塑料模具材料要如何選擇

1、塑料模的工作條件

　　由于塑料及塑料成型工業的發展，對塑料的模具的質量要求也越來越高，因而塑料模具的失效問題及其影響因素已成為重要的研究課題。塑料模的主要工作零件是成型零件，如凸模、凹模等，它們構成塑料模的型腔，以成型塑料制件的各種表面并直接與塑料接觸，經受壓力、溫度、摩擦和腐蝕等作用。

　　2 、塑料模材料失效原因分析

　　一般模具制造中包括模具設計、選用材料、熱處理、機械加工、調試與安裝等過程。根據調查表明：模具失效的因素中，模具所使用的材料與熱處理是影響使用壽命的主要因素。從全面質量管理的角度出發，不能把影響模具使用壽命的諸因素作為多項式之和來衡量，而應該是多因素的乘積，這樣，模具材料與熱處理的優劣在整個模具制造過程中就顯得特別重要。

　　從模具失效的普遍現象分析，塑料模具在服役過程中，可產生磨損失效、局部性變形失效和斷裂失效。塑料模具的重要失效形式可分為磨損失效、局部塑性變形失效和斷裂失效。

　　3、 塑料模具鋼性能要求 隨著制造業快速發展，塑料模具是塑料成型加工中不可缺少的工具，在總的模具產量中所占的比例逐年增加，隨著高性能塑料的發展和不斷生產，塑料制品的種類日益增多，用途不斷擴大，制品向精密化、大型化、復雜化發展。成型生產向高速化發展，模具的工作條件也越趨復雜。

　　1 ）型腔表面的磨損和腐蝕

　　塑料熔體以一定的壓力在模腔內流動，凝固的塑件從模具中脫出，都對模具成型表面造成摩擦，引起磨損。造成塑料模具磨損失效的根本原因就是模具與物料間的摩擦。但磨損的具體形式和磨損過程則與許多因素有關，如模具在工作過程中的壓力、溫度、物料變形速度和潤滑狀況等。當塑料模具使用的材料與熱處理不合理時，塑料模具的型腔表面硬度低，耐磨性差，其表現為：型腔面因磨損及變形引起的尺寸超差；粗糙度值因拉毛而變高，表面質量惡化。尤其是當使用固態物料進入塑模型腔時，它會加劇型腔面的磨損。加之塑料加工時含有氯、氟等成份受熱分解出腐蝕性氣體HC1、HF，使塑料模具型腔面產生腐蝕磨損，導致失效。如果在磨損的同時又有磨損損傷，使型腔表面的鍍層或其他防護層遭到破壞，則將促進腐蝕過程。兩種損傷交叉作用，加速了腐蝕一磨損失效。

　　2 ）塑性變形失效

　　塑料模型腔表面受壓、受熱可引起塑性變形失效，尤其是當小模具在大噸位設備上工作時，更容易產生超負荷塑性變形。塑料模具所采用的材料強度與韌性不足，變形抗力低；塑性變形失效另一原因，主要是模具型腔表面的硬化層過薄，變形抗力不足或工作溫度高于回火溫度而發生相變軟化，而使模具早期失效。

　　3）斷裂

　　斷裂的主要原因是由于結構、溫差而產生的結構應力、熱應力或因回火不足，在使用溫度下，使殘余奧氏體轉變成馬氏體，引起局部體積膨脹，在模具內部產生的組織應力所致。

　　塑料模具的工作條件與冷沖模不同， 一般須在150℃-200℃下進行工作，除了受到一定壓力作用外，還要承受溫度影響。同一種模具會有多種失效形式，即使在同一個模具上也可能出現多種損傷。從塑料模的失效形式可知，合理的選用塑料模具材料和熱處理是十分重要的，因為它們直接關系到模具的使用壽命。所以，塑料模具用鋼應滿足以下要求：

　　1) 耐熱性能

　　隨著高速成型機械的出現，塑料制品運行速度加快。由于成型溫度在200--350℃之間，如果塑料流動性不好，成形速度又快，會使模具部分成型表面溫度在極短時間內超過400℃。為保證模具在使用時的精度及變形微小，模具鋼應有較高的耐熱性能。

　　2) 足夠耐磨性

　　隨著塑料制品用途的擴大，在塑料中往往需添加玻璃纖維之類的無機材料以增強塑性，由于添加物的加入，使塑料的流動性大大降低，導致模只的磨損，故要求棋具有良好的耐磨性。

　　3) 優良的切削加工性

　　大多數塑料成型模具，除電火花加工還需進行一定的切削加工和鉗工修配。為延長切削刀具的使用壽命，在切削過程中加工硬化小。為避免模具變形而影響精度，希望加工殘余應力能控制在最小限度。

