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宿州市榮昌塑膠制品有限公司

塑料模具用鋼的種類和選擇

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點擊次數:700 更新時間:2016年09月06日19:30:40 【】 【】
核心提示︰  ~讀書園地~塑料模具用鋼的種類和選擇薄鑫濤(寶鋼集團上海五鋼有限公司鍛造廠)本文簡述塑料成型模用鋼的性能要求和滲碳型、調質硬化型、泮硬型、耐蝕型等各類塑料模具用鋼的材料及選擇,另外,也列出一些常見

  ~讀書園地~塑料模具用鋼的種類和選擇薄鑫濤(寶鋼集團上海五鋼有限公司鍛造廠)本文簡述塑料成型模用鋼的性能要求和滲碳型、調質硬化型、泮硬型、耐蝕型等各類塑料模具用鋼的材料及選擇,另外,也列出一些常見的進口塑料模鋼牌號。

  隨著塑料工業發展的突飛猛進,塑料模等向性好。具的需求量急劇增加。據報導,不少工業發達國家塑料模具的產值已躍居于模具制造業的首位。為了適應塑料制品的尺寸日趨大型化、形狀的復雜化和表面裝飾的美觀化,塑料模具正朝著大型化、復雜化、精密化和多腔化方向發展。

  1.塑料模具鋼的性能要求塑料制品的成型有注射(注塑)、壓縮(壓塑)、擠壓、壓注和吹塑等多種方法,其配備的塑料模零部件分兩大類。一類為結構件,包括澆注系統、導向件、定模板、頂出機構件、支承件等,選用材料一般為中、低碳的碳素結構鋼或合金結構鋼和碳素工具鋼等其中部分零部件市場上有標準產品供應;另一類為成型件,包括型腔、型芯、嵌瓖件等,是直接成型塑料制品的關鍵部件。成型件結構復雜、要求尺寸精硫接縫密合和表面光滑,使用材料所要求的強度和韌度雖不如冷作模和熱作模的那樣高,但必須具備如下的特定性能要求。

  表1滲碳型塑料模具用鋼鋼號代號化學成分(質量分數)標準號其它注1︰標準號GyT 6991999中所列鋼號、ISC代號為優質鋼。

  如是高級優質鋼,在鋼號後面加“A”,ISC代號最後一位數字改為“3”;如是特級優質鋼,在鋼號後面加“E”,ISC代號最後!位數字改為“6'差別在于P和S的含量,上述三類鋼分別以>0.035%,30771999中所列鋼號、ISC代號指優質鋼u高級優質鋼(帶”A“鋼)尾部數字為”3“,特級優質鋼(帶”E“鋼)尾部數字為”6'鋼號S、P及殘余(︰1(︰1-、︰冷擠空冷)冷擠壓成型後進行滲碳淬火和低溫回火處理。表面硬度可提高至58~62HRC,具有高的耐磨性;同時心部硬度為28HRC左右,有良好的強韌性。

  2.2非合金型塑料模具專用鋼非合金型塑料模具專用鋼YB/T 1071997列出SM45、SM48、SM50、SM53、SM55,成分見表2.這類鋼與優質碳素結構鋼相比,鋼中的實際S、P含量低,鋼材的純淨度好,且碳含量的波動範圍窄,力學性能更穩定。這類鋼適宜于制造形狀簡單的小型塑料模具或精度要求不高、使用壽命不需要很長的塑料模具。表2非合金型塑料模具專用鋼(YB/T1071997)鋼號化學成分(質量分數)不大于常見的45鋼價格低廉、來源方便目前用作塑料模具仍較為廣泛,但其淬透性差。制造較大尺寸模具時,一般用熱軋、熱鍛的退火態或正火態,由于硬度低,耐磨性差,故壽命較低;可以采用調質處理獲得一定的硬度及強韌性來制造屬于中、低檔次的中、小型模具。

