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模具资料学习
第一章注塑模具常用钢牌号和特性
一、具材料概述
模具钢材的选择对于塑料的成功应用,与树脂的选择对于模塑产品的最终性能要求,具有同等的重要性。
正如树脂需按方配制,以满足塑料在应用中的性能要求一样,钢也需合金化,以满足使用中的特定性能要求。
某些应用需要高硬度、高耐磨性的模具钢,以增强分模线的耐用性,而其它的应用则需更高韧性的模具钢,以抵抗机械疲劳。
一般来说,具有更高硬度和耐磨性能的钢更易脆,而几乎是所有的情况下,韧性更强的钢,其耐钢与钢磨蚀(粘附磨蚀)、与耐玻璃纤维或矿物充填树脂磨蚀的性能会有所减弱。
模具制作者可选择用不锈钢,来模塑对其它大部分钢有腐蚀作用的树脂。
钢材硬度越高(洛氏55或更高),分模线的完整性会明显增,在分模线处,钢与钢的合模沿口会产生抽芯,一个或全部两个钢面的硬度范围应在洛氏55至洛氏58之间。
为了防止玻璃或矿物充填树脂对模具的磨蚀,建议考虑在浇口处嵌入A-2、D-2或M-2钢,并在与浇口相对的型芯处嵌入耐磨钢。
P-20钢
塑料模具虽没有“通用”的模钢,但P-20钢被认为是工业上的多用途钢。
预先硬化至RC30-32状态的这种钢非常坚硬,但却相当容易加工。
当模腔尺寸超过12×12×12英寸(303.6×303.6×303.6毫米)时,它是一种应加以考虑的优良钢材,因为该尺寸的热处理块,其成本和有关风险须严格控制。
当已预知模具循环周期不超过500,000次时,P-20钢还可用于较小尺寸的模腔,以省去热处理的时间和费用。
当制造P-20钢体模具时,需要有滑块、提升器、其它斜导销及活动件,建议这些活动钢件由不同合金和硬度的钢制成,以减少磨损或高粘附磨蚀。
制造大型P-20钢体模具的通常做法是,使用经热处理至RC50-52硬度的H-13钢体滑块或提升器,和/或使用硬度在RC55至RC58范围内的局部磨擦钢面。
H-13和S-7钢
这些钢都具有极高的韧性和抗机械疲劳性,其中H-13钢(RC50-52)韧性较高,而S-7钢由于硬度较高(RC55-57),所以具有更好的耐用性。
两种钢都没有特别的耐玻璃或矿物树脂充填剂磨蚀的性能。
在充填树脂应用中,通常在浇口处嵌入A-2、D-2或M-2钢。
大于8×8×8英寸(202.4×202.4×202.4毫米)、硬度和韧性需高于P-20的模腔,常选用H-13钢。
较小模腔和型芯常用S-7钢制成。
S-7钢可在空气淬火中热处理成21/2英寸(63.25毫米)或更小的横断面,并通过此加工过程,获得很好的尺寸稳定性。
H-13和S-7的大断面必须特别地在油中骤冷。
4Cr5MoSiV1SWG8407
H13H13ESR
SKD61
X40Cr
MoV51
具有良好耐热性,抗热疲劳性能及耐液态金属冲蚀性能,高淬透性,优良综合力学性能,较高的抗回火稳定性。
≤235
1020-1050
用于制造冲击载荷较大,型腔复杂的长寿命锤锻模或锻造压力机用模具或镶块;以及铝合金挤压模,铝镁锌等金属长寿命压铸模具,部分高寿命耐磨塑料模具。
防腐蚀
在高湿度环境下模塑时,镀镍或不锈钢有助于防止模具腐蚀。
当使用会产生冷凝、接着是氧化现象的冷模具,或者使用的模具材料会释放对大部分钢材有腐蚀性的气体时,最容易产生腐蚀。
GE树脂,在正常情况下无需镀镍或不锈钢模具,因为模具温度不应低于140°F(60°C),而且只有一些GELOY树脂注塑牌号有腐蚀性的(PVC)成分。
如果有模具长期存放、除了预喷涂还需要其它防腐措施的情况时,一般来说建议使用镀镍。
与鉻或其它技术相比,无电镀镍具有卓越的防化学剂性,且相对较便宜,而且与大部分树脂脱模更为方便。
