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1、第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 模具選材原則 （一）滿足工作條件要求 1耐磨性 坯料在模具型腔中塑性變性時，沿型腔表面既流動又滑動，使型腔表面與坯料間產(chǎn) 生劇烈的摩擦，從而導致模具因磨損而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要 的性能之一。 硬度是影響耐磨性的主要因素。一般情況下，模具零件的硬度越高，磨損量越小， 耐磨性也越好。另外，耐磨性還與材料中碳化物的種類、數(shù)量、形態(tài)、大小及分布有 關。 1強韌性 模具的工作條件大多十分惡劣，有些常承受較大的沖擊負荷，從而導致脆性斷裂。 為防止模具零件在工作時突然脆斷，模具要具有較高的強度和韌性。 模具的韌性主要取決于材料的含碳量、晶粒度及組織狀態(tài)
2、。 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 模具選材原則 4耐冷熱疲勞性能 有些模具在工作過程中處于反復加熱和冷卻的狀態(tài)， 使型腔表面受拉、壓力變應力的作用，引起表面龜裂和剝 落，增大摩擦力，阻礙塑性變形，降低了尺寸精度，從而 導致模具失效。冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一， 幫這類模具應具有較高的耐冷熱疲勞性能。 6耐蝕性 有些模具如塑料模在工作時，由于塑料中存在氯、氟 等元素，受熱后分解析出 HCI、 HF等強侵蝕性氣體，侵蝕 模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加劇磨損失效。 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 模具選材原則 2疲勞斷裂性能 模具工作過程中，在循環(huán)應力的長期作用下，往往導 致疲勞
3、斷裂。其形式有小能量多次沖擊疲勞斷裂、拉伸疲 勞斷裂接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂。 模具的疲勞斷裂性能主要取決于其強度、韌性、硬度、 以及材料中夾雜物的含量。 3高溫性能 當模具的工作溫度較高進，會使硬度和強度下降，導 致模具早期磨損或產(chǎn)生塑性變形而失效。因此，模具材料 應具有較高的抗回火穩(wěn)定性，以保證模具在工作溫度下， 具有較高的硬度和強度。 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 模具選材原則 （二）滿足工藝性能要求 模具的制造一般都要經(jīng)過鍛造、切削加工、熱處理等 幾道工序。為保證模具的制造質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，其材 料應具有良好的可鍛性、切削加工性、淬硬性、淬透性及 可磨削性；還應具有小的氧化、脫
4、碳敏感性和淬火變形開裂傾向。 1可鍛性 具有較低的熱鍛變形抗力，塑性好，鍛造溫度范圍寬，鍛裂冷裂及析出網(wǎng)狀碳化物傾向低。 2退火工藝性 球化退火溫度范圍寬，退火硬度低且波動范圍小，球化率高。 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 模具選材原則 3切削加工性 切削用量大，刀具損耗低，加工表面粗糙度低。 4氧化、脫碳敏感性 高溫加熱時抗氧化懷能好，脫碳速度慢，對加熱介質(zhì)不敏感，產(chǎn)生麻點傾向小。 5淬硬性 淬火后具有均勻而高的表面硬度。 6淬透性 淬火后能獲得較深的淬硬層，采用緩和的淬火介質(zhì)就能淬硬。 7淬火變形開裂傾向 常規(guī)淬火體積變化小，形狀翹曲、畸變輕微，異常變 形傾向低。常規(guī)淬火開裂敏感性低，對
5、淬火溫度及工件形狀不敏感。 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 模具選材原則 8可磨削性 砂輪相對損耗小，無燒傷極限磨削用量大， 對砂輪質(zhì)量及冷卻條件不敏感，不易發(fā)生磨傷及 磨削裂紋。 （三）滿足經(jīng)濟性要求 在給模具選材是，必須考慮經(jīng)濟性這一原則， 盡可能地降低制造成本。因此，在滿足使用性能 的前提下，首先選用價格較低的，能用碳鋼就不 用合金鋼，能用國產(chǎn)材料就不用進口材料。 另外，在選材時還應考慮市場的生產(chǎn)和供應 情況，所選鋼種應盡量少而集中，易購買。 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 一、對模具材料的要求 材料芯部要有足夠的強度與韌性 表面要有足夠的硬度、耐磨性與抗腐蝕性能 拋光性能良好 加工
6、性能好、熱處理變形小 不同的模具零件對材料的要求不同 成型零件 ：與高溫熔體接觸，耐磨、耐蝕、足夠的強度、熱 處理變形小。 推出機構(gòu)與導向零件 ：耐磨、足夠的韌性與強度、熱處理變 形小。 支承與緊固零件 ：有一定的強度 9.2模具材料的選用 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 9.2模具材料的選用 二、常用的模具鋼材 1.碳素結(jié)構(gòu)鋼 45、 45Mn、 20Mn 有一定強度，切削性能好，熱處理變形較大 加工前要正火或調(diào)質(zhì)處理 2.碳素工具鋼 T8、 T8A、 T10、 T10A 淬火后有較高的強度與耐磨性，淬火變形大且淬透 性差 淬火后用線切割加工可達較高精度 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料
