塑料模具钢的使用性能要求

大木木

随着塑料产品需求量的提高和应用领域的扩大，对塑料模具提出了越来越高的要求，促进了塑料模具的不断发展，同时也带动了塑料模具钢的快速发展，主要表现在塑料模具钢材的开发加快，品种迅速增加，但目前塑料模具材料仍然以钢材为主。据统计，我国的塑料模用钢已占全部模具钢的一半以上。合理地选择塑料模具钢及热处理工艺 对保证塑料模具质量，提高塑料模具使用寿命和降低生产成本具有重要作用。
　　⒈塑料模具的工作条件
　　塑料模具按照成型固化不同可以分为热固性成型塑料模和热塑性成型塑料模。热固性成型塑料模，如压塑模，工作时塑料呈固态粉末料或预制坯料，加入型腔并在一定温度下经热压成型。热塑性成型塑料模，如注射模、挤压模，工作时塑料在粘流状态下通过注射、挤压等方法进入型腔并加工成型。
　　⒉塑料模具的失效分析
　　⑴磨损失效;⑵塑性变形失效;⑶断裂失效
　　⒊塑料模具材料的性能要求
　　⑴塑料模具材料的使用性能要求
　　①较高的硬度和耐磨性;②一定的耐热和耐蚀性;③良好的尺寸稳定性;④良好的热导性 。
　　⑵塑料模具材料的工艺性能要求
　　①良好的切削加工性;②良好的冷压成型性;③热处理工艺性;④焊接性能 。
　　⒋塑料模具钢的性能及分类
　　塑料模具钢的热处理工艺技术要求具有如下特点。
　　① 保证适中的硬度和良好的韧性。
　　② 保证淬火变形小。
　　③ 模具在热处理时，应特别注意对型腔表面的保护，防止其产生各种热处理缺陷。
　　④ 热固性塑料模具长期在受热，受压条件下工作，热处理应具有较高的抗塌陷能力。
　　⑴渗碳型塑料模具钢
　　①渗碳型塑料模具钢的性能
　　渗碳型塑料模具钢主要应用于冷挤压成型塑料模具，一般要求含碳量较低，含碳量为0.1%～0.25%，同时钢中加入Cr、Ni元素，以能提高钢的淬透性，并且对铁素体固溶强化作用也较小，而Si元素的含量应尽量低。此类钢在冷挤压成型后一般需要进行渗碳和淬火、回火处理，可使模具型腔表面具有高的硬度和耐磨性，表面硬度可以达到58～62HRC，而中心部分具有较好的韧性。
　　②渗碳型塑料模具钢的种类
　　我国渗碳型塑料模具钢常用的种类有碳素渗碳钢和合金渗碳钢，前者有10、20钢，后者有20Cr、12CrNi3A、20Cr2Ni4、2CrNi3MoAlS等。
　　⑵预硬型塑料模具钢
　　①预硬型塑料模具钢的性能
　　预硬型塑料模具钢是钢厂供货时已预先对模具钢进行了热处理，使之达到了模具使用时的硬度。根据模具的工作条件，这个硬度范围变化较大，较低硬度为25～35HRC，较高硬度为40～50HRC。这样模具切削加工成形后不再进行热处理而直接进行使用，从而避免了由于热处理而引起的模具变形和裂纹问题。
　　②预硬型塑料模具钢的种类
　　预硬型塑料模具钢分为调质预硬型塑料模具钢和易切削预硬型塑料模具钢。
　　前者常用的种类有10、20钢，后者有3CrMo 、3Cr2MnNiMo、42CrMo、4Cr5MoSiV、5CrNiMnMoSCa、8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)、40CrMnVBSCa、Y55CrNiMnMoV(SM1)、日本大同模具钢PX4、PAC5000、瑞典一胜百模具钢618HH、718HH(IMPAX HH)、德国葛利兹模具钢1.2311、1.2738、1.2711等。
　　⑶时效硬化型塑料模具钢
　　①时效硬化型塑料模具钢的性能
　　时效硬化型塑料模具钢的特点是含碳量低，合金度较高，经高温淬火(固溶处理)后，钢处于软化状态，组织为单一的过饱和固溶体。若将其在一较低温度进行时效处理后，固溶体中能析出细小弥散的金属化合物，使模具钢的硬度和强度大幅度提高，并且，这一强化过程引起的尺寸、形状变化极小。因此，此类钢制造模具时，可在固溶处理后进行模具的机械成形加工，然后通过时效处理，使模具获得较高的强度和硬度，这就有效的保证模具的最终尺寸和形状精度。
　　②时效硬化型塑料模具钢的种类
　　18Ni200、18Ni250、18Ni300、18Ni350、 25CrNi3MoAl钢、10Ni3MnMoCuAl(PMS)钢、0Cr16Ni14Cu13Nb(PCR)钢、20CrNi3AlMnMo(SM2)钢、日本大同模具钢NAK55、NAK80、瑞典一胜百模具钢EM33、EM38、德国葛利兹模具钢GEST 80等.
　　⑷耐蚀型塑料模具钢
　　①耐蚀型塑料模具钢的性能
　　在生产聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS加抗燃树脂等化学性腐蚀塑料的塑料制品时，成形过程中会分解出腐蚀性气体，并对模具产生腐蚀作用，为此要求模具材料必须具有较好的防腐蚀性能。耐蚀型塑料模具钢除了要具有良好的腐蚀性能以外，和其他类型的塑料模具钢一样，也需要一定的硬度、强度和耐磨性等使用性能要求。
　　②耐蚀型塑料模具钢的种类
　　常用的耐蚀型塑料模具钢的钢种有：高碳高铬型耐蚀钢，如9Cr18、9Cr18Mo、Cr18MoV、Cr14Mo4V、4Cr13、日本大同模具钢S-STAR、G-STAR、D-STAR、瑞典一胜百模具钢S136(STAVAX ESR)、S136SUP(STAVAX SUPREME)、ELMAX(ELMAX LH/HH)、S336(CORRAX)、168(RAMAX 2)、POLMAX(420 VAR)、德国葛利兹模具钢1.2083 VICTORY ESR、1.2316 VICTORY ESR等;马氏体不锈耐酸钢，如1Cr17Ni2;析出硬化不锈钢，如0Cr16Ni4Cu3Nb等。
　　⑸其他塑料模具材料及热处理
　　①铜合金
　　塑料模具材料的铜合金主要是铍青铜，如ZCuBe2、ZCuBe2.4等。一般采用铸造方法制模，不仅成本低，周期短，而且还可制出形状复杂的模具。铍青铜可以通过固溶时效处理实现强化，固溶后合金处于软化状态，塑性较好，便于机械加工。铍青铜适用于制造吹塑模、注射模等，以及一些高导热性，高强度和高耐腐蚀性的塑料模。
　　②铝合金
　　铝合金的密度小，熔点低，加工性能和导热性都优于模具钢，常用于塑料模具制造的铝合金包括铸造铝合金和变形铝合金。
　　常用的铸造铝合金牌号是ZL101，它适于制作要求高导热率，形状复杂和制造周期短的塑料模具。
　　变形铝合金LC9也是一种常用于塑料模制造的铝合金，由于它的强度比ZL101高，可制作要求强度较高且有良好导热性的塑料模。
　　③锌合金
　　用于制作塑料模具的锌合金大多为Zn-4Al-3Cu共晶型合金，还有铍锌合金和镍钛锌合金。铍锌合金有较高的硬度(150HBS)，耐热性好，所制作的注射模的使用寿命可达几万至几十万件。镍钛锌合金由于镍和钛的加入可使强度、硬度提高，从而使模具寿命成倍增长。