塑料模具钢材如何选择

A. 塑料模具钢的合理选择

随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛,塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中,模具的质量对产品质量的保证作用是不言而喻的。塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向发展,对塑料模具钢的性能的要求越来越高,塑模钢的性能应根据塑料种类、制品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。
影响塑料磨具钢选择的因素
塑料模具的零部件分为两大类:一类为结构件,包括浇注系统、导向件、顶模板、顶出机构、支承件等;另一类为成型件:包括型腔、型芯、嵌镶件等。其中第一类零件可按机械零件的要求进行强度和结构设计,材料一般选用中低碳素结构钢、合金钢和碳工钢。而成型件由于结构复杂,要求工件的尺寸精度高,表面粗糙度值低,接缝密合性好,对模具材料的力学性能、耐磨性及加工工艺都提出了专业要求。
1.1 模具的主要失效形式
由于模具的工作温度较高,压力较大,有的塑料材料易于与模具表面发生磨损和腐蚀作用,有时还会受到脱模带来的####和碰撞。其主要失效形式有以下三种。
1.1.1 表面磨损
由于塑料中增强树脂填料,对模具型腔表面产生冲刷、磨损和腐蚀作用,从而影响到模具型腔表面粗糙度值升高,尺寸超差。
1.1.2 变形
模具局部产生塑性变形,导致表面发生凹陷、皱纹、麻点和棱角堆塌等损坏。
1.1.3 断裂
由模具局部应力集中导致的断裂现象。
1.2 模具的制造和使用要求
塑料模具对材料在强度和韧度上的要求低于冷作模和热作模,根据其失效形式和工作要求,其基本性能要求归纳为:
1.2.1 足够的耐磨性
由于表面磨损是模具的主要失效形式之一,因此模具应当有足够的硬度,以保证模具的耐磨性,保证模具的寿命。通常需要选择合适的材料和恰当的热处理方法来满足硬度的要求。但当硬度达到一定值时,硬度对耐磨性的提高作用就不明显。
1.2.2 减少热处理变形影响
由于注塑零件形状往往比较复杂,塑料模具在淬硬后很难加工,有时甚至无法加工。为了提高硬度,必须进行热处理。要采取适当的措施来减低热处理变形的影响,对于必须在热处理后进行加工的模具,应选用热处理变形小的材料。
1.2.3 优良的切削加工性能
塑料模具的制造中切削加工成本常占大部分,为了延长切削刀具的使用寿命,保证加工表面质量,要求模具材料具有良好的切削加工性,对于预硬性材料,要求淬火后也有好的加工性。
1.2.4 良好的抛光性能和刻蚀性
为获得高品质的塑料制品,模具内型腔的表面必须进行抛光以减小表面粗糙度值,为了保证模具具有良好的电加工性和镜面抛光性,花纹图案刻蚀性,模具钢应当是材料的纯洁度高,组织细微、均匀、致密,无纤维方向性。
