2模具零件常用的材料

模 具 制 造 技 术中北大学材料学院2 2 模具零件常用的材料模具零件常用的材料 本章重点介绍（1）碳钢、合金钢的分类、牌号和命名和用途；（2）塑料模具零件常用材料的特点、用途；（3）挤出机头常用的原材料；。模具零件常用的材料模具零件常用的材料本章要点本章要点碳钢的分类、牌号碳钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号模 具 制 造 技 术中北大学材料学院2.1 2.1 塑料塑料模具常用材料常用材料 2.1.1 碳钢的分类及牌号 钢和铸铁都称为铁碳合金。一般含碳量在0.02%-2%之间的铁碳合金称为钢；含碳量大于2%的称为铸铁。碳的含量对其性质有决定性的影响.相对铸铁而言,钢的含碳量低,其性质是强而韧,而普通铸铁的含碳量高,其性质是硬而脆.1碳钢的分类 按化学成分的不同,钢分为碳素钢和合金钢。其中碳素钢占90%左右，合金钢仅占10%，因此工业上基本的金属材料是碳素钢。常用的碳素钢中,含碳量约为0.05%-1.4%,主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等杂质。模 具 制 造 技 术中北大学材料学院（1）按钢的含碳量分类：碳素钢的分类：低碳钢 中碳钢 高碳钢 wC0.25%08 15 200.25%wC0.6%30 40 45 50 55 0.6%wC1.35%T8 T10 T12 （2）按钢的组织分类：亚共析钢 共析钢 过共析钢 wC0.8%模 具 制 造 技 术中北大学材料学院（3）按钢的质量分类：普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢 wS0.055%wP0.045%wS、wP0.040%wS0.030%wP0.4%)，Mn（锰0.8%），镍(Ni)，Cr，W，Mo（钼），钒（V），钛（Ti），铝（Al）硼(B)。模 具 制 造 技 术中北大学材料学院低合金钢 合金元素总量不超过5%中合金钢 合金元素总量为510%高合金钢 合金元素总量大于10%（2）按用途分类：合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢 普通低合金钢 渗碳钢 调质钢 弹簧钢 轴承钢 超高强度钢刃具钢 模具钢 量具钢不锈钢 耐热钢 耐磨钢 低温钢等模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 2合金钢的牌号 GB221-79规定,由三大部分组成:(拼音+)数字+元素符号+数字(+拼音)。其中元素符号表示钢中所含化学元素种类;汉语拼音字母表示产品名称、用途、冶炼方法等特点；阿拉伯数字表示钢中化学元素质量分数或产品的主要性能参数或代号。（1）合金结构钢 前面数字表示平均含碳量的万分数，后面数字表示合金元素的含量，1.5%不标出,1.5%、2.5%、3.5%时分别标出2、3、4。以次类推。如40Cr 为0.37%-0.45%C0.8%-1.1%Cr。模 具 制 造 技 术中北大学材料学院（2）合金工具钢 含碳量小于1%时：前面数字表示平均含碳量的千分数，后面数字表示合金元素的含量，1.5%不标出,1.5%、2.5%、3.5%时分别标出2、3、4。以次类推。如9SiCr 平均含碳量为0.9%，Si、Cr均小于1.5%。含碳量大于1%时：前面不标数字，后面数字表示合金元素的含量，1.5%不标出,1.5%、2.5%、3.5%时分别标出2、3、4。以次类推。Cr12MoV表示平均含碳量1%、Cr平均含量为12%Mo、V均1.5%2 Cr13平均含Cr为13%，平均含碳量为0.2%（3）不锈钢模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 2.1.3 钢的性能特点 钢有较高的强度、塑性和韧性，并可通过热处理改变其性能，具有较高的切削加工性，冷成型性、热加工性、耐磨性、耐热性及焊接性，大多数塑料模都由钢制造。2.2 塑料模具成型零件常用的材料 选择零件材料考虑的因素（1）成型塑料制品的种类和特点如：塑料中加云母粉，CaCO3，玻纤都会明显加剧模具磨损，PVC，POM等会放出腐蚀模具的气体。（2）塑料制品成型的工艺方法如中空成型、热塑性注射、热固性注射，挤出。(3)成型制品的形状和精度要求如薄而大的制品，其成型面积大，材料要有一定的刚度。模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 (4)塑料制品生产批量 (5)有关塑料成型模具材料的物理、化学性能。(6)与模具制造有关的因素，如加工方法、热处理性能、抛光性能等。(7)使用的可靠性与经济性等。