塑料模具寿命与塑料模材料.ppt

第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 模具选材原则 （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、晶粒度及组织状态。 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 模具选材原则 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。 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 模具选材原则 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。 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 模具选材原则 （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。 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 模具选材原则 3切削加工性 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。 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 模具选材原则 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。 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 一、对模具材料的要求 材料芯部要有足够的强度与韧性 表面要有足够的硬度、耐磨性与抗腐蚀性能 抛光性能良好 加工性能好、热处理变形小 不同的模具零件对材料的要求不同 成型零件 ：与高温熔体接触，耐磨、耐蚀、足够的强度、热 处理变形小。 推出机构与导向零件 ：耐磨、足够的韧性与强度、热处理变 形小。 支承与紧固零件 ：有一定的强度 9.2模具材料的选用 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 9.2模具材料的选用 二、常用的模具钢材 1.碳素结构钢 45、 45Mn、 20Mn 有一定强度，切削性能好，热处理变形较大 加工前要正火或调质处理 2.碳素工具钢 T8、 T8A、 T10、 T10A 淬火后有较高的强度与耐磨性，淬火变形大且淬透 性差 淬火后用线切割加工可达较高精度 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 9.2模具材料的选用 二、常用的模具钢材 淬透性、强度、韧性、耐磨性、耐热性好，但加 工性能差，粗加工前要退火处理。 3.合金工具钢 CrWMn： 淬火变形很小，淬透性高 9Mn2V： 价格低，淬透性、耐磨性不及 CrWMn但比 T10钢好 Cr12： 淬火变形很小、淬透性高、耐磨性 Cr4W2MoV： 淬透性、耐磨性不及 Cr12，其它性能接近 5CrNiMo： 500 能保持高强度与高韧性 3Cr2W8V： 适合氮化处理，耐蚀性好 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 9.2模具材料的选用 二、常用的模具钢材 4.合金结构钢 热处理前具有较好切削性能，热处理后变形小。 20CrMnTi： 淬透性、力学性能较高，用于尺寸大的渗碳淬硬 件。 40Cr： 综合性能很好，但国内 Cr资源有限。 40CrMnMo： 淬透性、力学性能高，用于强度高韧性好的大截 面件。 38CrMoAl： 渗氮钢，高硬度、高耐磨性和耐蚀性，尺寸稳定 性好。 30CrMnSi： 淬透性、强韧性好，用于截面不大而力学性能好 的零件。 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 根据模具各零件的功用合理选择材料及热处理 根据生产批量与模具精度选择 根据模具的加工方法与零件的复杂程度选择 根据塑料特性选择 9.2模具材料的选用 三、模具材料的选择与热处理 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 零件种类 主要性能要求 材料 热处理 说明 成 型 零 件 形状复杂、耐腐蚀 高精度、淬火变形小 38CrMoAl 3Cr2W8V 调质氮化 达 1000HV 大批量 高耐磨高强度高韧性 大型腔型芯 40CrMnMo 5CrNiMo HRC5458 大批量 形状复杂、热处理变 形小的镶件 增强塑料模具 CrWMn Cr12 9Mn2V 20CrMnTi Cr4W2MoV HRC5458 渗碳淬火 HRC6062 大中批量 形状简单、精度低 45 调质 HRC2226 淬火 HRC4348 中批量 形状简单、表面耐磨 T8A、 T10A 淬火 HRC5458 中批量 冷挤压模具 20、 15 渗碳 HRC5458 推出机构 有一定强度及耐磨性 T8A、 T10A 45 淬火 HRC5458 淬火 HRC4348 浇注系统 表面耐磨耐腐蚀 一定的热硬性 型腔用合金钢 T8A、 T10A HRC55 各种模板 固定板 有一定强度 45， A3 T8A， T10A 调质 HB=200 HRC5458 螺钉 一般强度 A3A5， 45 模 具 材 料 的 选 择 与 热 处 理 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 材質 耐摩性 韌性 熱處理特性 機械加工性 其他特徵 預硬鋼 已調質不要熱處理 , 且切削加工要注意 , 完成面良好 . 