1.2.5 良好的耐腐蚀性能
注塑PVC或加有阻燃剂等添加剂的塑料制品时,会分解出具有腐蚀性的气体,对模具的表面有一定的化学腐蚀作用,制作这类模具时,应选用具有一定抗腐蚀能力的钢材。
常用模具钢的类别及特性
2.1 渗碳钢
渗碳钢由于退火后的硬度低、塑性好,可以采用冷挤压法成型,从而提高工效,减低成本。挤压复杂型腔时,退火后的硬度小于100HBS;挤浅型腔时,小于160HBS,挤压成型后,经渗碳、淬火和回火处理,表面硬度为53～62 HRC。达到表面耐磨性高,心部韧性好的要求。08Cr4NiMoV（LJ）是国内开发的冷挤压成型专用钢,具有成型性能优良、渗碳层深、热处理变形小、耐磨性好等优点。其淬火处理的最佳温度是850℃,回火温度可视模具工作条件选择。
2.2 调质型模具钢
工艺要求是在完成模具机械加工后,再进行调质处理,使模具达到较好的综合机械性能。一类是45、55等优质碳素钢,适宜于形状简单或精度要求不高、使用寿命不长的模具。可以选用SM45、SM55等塑料模具专用钢（YB/T094—1997、YB/T107—1997、YB/T129—1997）,此钢材的纯净度好,力学性能稳定。另一类是合金钢,可以在调质后进行碳氮共渗,进一步提高耐磨性和抗蚀性。其中:40 CrMo有良好的低温####韧度和低的缺口敏感性,适于制作中型模具。42 CrMo属于高强度钢,且有较高的疲劳极限,低温####韧性好,适于制造要求一定强度和韧性的大、中型塑料模具。38 CrMoA1是典型的渗碳钢,调质后渗氮处理,表面硬度高（大于850HV）并具有一定的抗蚀性。适用于PVC,PC的塑料模具。此外5 CrNiMo、5 CrMnMo等热作模具钢,在塑料模具中主要用于使用温度较高,耐磨性要求高的模具,如热固性塑料模。
2.3 预硬性塑料模具专用钢
可以直接使用已经预硬处理的模块、扁（下转第192页）（上接第91页）钢进行加工,避免了加工后再热处理所造成的各种缺陷,从而提高了模具的制作精度,同时缩短了制作周期。塑料模具钢的主流品种,可以划分为一般型和易切削型以及非调质型等几类。
模具钢的选用及热处理
塑料模具的制作成本中,加工和抛光占到了70%～80%,因此在选用模具材料时,应在保证模具使用性能要求的同时,尽可能地提高其加工工艺性能。其选用方法可按以下方式进行。
（1）根据塑料制品的种类和质量要求选用。
（2）根据塑料件的生产批量选用。在其它影响因素确定时,生产批量越小,对模具的耐磨性和使用寿命要求越低。因此,可选用性能指标低的材料。小批量时,可以选用调质型合结钢或碳结钢。中等批量（30～100万件）时,可以选用P20,5NiSCa,SM2等,大批量时,5NiSCa,PMS等。
（3）根据塑料件的尺寸大小及精度要求选用。对大型高精度的注射模,当塑料件生产批量大时,采用预硬化钢,以防止热处理变形。
（4）根据塑料件的复杂程度选用。应充分考虑模具的加工工艺性,尽量选用易切削,热处理变形小,耐磨性好的材料。