2.2.2 成型零件常用的材料 塑料模具的成型零件是直接成型制品内外表面的组成零件，包括型腔、型芯、成型镶块，成型顶杆，由于这些零件直接与塑料接触，因此要求具有一定的强度、刚度，表面耐磨性好，热处理性能好，和良好的抗腐蚀性能。1、T8A T10A （T9A T12A）均为碳素工具钢 T-碳 8-0.8%(千分之8)A-高级优质钢 优点：可锻性好，退火软化，切削加工性好，价格便宜。模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 缺点：淬透性差，易开裂变形，（用水淬透深度为1518mm，油淬时仅为57 mm）。T8A、T10A淬火后，回火钢中存在过剩的碳化物，因而硬度高，耐磨性好。用途：用于制造尺寸不大，受力较小，形状简单，及变形要求不高的塑料模具的小型芯、型腔，利用T8A，T10A淬透性不高的特点，制造要求表面耐磨，心部有一定韧性的凹模。2、CrWMn 属低合金工具钢，前面不标数字表示含碳量为1%，Cr,W,Mn的含量均1.5%，也不标数字。与T8A，T10A相比，CrWMn具有较高的淬透性和热处理变形小的特点，用于制造形状复杂，尺寸较大精度较高热处理变形小的型腔、型芯或镶件。模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 3 3、9Mn2V9Mn2V 属低合金钢 Mn：1.72.0%；V：0.10.25%C：0.850.95%特点：比碳素工具钢综合性能优良，淬透性很好，淬火变形小（由于含有一定量的（V）钒，可细化晶粒，减小了钢的热敏感性，碳化物分布均匀）。用途：用于制造截面尺寸较大，形状复杂，热处理要求变形小的成型零件型腔、型芯或镶件。4 4、Cr2Mn2SiWMoVCr2Mn2SiWMoV 是一种空冷微变形冷作模具钢。C1%;Mn:1.82.3%Si:0.60.9%Cr:1.32.6%W=0.71.10%Mo=0.50.8%V=0.10.25%S.P0.03%模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 特性：淬透性好，热处理变形小，其碳化物颗粒小且分布均匀，有较高的力学性能和耐磨性。缺点：退火工艺复杂，退火后硬度偏高，脱炭敏感性较大。用途：用于制造大型、复杂、精密和要求热处理变形小有较高耐磨性的塑料模、型腔、型芯、嵌件。5 5、Cr12Cr12 属高碳高铬工具钢 C1.42.3%Cr1113%特点：淬透性很好，淬火变形小，耐磨性高，热处理后其强度比碳素工具钢和低合金钢高。因Cr12含Cr较高，不适合我国资源，一般用低铬微变形模具钢Cr4W2MoV代替Cr12使用：用途：Cr12 Cr4W2MoV用于制造形状复杂、精密、要求热处理变形小，耐磨性高的型芯、型腔或镶件。模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 6、20CrMnTi 属渗碳钢（低碳低合金钢）C平均含碳量为0.2%.由于加入Cr渗碳后，不但增加了渗碳层表面的含碳量深度，Cr还可提高钢的淬透性，提高零件心部强度，它的冷变形抗力低，所以可采用冷挤压加工塑料模，为提高零件的表面碍度（即耐磨性）常在加成型零件后渗碳然后进行淬火和低温回火。用途：用于断面小，形状复杂，表面承受磨损的型腔，型芯镶件 7、5CrMnMo 属中碳低合金钢（热作模具钢）C：0.50.6%Mn：1.201.6%Si：0.250.60%Mo：0.150.30%模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 特点：在高温下能保持高的强度、韧性和高耐磨性有较高的耐热疲劳性、淬透性、导热性较好，中等含碳量使用钢淬火后具有一定的强度，硬度和耐磨性，同时具备较高的塑性、韧性，导热性和耐疲劳性。用途：用于高耐磨、高强度和高韧性和大型型芯、型腔。8、3Cr2W8V 属中碳中合金钢（热作模具钢）C：0.30.4%Mn：0.20.4%S：0.35%Cr：0.200.7%W：7.59.0%V：0.20.4%由于含有较多的Cr和W,具有较好的耐热,耐疲劳性和热硬性,因含碳量较低,导热性和韧性较好。9、38CrMoAl 属于最常使用的氮化钢.模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 C:0.350.42%Cr:1.351.65%Mo:0.150.25%Al:0.71.10%38CrMoAl具有优良的氮化性能和力学性能，氮化处后零件表面具有很高的硬度和耐磨性，而心部有良好的韧性，38CrMoAl的淬透性较好，切削加工性能好，但焊接性差，并有脱碳倾向。用途：用于形状复杂，尺寸精确，要求有较高耐磨、耐腐蚀，高精度型芯，型腔。10、P20 是美国最广泛使用的模具钢，相当于我国的30Cr2Mo。