碳素工具鋼 SK3,SK5 熱處理變形大 ,表 面熱理可價格便宜 合金工具鋼 SKS3 熱處理條件廣 容 易進行 市場大 最一般 性 (最常用 ) 合金工具鋼 SKD11 熱處理後之殘留應 力少 適合於線割 放電加工 市場性 大 高速工具鋼 SKH51 熱處理溫度高 需 要特別爐子 粉末高速鋼 研磨性良好 市場性差 TIC-Fe系硬合金 超硬合金代用品 用途漸多 (WC-CO系 )碳化 物勦超硬 / 楊氏係數大 完成 面良好 不能切 削 熱偉導性良 好 含 CO量與特 性差異大 優良 好 尚可 劣 不需要 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 元 件 名 稱 生 產 量 少量 50,000以下 中量 500,000以下 多量 500,000以上 沖頭 預硬鋼SKS3,(SKD11) SKS3,SKD11 (SKH51) SKD11,SKH51粉 末高速鋼超硬合 金 母模 軛 型 或 嵌 入 型 嵌入件 - SKS3,SKD11 (SKH51) 模板 - 預硬鋼 SK3,SKS3 預硬鋼 SKS3,SKD11 背板 整 塊 式 預硬鋼 SKS3,(SKS11) SKS3,SKD11 SKD11 沖頭用壓料板 用母模 用 SK3 - - SK3,SK3 沖 頭 板 S50C SKS3,(SKD11) SKS3,SKD11 壓料板 軛型或 嵌入型 嵌入件 - SKS3,(SKD11) SKH51 SKD11,SKH51粉 末高速鋼超硬合 金 模板 - 預硬鋼 SKS3 (預硬 鋼 )SKS3,SKD11 整 塊 式 S50C,SK3, (SKS3) SKS3,SKD11 (SKS3)SKD11 導料板 (板狀 ) SK3,SKS3 SK3,SKS3(超硬 合金嵌件 沖頭及母模固定塊 FC20,S50C,SS41 FC20,D50C,SS41 鋁合金 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 被削材 加工時硬度 模具上的主要用途 加工時的特徵 切削條件 高速工具鋼 SKH51等 HRC25-35 沖孔壓模 附著磨耗熔著 915mm/min10-0.040.06mm/刃 DOWN CUT Ferrotic HRC40-43 沖孔模抽拉模 附著磨耗極快 6510M/MIN10-0.07MM刃干式切削 DOWN CUT 高強度鋁合金 7075等 塑膠模橡膠模 極容易 60100M/MIN10-0.1mm刃 鑄造鋁 ADC等 熔易 切屑 塞住 折損 附著磨耗 100m/min10-0.1mm/刃必用濕式 高強度銅合金 HR750 WR900 HRC30 沖模滾筒 切屑咬入 磨耗 難切屑 1520m/min10-0.050.07mm/刃 吹空氣 純銅 放電加工用電極 咬入 揪起 毛邊 20m/min10-0.050.07mm/刃 NI基超耐熱合 金 Inconel Waspalloy Hastelloy HRC30-40 缺損 磨耗 56m/min10-0.04mm/刃濕式 DOWN CUT CO基超耐熱合 金 STELLIT E HRC45-55 缺損 磨耗 56m/min10-0.030.04DOWN CUT Ti金 6A1-4v HRC30-40 熔著 缺損 黑皮 HRC50以 上有 0.2mm 性極差 UP CUT 低速 1525M/MIN10-0.050.07mm刃必用濕式 鉭合金 HRC15-25 粘韌毛邊難切削 著少 15m/min10-0.040.07/刃 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 被削材 加工時硬度 模具上的主要 用途 加工時的特徵 切削條件 軟鋼 SS41S10C-S45C HRC15 以下 沖孔模等的底 座塑膠模 揪起 毛邊 熔著 25-30m/min10-0.07mm/刃 硬鋼 S55CHPM2.KTSM 3A SCM系預硬鋼 HRC20-35 塑膠模橡膠模 沖模 微小缺損 20m/min10-0050.07mm/刃 SKD61 HRC35-50 鋁壓 鑄模 沖模 塑膠模 微小缺損耗 15m/min10-0.05mm/刃 NAK55 KTSM40EF NAK80,KTSM40E,HPM 1 HRC38-45 塑膠模 沖模 橡膠模 加工面有光澤 微小缺損 15-20m/min10-0.05mm/刃 SKD11 SK 材 SKT材等工 具鋼 HRC20 沖孔 沖壓模 塑膠模 熔著 揪起 微小缺損附著磨耗 15m/min10+0.050.12mm/ 刃必採用 DOWN CUT 麻田系不透鋼 SUS420,JTS420 STAVAXMHPM38 HRC30-45 塑膠模 玻璃模 微小缺損 1520m/min10-0.050.07mm/ 刃 沃斯田鐵系不透鋼 SUS304 HRC-15 微小缺損 熔著 毛邊 顫動 15m/min10- 0.05mm/0.07mm/刃 麻時效鋼 MASIC YAG DMG300 HRC30-35 塑膠模 精密鑄造模 沖模 加工面有光澤 微小缺損 15m/min10-0.05mm/刃 鑄鐵 FC20,FC25等 大型板金沖模 附著磨耗粉塵 加工容易 30100mm/min10-0.1mm/刃 第九章 塑料模具寿命与塑料模材料 思考与练习： 复习第三章内容