　　4 ) 良好的熱穩定性

　　塑料注射模的零件形狀往往比較復雜，淬火后難以加工，因此應盡量選用具有良好的熱穩定性的材料，當模具成型加工經熱處理后因線膨脹系數小，熱處理變形小，溫度差異引起的尺寸變化率小，金相組織和模具尺寸穩定，可減少或不再進行加工，即可保證模具尺寸精度和表面粗糙度要求。

　　5) 鏡面加工性能

　　型腔表面光滑，成型面要求拋光成鏡面，表面粗糙度低于Ra0.4μm，以保證塑料壓制件的外觀并便于脫模。

　　6) 熱處理性能

　　在模具失效事故中，因熱處理造成的事故一般是52．3%，以致熱處理在整個模具制造過程中占有重要的地位，熱處理工藝的好壞對模具質量有較大的影響。一般要求熱處理變形小，淬火溫度范圍寬，過熱敏感性小，特別是要有較大的淬硬性和淬透性等等。

　　7 ) 耐腐蝕性

　　在成形過程中可能放出腐蝕氣受熱分解出具有腐蝕性的氣體，如HC1、HF等腐蝕模具，有時在空氣流道口處使模具銹蝕而損壞，故要求模具鋼有良好的耐蝕性。

　　4 、新型塑料模具鋼

　　一般塑料模具常采用正火態的45鋼或40Cr鋼經調質制造。硬度要求較高的塑料模具采用CrWMn或Crl2MoV等鋼制造。對工作溫度較高的塑料模具，可以選擇用韌性高的熱作模具鋼。為了滿足塑料型腔對尺寸精度和表面質量的更高要求，新近又研制一系列新型模具鋼。

　　1）滲碳型塑料模具鋼

　　滲碳型塑料模具鋼主要用于冷擠壓成型型腔復雜的塑料模具，這類鋼的含碳量較

低，常加元素Cr，同時加入適量Ni、Mo和v，作用是提高淬透性和滲碳能力，為了便于冷擠壓成形，這類鋼在退火狀態須有高的塑性和低的變形抗力，退火硬度≤1 00HBS。在冷擠壓成形后進行滲碳和淬火回火處理，表面硬度可達58---62HRC。此類鋼國外有專用鋼種，如瑞典的8416、美國的P2和P4等。國內常采用12CrNi3A和12Cr2Ni4A鋼、20Cr2Ni4A，耐磨性好，無塌陷及表面剝落現象，模具壽命提高。鋼中元素cr，Ni、Mo、V增加滲碳層的硬度和耐磨性及心部的強韌性。

　　2）預硬型塑料模具鋼

　　這類鋼的含碳量為0.3% -O.55%，常用合金元素有Cr、Ni、Mn、v等。為了改善其切削性，加入s、ca等元素．通過近年來研制、引進又發展了幾種典型塑料模具鋼Y55CrNiMn-MoVS(SMI)是我國研制的含S系易切削塑料模具鋼，其特點是預硬態交貨硬度為35_40 HRC，有較好的切削加工性，加工后不再熱處理，可直接使用。加人Ni固溶強化并增加韌性，加入Mn與S形成易切削相MnS；加入Cr、Mo、V，增加鋼的淬透性 8Cr2S鋼就足屬于易切削精密模具用鋼。

　　3） 時效硬化型塑料模具鋼

　　近年來開發了低鈷、無鈷、低鎳的馬氏體時效鋼，MASI是一種典型的馬氏體時效鋼。經8150C固溶處理后，硬度為28—32HRC，叮進行機械加工，再經4800C時效，時效時折出Ni3Mo、Ni3Ti等金屬間化合物，使硬度達到48—52 HRC。鋼的強韌性高、時效時尺寸變化小、焊補性能好，但鋼的價格昂貴、在國內不太受歡迎。

　　4 ）耐蝕塑料模具鋼

　　以聚氯乙烯(Pvc)及ABS加抗燃樹脂為原料的塑料制品，在成形過程中分解產

生腐蝕性氣體，會腐蝕模具。因此，要求塑料模具鋼具有很好的耐蝕性能。國外常用耐蝕塑模鋼有馬氏體不銹鋼和析出硬化型不銹鋼兩類。國外的有如瑞典ASSAB公司的STVAX(4Crl3)和A SSAB一8407等。