C：0.280.40%Si：0.20.8%Mn：0.61.0%Cr:：1.42.0%Mo：0.30.58%模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 P20含有较高的铬和钼，因此淬透性较好，可进行渗碳、渗氮，淬碳后淬火，硬度HRC可大于65，并且具有优良的加工性，均匀的力学性能。用途：适合于调质处理（HRC30-36），加工大型复杂或精密的塑料模，寿命达100多万次，如电视机外壳、汽车仪表板、电器塑料壳等。P20切削加工性能及抛光性都显著优于45，在相同的条件下，表面粗糙度比45低13级。1111、4545 属于优质碳素结构钢，C：0.45%优点：切削加工性好，可焊接（焊前需预热，焊后要退火，以消除焊接残余应力）45#价格较低约3000元/吨，是我国制造模具的主要钢种。模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 缺点：淬透性低，对一定厚度的塑料模水淬容易开裂变形，因此，一般在正火状态下使用，45钢的力学性能随塑料模具的尺寸增大而变差，只有力学性能要求较高的小型模具需采用调质处理。用途：用于制造形状简单、要求不同的型腔、型芯、实验室的大部分模具都用45钢。1212、2020、1515 属于低碳钢，含碳量分别为0.2%、0.15%。由于强度、硬度低、韧性、塑性好，所以容易冷挤压成形为型腔，为了使型腔达到一定的硬度，一般需渗碳，淬火处理如选低碳钢加工模具型腔、型芯，淬硬热处理工艺复杂生产周期长，如果用含碳量高的钢种直接淬火或表面淬火能达到要求，一般不需选用低碳钢渗碳。模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 用途：用于冷挤压加工的型腔，塑料模的导柱。2.2.3 模体零件 一般指各种模板，顶出板、固定板、模架垫板等。这些零件主要起支撑作用，因此要求零件应有足够的机械强度，一般多用45加工，但需进行热处理，使其达到一定的硬度较高要求可选T8A、T10A，淬回HRC5458，要求不高的模具，有时可选Q235碳素结构钢。浇注系统 包括浇口套、拉料杆、分流锥等，同成型零件相似，它与高温、高压塑料接触，要求具备良好的耐磨性，耐热性、耐腐蚀性和热硬度。一般选T8A、T10A，HRC5055。模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 2.2.5 导向零件 包括：导柱、导套、限位导柱、顶板导柱及导套、销钉等。这些零件起导向作用，开合模时有相对运动，成型过程中承受一定的压力或侧压力，所以要求这类零件具有良好的耐磨性，和一定的硬度，芯部具有一定的韧性。导柱：20 经渗碳淬火 HRC 56-60 T8A、T10A 淬火HRC50-55 45调质表面淬回低温回火 HRC50-55 导套：T8A、T10A 硬度稍低于导柱这样可以改善摩擦，防止导柱、导套拉毛、保护导柱。限位导柱、顶板导柱、顶板导套、销钉常用T8A、T10A，HRC5055。2.2.6 抽芯机构 包括斜导柱、滑块、导滑槽、锁紧楔等。模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 工作时承受一定的压力，零件之间有相对运动，要求具备耐磨表面，耐腐蚀性和足够的力学性能。斜导柱、滑块、斜滑块 T8A、T10A HRC 54-58 锁紧楔 T8A、T10A HRC 54-58 45 HRC54-58顶出机构 包括各类顶杆、顶管、顶板、顶出板、顶出固定板、复位杆等，要求表面耐磨、并具有足够的强度。顶杆：T8A T10A 淬火 HRC 54-58 45 50 55 淬火 45 左右 一般为标准件 顶管：T8A T10A HRC 53-57 复位杆：T8A T10A HRC 55-60模 具 制 造 技 术中北大学材料学院2.2.8 挤出机头常用的材料 作为机头体材料，必须具备耐腐蚀和耐磨，在机头体内压（410Mpa）作用下,有足够的强度和刚度,易进行电镀和提高硬度在高温下(300400)不变形。（1）机头体：机颈（连接体)、连接法兰、口模压紧法兰 一般选 40 45 50 或 40Cr 45Cr（2）流道型腔件：芯棒、口模、分流锥、分流梳、过滤板等 一般选 40-50、40Cr-45Cr、T8A-T12A 5CrMnMo、3Cr12W8V、CrWMn、9CrWMn、Cr12MoV 5CrNiMo，调质 HRC28-32（3）阻流块、上下模唇（扁平机头）65Mn(200),60SiMn(250),60SiMnAl(350),50CrVA(400)模 具 制 造 技 术中北大学材料学院 (4)连接零件：拉杆、连接螺栓、吊环 40-45 40Cr-45Cr（5）调节螺钉、螺母 40-50 40Cr-45Cr T8A-T12A模 具 制 造 技 术中北大学材料学院模 具 制 造 技 术中北大学材料学院