塑料模具的选材及热处理

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1、三、塑料模具的选材及热处理一、对塑料模具材料的性能要求塑料模具主要以磨损、腐蚀、变形和断裂的形式失效。塑料模具的选材及热处理应根据模具的尺寸、形状、工作条件和失效特点所提出的性能要求，包括对材料的使用性能和工艺性能两方面的要求。（一）对材料使用性能的要求1．较高的硬度、耐磨性和耐蚀性对模具材料这些方面的性能要求主要取决于被加工料的性质和塑料制品所要求的表面质量。当被加工塑料中含有硬质填料时，对材料的硬度、耐磨性要求高；当塑料成型过程中有腐蚀性物质析出时，要求材料的耐蚀性好。一般来说，热固性塑料中多含固体填料，且其交联反应时，

2、往往有化学气体等物质放出，这要求材料同时具有较高的耐磨、耐蚀性能。当塑料制品需有很高的表面质量时，模具表面的轻小损伤就足以导致失效，需要对模具重新抛光才能继续使用，这就对模具材料的耐磨，耐蚀性能提出更高的要求。2.较高的强度、韧性和疲劳强度对模具材料的这些性能要求主要取决于模具的工作压力、工作频率、冲击负荷和模具本身的尺寸和复杂程度。如热固性塑料注射模的工作压力大（100~170MPa），要求材料的强度高；移动式压缩模或压注模经常受到冲击、碰撞，要求材料有较高的韧性；尺寸较大、形状复杂的模具应力状态复杂且应力集中较大，要求材

3、料强度和塑性的良好配合；注射模的工作频率较高，要求材料有较高的疲劳强度。（二）对材料工艺性能的要求塑料模具大多要求精度高、表面质量高，从而导致它的加工制造难度和费用较大，因而对材料工艺性能的要求非常突出。1．良好的切削加工性和表面抛光性当塑料制品形状复杂，且要求表面质量很高或者表面有精细的花纹、图案时，要求模具材料便于切削、宜于抛光，且有良好的光刻蚀性。尤其是不少塑料模具需要预硬处理，即预先热处理达到35~45HRC的硬度要求，经机械加工后不再进热处理，以保证尺寸精度和表面粗糙度要求。这就要求材料在较高硬度的状态下仍具有良好

4、的切削加工性。3．一定的热强度和热疲劳强度当模具的工作温度较高时，模具型腔局部表面在压力和温度的共同作用下可能产生回火软化并且产生塑性变形，或者由于表面回火转变产生拉应力，加之交变热负荷的作用产生热疲劳裂纹。这时，要求材料的导热性好，有一定的热强度和热疲劳抗力。材料的抛光性和光刻蚀性要求材料的冶金质量高，非金属夹杂物少，组织均匀细致，硬度较高而且均匀。2．良好的热处理工艺性和表面处理工艺性塑料模具的高精度，要求材料热处理工艺简单，变形较小。要求耐磨、耐蚀的模具，要求材料能采用表面处理工艺改善表面的相应性能，并且不会对整体性能

5、带来不利影响。3．其它加工工艺性对采用冷挤压加工型腔的模具，要求材料退火后塑性好，变形抗力小；对大型复杂模具，要求材料具有良好的焊补工艺性，以便局部损伤能够方便地修复等。塑料成型模具的加工制造费用较高，一般占总成本的75%左右，而材料费用和热处理费用各占10%左右。因而，比较重要的塑料模具，在保证使用性能的前提下，应优先选用工艺性能好的材料，而材料的价格因素居次要地位。二、塑料模用钢一般塑料模的热负荷不大，对材料热强性和热疲劳抗力的要求不高，因而通常使用的渗碳钢、调质钢、碳素工具钢，合金工具钢、不锈钢等都可以用来制造塑料模。

6、具体钢种的选用主要根据模具对硬度、耐磨性、强韧性、耐蚀性的要求而定。对于工作温度较高的塑料模，可以选用强韧性较高的热作模具钢；对于要求高抗压强度和高耐磨性的塑料模，可以选用中铬、高铬冷作模具钢。塑料模对材料加工工艺性的要求较高，可根据模具型腔的成形工艺方法分为切削成形塑料模用钢和冷挤压成形塑料模用钢。为了满足塑料模型腔对尺寸精度和表面质量的更高要，新近又研制了一系列新型塑料模用钢。（一）切削加工成形塑料模用钢大多数塑料成型模具都是采用切削加工成形的，它们可选用的钢种比较广泛，常用的钢种、钢号、工艺性能，使用性能及其应用特点如

7、表3-10所列。除了表中所列的钢号以外，对于无填充剂和增强剂的通用软质塑料制品所用的模具，往往选用中碳钢或合金调质钢45钢、S48C、40Cr、3Cr2Mo等钢种，并通常采用预硬处理工，先将粗加工后的模具调质，使其硬度为300~350HBS，再精加工出模具成品。如果需要更高的耐磨性或要求耐蚀性，可进行表面镀铬或镀Ni-P合金。S48C钢是沿用日本JIS标准的钢号，千均含碳量ωC为0.48%，与一般碳素结构钢相比，该钢的组织均匀性好，疲劳强度较高，但淬透性较低。它可用于制造冲击载荷不大、要求一定耐磨性的塑料模，并适用于生产标准

8、注射模架及模板。3Cr2Mo相当于美国AISI标准中的低碳型工具钢P20，其淬透性好，预硬处理后的硬度为28~36HRC，具有良好的切削加工性能和镜面研磨性能，也可进行镀铬、渗氮等表面处理以提高表面硬度和耐磨性。该钢可用于制造各种塑料模具。（二）冷挤压成形塑料模用钢塑料成型模具的型腔，有时