  2.3調質硬化型塑料模具用鋼調質硬化型塑料模具用鋼大體有三類。

  2.3.1中碳合金結構鋼典型用作塑料模具鋼的有40Cr、42CrMo和38CrMoAl鋼等,相應的ISC代號為A20402、A30422和A33382代號尾數也可為3和6,所指含義和成分上差別可見表1注2.其多半以調質狀態使用。由于這三種鋼種為人所熟知,成分不另列出,相應標準可查GB/T3077 40Cr鋼調質後有良好的綜合力學性能,比相應的碳鋼強度高20%左右,且有良好的低溫沖擊韌度和低的缺口敏感性,適于制作中型塑料模具。另外,40Cr鋼還可結合碳氮共滲工藝處理,進一步提高耐磨性和抗蝕性。

  強韌性,且有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力,低溫沖擊韌性良好。適于制造要求一定強度和韌性的大、中型塑料模具。

  氮處理,表面硬度高(大于850HV)並具有一定的抗蝕性。適用于聚氯乙烯、聚碳酸酯有腐蝕性氣體及耐磨的注射模等。

  2.3.2預硬化型塑料模具專用鋼國內、外廣泛采用的預硬化型塑料模具目前,國內許多冶金廠和少數機械廠均能提供該類鋼的各種規格尺寸並經預硬處理的模塊、扁鋼或圓棒(硬度28~40HRC)。用戶購置後可以直接加工成型使用,避免加工後再熱處理造成的變形、開裂、脫碳等缺陷,從而大大提高制模的精度,並縮短制模周期。

  如需進一步提高模面硬度,可施行火焰淬火或滲氮處理等。

  SM3Cr2Mo鋼可用于多種塑料的注塑、壓縮和吹塑成形的模具,供貨硬度一般為28 ~36HRC,機加工及拋光性好,適于制造大、中型和精密的塑料模具(一般模具厚度<鋼,加入Ni後進一步提高鋼的淬透性、強韌性和抗腐蝕性。預硬化後大模塊的整個截面硬度更為均勻,適于制造特大型、大型塑料模具(模具厚度可大于400mm)和精密塑料模具。

  國內、外部分企業生產3Cr2Mo、3Cr2MnNiMo鋼的對應牌號也列于表3.表3預硬型塑料模具專用鋼(GB/T12992000)及國內外廠商牌號代號化學成分(質量分數)鋼號不大于鋼號上海五鋼公司撫順特鋼公司廣重鑄鍛公司美瑞典德國奧地利日本韓國大同特鋼(株)重工業(株)3.3易切削預硬型塑料模具用鋼塑料模具成型的切削加工量大,其切削加工性能顯得十分重要,特別預硬化後,用戶對之更為關注。供貨單位往往加入易切削元素及變質劑,如S、Ca、Re等來改善鋼的切削性能。現已表明︰單一S系鋼,雖在低、中速切削條件下具有良好的切削性能,但由于MnS在熱變形時會沿變形方向伸長,增加鋼的各向異性、顯著降低鋼的橫向塑、韌性;而表4國內開發的易切削預硬化塑料模具鋼及處理工藝米用SCa復合系和噴射冶金技術,大大改善MnS的形態和分布,從而改善鋼的等向性能。國內開發的易切削預硬型塑料模具鋼較多,典型的牌號有5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)鋼,其化學成分和預硬化工藝見表4.這類鋼與常見的預硬型塑料模具鋼相比,其含碳量相應提高,並加入一定量易切削元素S或SCa預硬化後硬度雖高達35~45HRC,但仍能直接切削加工制模,且有高的耐磨性。在較好的硫化物形態與分布時,並不會影響鋼的鏡面拋光性。往往用于制造大、中型塑料模。

  化學成分(質量分數)牌號簡稱其它預硬化處理工藝處理後硬度(HRC)Ca復合易切削元素和噴射冶金技術,改善了硫化物的形態、分布和鋼的各向異性。該鋼有較高的淬透性、高韌度,預硬態(42HRC)仍具有好的切削加工性,而且具有良好的拋光性和焊補性。適用于型腔復雜的塑料注射模、壓縮模或變形要求極小的大型塑料成型模,也可用來制造透明塑料模。另外,該鋼可以滲氮或鍍Cr、Ni進一步提高表面硬度和抗蝕性。