最后,镀镍给钢材选择留有余地(可以选择不同种类的刚),使其比不锈钢具有更高的机械性能和导电性能,如韧性、硬度、耐粘附磨蚀性等。
二、常用模具制造材料
M-2Rc62-64
硬度极高,韧性好,极强的耐磨和粘附磨蚀性。
用于浇口嵌件,型芯销,合模沿口或分模区因其具有耐磨性,机器加工和研磨难度大、成本高
D-2Rc57-59
硬度高,耐磨性好,用于会产生玻璃或矿物充填剂高磨损的浇口嵌件和模腔区。
较脆,研磨与组装有一定困难
Cr12Mo1V1
D2
SKD11
XW-42
具有良好的淬透性,高韧性,高耐磨损性,强韧性极佳,并具有良好的抗回火稳定性,热处理变形小。
≤255
1000-1020
重型落料模、冷挤压模、深拉伸模、滚丝模、剪刀片、冷镦模、陶土模等。
A-8Rc56-58
很好的抗粘附磨蚀性能,很高的韧性,用于滑块,提升器,斜导销。
耐磨性尚可
A-6Rc56-58
热处理稳定性优异,硬度和压缩强度很高,口碑不错的通用空气硬化钢。
韧性一般
A-2Rc55-57热处理稳定性好,耐磨性好韧性一般
A-2
Cr5Mo1V
A2
SKD12
XW-10
X210
Cr12
空冷淬硬性铬钢,韧性极佳,高耐磨损性和抗腐蚀能力。
≤255
950-1000
拉伸模、压花模、下料模、冲压模、及耐磨塑料模等。
S-7Rc55-57优异的抗机械疲劳性能,卓越的硬度/韧性耐磨蚀、粘附磨蚀性能一般
O-1Rc56-58
口碑不错的通用油硬化钢,中上的耐粘附磨蚀性能。
用于小嵌件和型芯韧性中等偏下
0-1
9CrWMn
O1
SKS3
DF-3
100Mn
CrW4
淬火变形小,具有良好的刃口保持能力,热处理变形小。
197-241
820-840
薄片冲压模、手饰压花模等。
L-6Rc55-57很好的韧性,油硬化,具有良好的热处理稳定性硬度中等,耐磨性中等偏下
L6
5CrNiMo
L6
56Cr
NiMoV7
淬火后综合力学性能较好,热强性和淬透性一般
197-241
830-860
用于制造形状简单,工作温度一般,厚度在250~350毫米之间的中型热锤锻模块。
P-5Rc55-57
延展性高。
用作切压制模钢材表面硬化,型芯硬度很低,耐用性和热处理稳定性低
P-6Rc55-57
容易机加工和焊接热处理稳定性低,耐用性中等偏低
P-20Rc28-32
视为工业标准钢,韧性非常好,易于机加工。
制造较大模腔的好材料,活动的钢制零件应用不同合金和强度的钢制造,以防止磨损或高粘附磨蚀
H-13Rc50-52
韧性非常高、硬度低
4Cr5MoSiV1SWG8407
H13H13ESR
SKD61
X40Cr
MoV51
具有良好耐热性,抗热疲劳性能及耐液态金属冲蚀性能,高淬透性,优良综合力学性能,较高的抗回火稳定性。
≤235
1020-1050
用于制造冲击载荷较大,型腔复杂的长寿命锤锻模或锻造压力机用模具或镶块;以及铝合金挤压模,铝镁锌等金属长寿命压铸模具,部分高寿命耐磨塑料模具。
SS420Rc48-50
优异的耐化学剂性、硬度低,抗机械疲劳性能极少,导热性低
Amco*金属945
Rc31导热性能高,用于需较高冷却稳定程度的模腔或型芯区域、耐用性和耐磨损性。
Amco*金属940
QC-7Rc166061-T651Rc8 用于低容量的模具。 比钢软,机加工快捷、成本低不具备钢的耐用性 三、常用钢特性表 4Cr5MoSiV1SWG8407 H13H13ESR SKD61 X40Cr MoV51 具有良好耐热性,抗热疲劳性能及耐液态金属冲蚀性能,高淬透性,优良综合力学性能,较高的抗回火稳定性。 ≤235 1020-1050 用于制造冲击载荷较大,型腔复杂的长寿命锤锻模或锻造压力机用模具或镶块;以及铝合金挤压模,铝镁锌等金属长寿命压铸模具,部分高寿命耐磨塑料模具。 