B. 塑料模具的材料选择

1、塑料模的工作条件
由于塑料及塑料成型工业的发展，对塑料的模具的质量要求也越来越高，因而塑料模具的失效问题及其影响因素已成为重要的研究课题。塑料模的主要工作零件是成型零件，如凸模、凹模等，它们构成塑料模的型腔，以成型塑料制件的各种表面并直接与塑料接触，经受压力、温度、摩擦和腐蚀等作用。
2 、塑料模材料失效原因分析
一般模具制造中包括模具设计、选用材料、热处理、机械加工、调试与安装等过程。根据调查表明：模具失效的因素中，模具所使用的材料与热处理是影响使用寿命的主要因素。从全面质量管理的角度出发，不能把影响模具使用寿命的诸因素作为多项式之和来衡量，而应该是多因素的乘积，这样，模具材料与热处理的优劣在整个模具制造过程中就显得特别重要。
从模具失效的普遍现象分析，塑料模具在服役过程中，可产生磨损失效、局部性变形失效和断裂失效。塑料模具的重要失效形式可分为磨损失效、局部塑性变形失效和断裂失效。
3、 塑料模具钢性能要求 随着制造业快速发展，塑料模具是塑料成型加工中不可缺少的工具，在总的模具产量中所占的比例逐年增加，随着高性能塑料的发展和不断生产，塑料制品的种类日益增多，用途不断扩大，制品向精密化、大型化、复杂化发展。成型生产向高速化发展，模具的工作条件也越趋复杂。
1）型腔表面的磨损和腐蚀
塑料熔体以一定的压力在模腔内流动，凝固的塑件从模具中脱出，都对模具成型表面造成摩擦，引起磨损。造成塑料模具磨损失效的根本原因就是模具与物料间的摩擦。但磨损的具体形式和磨损过程则与许多因素有关，如模具在工作过程中的压力、温度、物料变形速度和润滑状况等。当塑料模具使用的材料与热处理不合理时，塑料模具的型腔表面硬度低，耐磨性差，其表现为：型腔面因磨损及变形引起的尺寸超差；粗糙度值因拉毛而变高，表面质量恶化。尤其是当使用固态物料进入塑模型腔时，它会加剧型腔面的磨损。加之塑料加工时含有氯、氟等成分受热分解出腐蚀性气体HC1、HF，使塑料模具型腔面产生腐蚀磨损，导致失效。如果在磨损的同时又有磨损损伤，使型腔表面的镀层或其他防护层遭到破坏，则将促进腐蚀过程。两种损伤交叉作用，加速了腐蚀一磨损失效。
2）塑性变形失效
塑料模型腔表面受压、受热可引起塑性变形失效，尤其是当小模具在大吨位设备上工作时，更容易产生超负荷塑性变形。塑料模具所采用的材料强度与韧性不足，变形抗力低；塑性变形失效另一原因，主要是模具型腔表面的硬化层过薄，变形抗力不足或工作温度高于回火温度而发生相变软化，而使模具早期失效。
3）断裂
断裂的主要原因是由于结构、温差而产生的结构应力、热应力或因回火不足，在使用温度下，使残余奥氏体转变成马氏体，引起局部体积膨胀，在模具内部产生的组织应力所致。
塑料模具的工作条件与冷冲模不同， 一般须在150℃-200℃下进行工作，除了受到一定压力作用外，还要承受温度影响。同一种模具会有多种失效形式，即使在同一个模具上也可能出现多种损伤。从塑料模的失效形式可知，合理的选用塑料模具材料和热处理是十分重要的，因为它们直接关系到模具的使用寿命。所以，塑料模具用钢应满足以下要求：
1）耐热性能
随着高速成型机械的出现，塑料制品运行速度加快。由于成型温度在200--350℃之间，如果塑料流动性不好，成形速度又快，会使模具部分成型表面温度在极短时间内超过400℃。为保证模具在使用时的精度及变形微小，模具钢应有较高的耐热性能。
2） 足够耐磨性