  糙度和高淬透性,可用于大型鏡面塑料模或精密塑料模。)鋼由于預硬態硬度高(40~42HRC),耐磨性好,更適于制造硬質塑料模具,不足之處抗腐蝕性稍差。

  切削鋼國內外鋼種牌號為P20SReP20BSCa(中國華中)德國Thyssen公司為GS2312(1.2312)奧地利Bbhler公司為M202. 2.4泮硬型塑料模具用鋼常用的淬硬型塑料模具鋼有碳素工具鋼~T12)(表5)低合金冷作模具鋼(9SiCr、鋼)和基體鋼(表7)。該類鋼成型後再熱處理(淬回火)、硬度通常高于45 50HRC尤其適用于受力大,易磨損、並受到周期性脫模沖擊和踫撞的熱固性塑料成型模。

  表5用作塑料模具鋼的碳素工具鋼(GB/Tl298l986)鋼號代號化學成分(質量分數)表6用作塑料模具鋼的合金工具鋼(GB/Tl299-2000)75080-1.2000300030表7塑料模具用部分基體鋼牌號代號化碳素工具鋼僅適于制造耐磨性較高,但尺寸不大,受力較小、形狀簡單以及變形要求不高的塑料模。利用其淬透性低的特點來制造要求表面耐磨而心部有一定韌性的凹模是十分有利的。

  低合金冷作模具鋼主要用于制造尺寸較大、形狀較復雜和精度較高、生產批量大、耐磨性好的塑料模。

  Crl2型鋼適于制造要求高耐磨性(含有固態粉末或玻璃縴維)的大型、復雜、高壽命熱作模具鋼適于制造有較高強韌性、使用溫度較高和一定耐磨性的塑料模。

  對于大型、精密、形狀復雜的型腔及嵌件,要求熱處理後具有優良耐磨性的模具可考慮選用基體鋼。

  6CrNiSiMnMo(GD)鋼是推廣應用的一種淬硬型塑料模具鋼,其強韌性好、淬透性和耐磨性高、淬火變形小、成本低,可以取代Crl2MoV或基體鋼制造大型、高耐磨、高精私陽2.5時效硬化型塑料模具用鋼時效硬化型塑料模具鋼含碳量較低,並含有Ni、Al、Ti、Cu、M等合金元素,往往先經固溶處理(有可逆時效性能的鋼種可補加高溫回火)在低硬度下加工,成型後進行時效處理,硬度提高至45~50HRC.適于制造表8國內開發的時效硬化型塑料模具鋼及熱處理工藝形狀復雜、高精度及透明塑料的模具。值得注意如固溶處理硬度降得很低時,也可采用冷擠壓成型法來制作復雜型腔的模具。國內牌號化學成分(質量分數)其它牌號時效熱處理工藝時效後硬度,HRC 850士20C空冷,(硬度HRC3032)機加工後時效(510士10C48h空冷)23)機加工後時效(500-540C︰4-8h空冷一CuAl析出硬化鋼,經電渣重熔後,鋼質純淨,而且優異的鏡面拋光性,良好的圖案蝕刻性、冷熱加工性及綜合力學性能,具有時效處理的變形量極小(萬分之5以下)是熱塑性塑料透明件和各種高光亮度要求的塑料制品成型模的專用鋼,如制造各種光學塑料鏡片、外觀質量要求極高的光潔、光亮和家用電器。該鋼滲氮性能好,時效處理可與滲氮處理同時進行。另外,還有良好的焊補性。

  序金屬間化合物NiAl而得到強化,其可以針對不同的使用要求采用不同的熱處理方法9.舉例如下︰熱後空冷或水冷(硬度48~50HRC)680°C4~6h回火水冷或空冷(硬度22~23HRC)加工成模一時效處理520~540C6~8h空冷(硬度39~42HRC,時效變形率一0.039%)研磨打光或光刻花紋一裝配使用。

