀能好，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。5淬硬性淬火后具有均匀而高的表面硬度。6淬透性淬火后能获得较深的淬硬层，采用缓和的淬火介质就能淬硬。7淬火变形开裂倾向常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件形状不敏感。8可磨削性砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤及磨削裂纹。（三）满足经济性要求在给模具选材是，必须考虑经济性这一原则，尽可能地降低制造成本。因此，在满足使用性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳

5、钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料。另外，在选材时还应考虑市场的生产和供应情况，所选钢种应尽量少而集中，易购买。 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150C-200C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

6、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

7、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Ra0.10.25的水平，光学面则要求Ra 1 000 000次)的模具应使用高硬度钢，其硬度为4865 HRC。 中等长时间使用(100 000到1 000 000次)的模具应使用预硬钢，其硬度为3045 HRC。 短时间使用(100 000次)的模具应使用软钢，其硬度为160250 HB。 表面粗糙度 许多塑料模具制造商对好的表面粗糙度感兴趣。 当添加硫改善金属切削性能时，表面质量会因此下降。 硫含量高的钢也变得更脆。 2) 影响材料可切削性的首要因素是什么？ 钢的化学成分很重要。 钢的合金成分越高，就

8、越难加工。 当碳含量增加时，金属切削性能就下降。 钢的结构对金属切削性能也非常重要。 不同的结构包括： 锻造的、铸造的、挤压的、轧制的和已切削加工过的。 锻件和铸件有非常难于加工的表面。 硬度是影响金属切削性能的一个重要因素。 一般规律是钢越硬，就越难加工。 高速钢(HSS)可用于加工硬度最高为330-400 HB的材料；高速钢+钛化氮(TiN)涂层，可加工硬度最高为45 HRC的材料； 而对于硬度为65-70 HRC的材料，则必须使用硬质合金、陶瓷、金属陶瓷和立方氮化硼(CBN)。 非金属参杂一般对刀具寿命有不良影响。 例如Al2O3 (氧化铝)，它是纯陶瓷，有很强的磨蚀性。 最后一个是残余

9、应力，它能引起金属切削性能问题。 常常推荐在粗加工后进行应力释放工序。 3) 模具制造的生产成本由哪些部分组成？ 粗略地说，成本的分布情况如下： 切削 65% 工件材料 20% 热处理 5% 装配/调整 10% 这也非常清楚地表明了良好的金属切削性能和优良的总体切削解决方案对模具的经济生产的重要性。 4) 铸铁的切削特性是什么？ 一般来说，它是： 铸铁的硬度和强度越高，金属切削性能越低，从刀片和刀具可预期的寿命越低。 用于金属切削生产的铸铁其大部分类型的金属切削性能一般都很好。 金属切削性能与结构有关，较硬的珠光体铸铁其加工难度也较大。 片状石墨铸铁和可锻铸铁有优良的切削属性，而球墨铸铁相当不

10、好。 加工铸铁时遇到的主要磨损类型为： 磨蚀、粘结和扩散磨损。 磨蚀主要由碳化物、沙粒参杂物和硬的铸造表皮产生。 有积屑瘤的粘结磨损在低的切削温度和切削速度条件下发生。 铸铁的铁素体部分最容易焊接到刀片上，但这可用提高切削速度和温度来克服。 在另一方面，扩散磨损与温度有关，在高切削速度时产生，特别是使用高强度铸铁牌号时。 这些牌号有很高的抗变型能力，导致了高温。 这种磨损与铸铁和刀具之间的作用有关，这就使得一些铸铁需用陶瓷或立方氮化硼(CBN)刀具在高速下加工，以获得良好的刀具寿命和表面质量。 一般对加工铸铁所要求的典型刀具属性为： 高热硬度和化学稳定性，但也与工序、工件和切削条件有关；要求切

11、削刃有韧性、耐热疲劳磨损和刃口强度。 切削铸铁的满意程度取决于切削刃的磨损如何发展： 快速变钝意味着产生热裂纹和缺口而使切削刃过早断裂、工件破损、表面质量差、过大的波纹度等。 正常的后刀面磨损、保持平衡和锋利的切削刃正是一般需要努力做到的。 5) 什么是模具制造中主要的、共同的加工工序？ 切削过程至少应分为3个工序类型： 粗加工、半精加工和精加工，有时甚至还有超精加工(大部分是高速切削应用)。 残余量铣削当然是在半精加工工序后为精加工而准备的。 在每一个工序中都应努力做到为下一个工序留下均匀分布的余量，这一点非常重要。 如果刀具路径的方向和工作负载很少有快速的变化，刀具的寿命就可能延长，并更加

12、可预测。 如果可能，就应在专用机床上进行精加工工序。 这会在更短的调试和装配时间内提高模具的几何精度和质量。 6) 在这些不同的工序中应主要使用何种刀具？ 粗加工工序： 圆刀片铣刀、球头立铣刀及大刀尖圆弧半径的立铣刀。 半精加工工序： 圆刀片铣刀(直径范围为1025 mm的圆刀片铣刀)，球头立铣刀。 精加工工序： 圆刀片铣刀、球头立铣刀。 残余量铣削工序：圆刀片铣刀、球头立铣刀、直立铣刀。 通过选择专门的刀具尺寸、槽形和牌号组合，以及切削参数和合适的铣削策略，来优化切削工艺，这非常重要。 关于可使用的高生产率刀具，见模具制造用样本C-1102:1 7) 在切削工艺中有没有一个最重要的因素？ 切削过程中一个最重要的目标是在每一个工序中为每一种刀具创建均匀分布的加工余量。 这就是说，必须使用不同直径的刀具(从大到小)，特别是在粗加工和半精加工工序中。 任何时候主要的标准应是在每个工序中与模具的最终形状尽可能地相近。 为每一种刀具提供均匀分布的加工余量保证了恒定而高的生产率和安全的切削过程。 当ap/ae(轴向切削深度/径向切削深度)不变时，切削速度和进给率也可恒定地保持在较高水平上。 这样，切削刃上的机械作用和工作负载变化就小，因此产生的