随着塑料制品用途的扩大，在塑料中往往需添加玻璃纤维之类的无机材料以增强塑性，由于添加物的加入，使塑料的流动性大大降低，导致模只的磨损，故要求棋具有良好的耐磨性。
3） 优良的切削加工性
大多数塑料成型模具，除电火花加工还需进行一定的切削加工和钳工修配。为延长切削刀具的使用寿命，在切削过程中加工硬化小。为避免模具变形而影响精度，希望加工残余应力能控制在最小限度。
4） 良好的热稳定性
塑料注射模的零件形状往往比较复杂，淬火后难以加工，因此应尽量选用具有良好的热稳定性的材料。
5）镜面加工性能
型腔表面光滑，成型面要求抛光成镜面，表面粗糙度低于Ra0.4μm，以保证塑料压制件的外观并便于脱模。
6）热处理性能
在模具失效事故中，因热处理造成的事故一般是52．3%，以致热处理在整个模具制造过程中占有重要的地位，热处理工艺的好坏对模具质量有较大的影响。一般要求热处理变形小，淬火温度范围宽，过热敏感性小，特别是要有较大的淬硬性和淬透性等等。
7） 耐腐蚀性
在成形过程中可能放出腐蚀气受热分解出具有腐蚀性的气体，如HC1、HF等腐蚀模具，有时在空气流道口处使模具锈蚀而损坏，故要求模具钢有良好的耐蚀性。
4 、新型塑料模具钢
一般塑料模具常采用正火态的45钢或40Cr钢经调质制造。硬度要求较高的塑料模具采用CrWMn或Crl2MoV等钢制造。对工作温度较高的塑料模具，可以选择用韧性高的热作模具钢。为了满足塑料型腔对尺寸精度和表面质量的更高要求，新近又研制一系列新型模具钢。
1）渗碳型塑料模具钢
渗碳型塑料模具钢主要用于冷挤压成型型腔复杂的塑料模具，这类钢的含碳量较低，常加元素Cr，同时加入适量Ni、Mo和v，作用是提高淬透性和渗碳能力，为了便于冷挤压成形，这类钢在退火状态须有高的塑性和低的变形抗力，退火硬度≤1 00HBS。在冷挤压成形后进行渗碳和淬火回火处理，表面硬度可达58---62HRC。此类钢国外有专用钢种，如瑞典的8416、美国的P2和P4等。国内常采用12CrNi3A和12Cr2Ni4A钢、20Cr2Ni4A，耐磨性好，无塌陷及表面剥落现象，模具寿命提高。钢中元素cr，Ni、Mo、V增加渗碳层的硬度和耐磨性及心部的强韧性。
2）预硬型塑料模具钢
这类钢的含碳量为0.3% -O.55%，常用合金元素有Cr、Ni、Mn、v等。为了改善其切削性，加入s、ca等元素．通过研制、引进又发展了几种典型塑料模具钢Y55CrNiMn-MoVS(SMI）是中国研制的含S系易切削塑料模具钢，其特点是预硬态交货硬度为35_40 HRC，有较好的切削加工性，加工后不再热处理，可直接使用。加人Ni固溶强化并增加韧性，加入Mn与S形成易切削相MnS；加入Cr、Mo、V，增加钢的淬透性 8Cr2S钢就足属于易切削精密模具用钢。
3）时效硬化型塑料模具钢
开发了低钴、无钴、低镍的马氏体时效钢，MASI是一种典型的马氏时效钢。经8150C固溶处理后，硬度为28—32HRC，叮进行机械加工，再经4800C时效，时效时折出Ni3Mo、Ni3Ti等金属间化合物，使硬度达到48—52 HRC。钢的强韧性高、时效时尺寸变化小、焊补性能好，但钢的价格昂贵、在国内不太受欢迎。
4）耐蚀塑料模具钢
以聚氯乙烯（Pvc）及ABS加抗燃树脂为原料的塑料制品，在成形过程中分解产生腐蚀性气体，会腐蚀模具。因此，要求塑料模具钢具有很好的耐蚀性能。国外常用耐蚀塑模钢有马氏体不锈钢和析出硬化型不锈钢两类。国外的有如瑞典ASSAB公司的STVAX（4Crl3）和A SSAB一8407等。