7、9.2模具材料的選用 二、常用的模具鋼材 淬透性、強度、韌性、耐磨性、耐熱性好，但加 工性能差，粗加工前要退火處理。 3.合金工具鋼 CrWMn： 淬火變形很小，淬透性高 9Mn2V： 價格低，淬透性、耐磨性不及 CrWMn但比 T10鋼好 Cr12： 淬火變形很小、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 能保持高強度與高韌性 3Cr2W8V： 適合氮化處理，耐蝕性好 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 9.2模具材料的選用 二、常用的模具鋼材 4.合金結(jié)構(gòu)鋼 熱處理前具有較好切削性能，熱處理后變形小。 20CrMnTi： 淬透
8、性、力學性能較高，用于尺寸大的滲碳淬硬 件。 40Cr： 綜合性能很好，但國內(nèi) Cr資源有限。 40CrMnMo： 淬透性、力學性能高，用于強度高韌性好的大截 面件。 38CrMoAl： 滲氮鋼，高硬度、高耐磨性和耐蝕性，尺寸穩(wěn)定 性好。 30CrMnSi： 淬透性、強韌性好，用于截面不大而力學性能好 的零件。 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 根據(jù)模具各零件的功用合理選擇材料及熱處理 根據(jù)生產(chǎn)批量與模具精度選擇 根據(jù)模具的加工方法與零件的復雜程度選擇 根據(jù)塑料特性選擇 9.2模具材料的選用 三、模具材料的選擇與熱處理 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 零件種類 主要性能要求 材料 熱處理 說
9、明 成 型 零 件 形狀復雜、耐腐蝕 高精度、淬火變形小 38CrMoAl 3Cr2W8V 調(diào)質(zhì)氮化 達 1000HV 大批量 高耐磨高強度高韌性 大型腔型芯 40CrMnMo 5CrNiMo HRC5458 大批量 形狀復雜、熱處理變 形小的鑲件 增強塑料模具 CrWMn Cr12 9Mn2V 20CrMnTi Cr4W2MoV HRC5458 滲碳淬火 HRC6062 大中批量 形狀簡單、精度低 45 調(diào)質(zhì) HRC2226 淬火 HRC4348 中批量 形狀簡單、表面耐磨 T8A、 T10A 淬火 HRC5458 中批量 冷擠壓模具 20、 15 滲碳 HRC5458 推出機構(gòu) 有一定強度
10、及耐磨性 T8A、 T10A 45 淬火 HRC5458 淬火 HRC4348 澆注系統(tǒng) 表面耐磨耐腐蝕 一定的熱硬性 型腔用合金鋼 T8A、 T10A HRC55 各種模板 固定板 有一定強度 45， A3 T8A， T10A 調(diào)質(zhì) HB=200 HRC5458 螺釘 一般強度 A3A5， 45 模 具 材 料 的 選 擇 與 熱 處 理 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 材質(zhì) 耐摩性 韌性 熱處理特性 機械加工性 其他特徵 預硬鋼 已調(diào)質(zhì)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
11、 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(shù)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(yōu)良 好 尚可 劣 不需要 第九章 塑料模具壽命與塑料模材料 元 件 名 稱 生 產(chǎn) 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,S
12、KD11 (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 )SKS
13、3,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 塑料模具壽命與塑料模材料 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
14、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
15、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 塑料模具壽命與塑料模材料 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
16、/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
17、.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 塑料模具壽命與塑料模材料 思考與練習： 復習第三章內(nèi)容
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