  出優點是熱處理變形小、固溶硬度低、切削加工性能好,時效後硬度43 48HRC,研磨表面粗糙度低,綜合力學性能好;另外,具有良好的滲氮、焊接性能適于制造高精度塑料模具。

  另外,常見的時效硬化鋼還有超低碳高化學成分(質量分數)2.6耐蝕塑料模具用鋼耐蝕塑料模具鋼用于成形過程中釋放出腐蝕氣體的塑料模具,常用有︰Crl3型馬氏體耐蝕鋼、9Crl8高碳高鉻馬氏體不銹鋼、lCrl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼及0Crl7Ni4Cu4Nh(74PH)馬氏體沉澱硬化不銹鋼,(見表10)。當然其應用不限于制造塑料模具,請參閱有關的書或熱處5膨上刊登的系列文章。

  2Cr13、4Crl3鋼適用于制造一般抗腐蝕介質條件下的塑料模和透明塑料制品模。4Cr13鋼比2Cr13鋼有更高強度,可制造要求一定強度、較大截面的塑料模具但耐蝕性稍差。

  鋼號代號化學成分(質量分數)其它9Crl8Mo鋼淬火後具有高硬度、高耐磨性和耐腐蝕性能,適于制造承受高耐磨、高負荷以及在腐蝕介質作用下的塑料模具lCrl7Ni2鋼對硝酸、大部分有機酸及其水溶液都有良好的耐腐蝕性能,適于制造含有這些腐蝕介質作用的塑料模具。

  lCrl8Ni9Ti鋼具有良好的耐酸性介質腐蝕能力和良好的抗氧化性,適用于制造抗酸性腐蝕、抗氧化性的塑料制品模,但該鋼的強度較低,不適于承受很大壓力。

  表11部分國外耐蝕鋼牌號體時效不銹鋼可作為0Crl7Ni4Cu4Nh(l74PH)的代用鋼適用于制作高耐磨的耐蝕塑料模如成型氟塑料、聚氯乙烯或添加阻燃劑的塑料樹脂模。0Crl6Ni4Cu3Nh鋼成分為C<0.後,經460~480°C時效,硬度達42~44HRC,該鋼可進行物理氣相沉積(PVD)進一步提高表面硬度,增加耐磨性。部分常見用于塑料模具鋼的國外耐蝕鋼牌號見表11.美國ASTM標準瑞典日本大同特鋼(株)德國奧地利BoHLER公司韓國重工業(株)修正)2.7無磁塑料模具用鋼態,具有非常低的導磁系數,適于制造無磁模具,生產磁性塑料制品。

  2.8非調質預硬塑料模具鋼這類鋼經軋(鍛)後空冷或控制冷卻,鋼材直接達到所要求的硬度(一般為30~40HRC)省去預硬化熱處理工序,大大有利于節約能源,降低成本,縮短生產周期。國內有FT易切削非調質微合金鋼(硬度30 ~38HRC)寶鋼股份生產的B20、B25、B30模塊。此類鋼還在進一步發展。

  3結束語隨國民經濟發展塑料模具需求量急劇增加急,同時對塑料模具用鋼提出了特定性能要求。

  塑料模具一般結構形狀復雜,造價高,使用中有一定的壽命指標,更要防止意外斷裂損壞。為此,人們對塑料模具鋼愈益重視。

  本文由國內外的現狀出發,系統的對滲碳型、調質硬化型、淬硬型、時效硬化型、耐蝕性、無磁性和非調質預硬化等八種模具用鋼及其正確應用作了敘述。國內雖還未建立獨立的塑料模具專用鋼體系,在眾多的這些塑料模具鋼中,如何按據塑料制品要求及塑料模具的特定性能,合理選擇塑料模具用鋼是極為重要的一項工作。

  人們應著重注意,選擇塑料模具用鋼,要根據塑料制品的材料、形狀復雜程度、性能要求、精度等級、模具規格尺寸、加工性能、工作條件(環境)、壽命要求以及生產批量、鋼材來源和成本等加以綜合考慮。


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