C. 模具设计中怎么选择钢材和塑料

模具设计中选择钢材要根据实际应用，许多模具钢是专用的，比如压制塑料用的模具钢，压制表面就比较好。
建议你看一下“热处理手册第二分册”中有关章节。

D. 如何选择塑胶模具材料及硬度

一、优良的切削加工性
大多数塑料成型模具，除EMD加工外还需进行一定的切削加工与钳工修配。为延长切削刀具的使用寿命，增强切削性能，减少表面粗糙度，塑料模具用钢的硬度必须适当。
二、良好的热稳定性
塑料注射模的零件形状往往比较复杂，淬火后难以加工，因此应尽量选用具有良好的热稳定性的，当双色模具成型加工经热处理后因线膨胀系数小，热处理变形小，温度差异引起的尺寸变化率小，金相组织与模具尺寸稳定，可减少或不再进行加工，即可保证模具尺寸精度与表面粗糙度要求。
三、良好的抛光性能
高品质的双色注塑塑料制品，要求型腔表面的粗糙度值小。例如，注塑模型腔表面粗糙度值要求小于Ra0.1～0.25的水平，光学面则要求Ra<0.01nm，型腔须进行抛光，减小表面粗糙度值。为此选用的钢材要求材料杂质少、组织微细均一、无纤维方向性、抛光时不应出现麻点或桔皮状缺陷。
四、足够的表面硬度与耐磨性
塑料模的硬度通常在50-60HRC以下，经过热处理的模具应有足够的表面硬度，以保证模具有足够的刚度。模具在工作中由于塑料的填充与流动要承受较大的压应力与摩擦力，要求模具保持形状的精度与尺寸精度的稳定性，保证模具有足够的使用寿命。模具的耐磨性取决于钢材的化学成分与热处理硬度，因此增强模具的硬度有利于增强其耐磨性。
五、足够的强度与耐磨性
50牌号的碳素钢具有一定的强度与耐磨性，经调质处理后多用于模架材料。高碳工具钢、低合金工具钢经过热处理后具有较高的强度与耐磨性，多用于成型零件。但高碳工具钢因其热处理变形大，仅适用于制造尺寸小、形状简单的成型零件。
随着塑料工业的发展，塑料制品的复杂性、精度等要求愈来愈高，对双色注塑模具材料也提出更高要求。对于制造复杂、精密与耐腐蚀性的塑料模，可采用预硬钢(如PMS)、耐蚀钢(如PCR)与低碳马氏体时效钢(如18Ni-250)，均具有较好的切削加工、热处理与抛光性能及较高强度。
此外，在选择材料时还须考虑防止擦伤与胶合，如两表面存在相对运动的情况，则尽量避免选择组织结构相同的材料，特殊状况下可将一面施镀或氮化，使两面具有不同的表面结构。

E. 模具钢材一般选用什么型号急等

模 具 钢 分 类
2.1冷作模具钢
2.1.1高碳低合金冷作模具钢
9SiCr、9CrWMn、CrWMn、Cr2、9Cr2Mo、7CrSiMnMoV、8Cr2MnWMoVS、Cr2Mn2SiWMoV
2.1.2抗磨损冷作模具钢
6Cr4W3Mo2VNb、6W6Mo5Cr4V、7Cr7Mo3V2Si、Cr4W2MoV、Cr5Mo1V、Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、Cr12W、Cr12Mo1V1
2.1.3抗冲击冷作模具钢
4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si
2.1.4冷作模具碳素工具钢
T7、T8、T9、T10、T11、T12
2.1.5冷作模具用高速钢
W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N、W18Cr4V、W9Mo3Cr4V
2.1.6无磁模具用钢
7Mn15Cr2Ae3V2Wmo、1Cr18Ni9Ti
2.2热作模具钢
2.2.1低耐热性热作模具钢
5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi
2.2.2中耐热性热作模具钢
4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi、8Cr3
2.2.3高耐热性热作模具钢
3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V、5Cr4Mo2W2VSi、5Cr4Mo3SiMnVAe、5Cr4W5Mo2V、6Cr4Mo3Ni2WV
2.3塑料模具钢
2.3.1碳素塑料模具钢
SM45、SM50、SM55
2.3.2预硬化型塑料模具钢
3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo、5CrNiMnMoVSCa、40Cr、42CrMo、30CrMnSiNi2A
2.3.3渗碳型塑料模具钢
20Cr、12CrNi3A
2.3.4时效硬化型塑料模具钢
O6Ni6CrMoVTiAe、INi3Mn2CuAeMo
2.3.5耐腐蚀型塑料模具钢
2Cr13、4Cr13、9Cr18、9Cr18Mo、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2

F. 如何选择模具钢材

（1）和塑胶材料的特性有关如PVC塑胶因为生产中会产生有腐蚀性的酸性气体，如果用普回通钢材，模具答很容易生锈，所以要选用耐腐蚀的钢材，如2083，S136H等。
（2）和产品的要求有关有一些要求非常高的透明产品，如光学透镜，眼镜片，这就需要抛光性能非常好的钢材，如S136，如果选错了钢材，到后期模具抛成镜面时，会发现明显的材料的纹路，这是无法通过抛光消除的，这样的模具做出的产品也是达不到要求的。
（3）和模具寿命有关即使是同一个牌号的钢材，价格都会有高低，当然价格高的材料质量会更好，如果模具寿命不需要很高，可以选择相对便宜的钢材。

G. 塑胶模具钢材选择的基本原则

塑料模具来包括热塑性塑料模具和热自固性塑料模具。塑料模具用钢要求具有一定的强度、硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性等性能。此外，还要求具有良好的工艺性，如热处理变小、加工性能好、耐蚀性好、研磨和抛光性能好、补焊性能好、粗糙度高、导热性好和工作条件尺寸和形状稳定等。一般情况下，注射成形或挤压成形模具可选用热作模具钢；热固性成形和要求高耐磨、高强度的模具可选用冷作模具钢

H. 好的注塑模具用什么钢材做

选择注塑模具用钢使用抚顺特钢材料【抚顺特钢-国内一家钢材品质达进口水平的钢企】专
好的注塑模具都要属求用可以热处理硬度在HRC 50 左右的钢材，否则易于磨损，注塑出的产品易差，故所选的钢材既要有较好的热处理性能，又要在高硬度的状态下有好的切削性能可以使用抚顺特钢FS139、FS636ESR进口同级镜面模具钢，且FS139、FS636ESR具备高耐腐蚀、高抛光、高耐磨、热处理稳定等多种特性，是注塑模具的高级用材。
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I. 塑胶模具钢的钢种如何选择

通常接冷作模具的使用条件，可以将钢种选择分为以下四种情况：
（1）尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。例如．小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。这类钢的优点是；可加工性好、价格便宜、来源容易。但其缺点是：淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。因此，只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。
（2）尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。常用的钢种有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃具钢。这些钢在油中的淬透直径大体上可达40mm以上。其中9Mn2V钢是我国发展的一种不含Cr的冷作模具用钢．可代替或部分代替含Cr的钢。
9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂倾向性比CrWMn钢小、脱碳倾向性比9SiCr钢小，而淬透性比碳素工具钢大．其价格只比后者高约30%因此是一个值得推广使用的钢种。
但9Mn2V钢也存在一些缺点如冲击韧性不高，在生产使用中发现有碎裂现象．另外回火稳定性较差，回火温度一般不超过180℃在200℃回火时抗弯强度及韧性开始出现低值。
9Mn2V钢可在硝盐、热油等冷却能力较为缓和的淬火介质中淬火。对于一些变形要求严格而硬度要求又不很高的模具，可采用奥氏体等温淬火。
3）尺寸大、形状复杂重负荷的冷作模具。须采用中合金或高合金钢．如Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WVCr4W2MoV等，另外也有选用高速钢的。
用高速钢做冷作模具的倾向巴日趋增大、但应指出，此时已不再是利用高速钢所特有的红硬性长处．而用它的高淬透性和高耐磨性。为此．在热处理工艺上也应有所区别。
选用高速钢做冷模具时．应采用低温淬火．以提高韧性。例如W18Cr4V钢做刃具时常用的淬火温度为1280-1290℃。而做冷作模具时，则应采用1190℃的低温淬火。又如W6Mo5Cr4V2钢．采用低温淬火后可使寿命大大提高、特别是显著减少了折损率。
〔4)受冲击负荷且刀间单薄的冷作模具。如上所述．前三类冷作模具用钢的使用性能要求均以高耐磨性为主为此均采用高碳过共析钢乃至荣氏体钢。而对有的冷作模具加切边楼、冲裁模等．其对口单薄．使用时又受冲击负荷作用则应以要求高的冲击韧性为主。为了解决这一矛盾．可采取以下措施．①降低合碳量．采用亚共折钢．以避免由于一次及二次碳化物而引起钢的韧性下降；②加入Si．、Cr等合金元素．以提高钢的回火稳定性和回火温度（240一270℃回火）这样有利于充分消除淬火应力使叽提高．而又不致降低硬度；②加入W等形成难熔碳化物的元素以细化晶粒、提高韧性。常用的高韧性冷作模具用钢有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。

J. 一般的塑料模具选择什么模具钢材比较好

一般的塑料模具选用45号钢及T8、T10号钢就可以了