4Cr5MoSiV H11 SKD6 84028407 X38Cr MoV51 塑性及韧性较H13好,但高温强度、硬度及抗回火稳定性较H13差一些。 ≤235 1000-1050 用于制造冲击载荷较大,型腔复杂的长寿命锤锻模或锻造压力机用模具或镶块;以及铝合金挤压模,铝镁锌等金属长寿命压铸模具,部分高寿命耐磨塑料模具。 45-55 1045 - 1055 S45 - 55C 淬透性较差,但材料切削加工性能较好,价格低廉。 可正火状态交货 800-870 用于制造生产批量小,模具截面不大,尺寸精度及表面粗糙度要求不高的塑料成型模具或模架。 我公司可同时可供(20-150)*(100-550)轧制扁钢。 40Cr 淬透性较差,但材料切削加工性能较好,价格低廉。 840-860 用于制造生产批量小,模具截面不大,形状复杂,尺寸精度及表面粗糙度要求不高的塑料成型模具或模架。 我公司可同时可供(20-150)*(100-550)轧制扁钢。 3Cr2Mo P20 618 40Cr Mo7 淬透性较好,可预硬交货。 具有良好的电火花加工性能和抛光性能。 预硬后材料截面硬度分布均匀。 预硬HRC28-32 840-880 用于制造生产批量较大,模具尺寸较大,形状复杂,尺寸精度及表面粗糙度要求较高的塑料成型模具。 我公司可同时可供(20-150)*(100-550)轧制扁钢。 3Cr2NiMnMo P20+Ni PDS5S 718 2738 由于加了约1%的Ni,淬透性极佳,可预硬交货。 具有良好的电火花加工性能和抛光性能。 预硬后材料大截面硬度分布均匀。 预硬HRC30-34 840-880 用于制造生产批量较大,模具尺寸较大,尺寸精度、表面抛光性能要求较高的高质量塑料成型模具。 我公司可同时可供(20-150)*(100-550)轧制扁钢。 3-4Cr13 420 S-136 2083 属中碳高铬型耐蚀模具材料,淬火后有较高硬度、耐蚀性和抛光性。 ≤230 950-1050 用于制造生产PVC等腐蚀性较强的塑料模具,透明塑胶模抛光性能要求较高的塑料模。 9Cr18Mo T440C SUS 440C 4125 属高碳高铬型耐蚀金属,具有较高耐磨性,良好耐蚀性。 ≤285 1050-1100 用于制造耐腐蚀性和耐磨性要求较高的塑料模。 如: PVC塑料模,透明塑料模等。 四、试验模具 软模具、低成本模具很有价值,它们能提供预生产制件,满足市场研究、制造装配需求、与尺寸有关的重要性能;或给设计者提供一个评估某些不常见功能的机会。 所有的铸塑和电镀加工,均需一个可原原本本复制的模具,试验模具的质量和耐用性,取决于加工过程。 某些模具生产量不足100件,而其它模具则有可能高达数干件,究竟采用何种方法,决定因素应是项目成本和时间。 从试验模具中还可以得到一些重要的模塑资料,稍后可用于正式的生产模具。 然而,由于试验模具的热性能和其它特性经常与那些生产模具不同,所以不应期望加工参数和制件性能,与生产中的实际情况完全一致。 生产试验模具的一些常见方式如下: 常规的机器加工 •钢材(未经硬化处理) •铝 •黄铜 铸塑加工•Kirksite*–一种金属铸塑材料 •铝 •塑料,环氧树脂 液镀加工 结构复杂的壳模可在母模上镀镍,然后托模并嵌入模架中。 火焰涂喷 火焰涂喷金属可以迅速生产出1/8英寸(3.16毫米)厚的壳模,在进一步托模后,将此壳模置于规则的模架中。 多种丝状金属可 用于此加工。 第二章塑料模具抛光技术 塑料模具的抛光处理技术 随着塑料制品日溢广泛的应用,如日化用品和饮料包装容器等,外观的需要往往要求塑料模具型腔的表面达到镜面抛光的程度。 而生产光学镜片、镭射唱片等模具对表面粗糙度要求极高,因而对抛光性的要求也极高。 抛光不仅增加工件的美观,而且能够改善材料表面的耐腐蚀性、耐磨性,还可以使模具拥有其它优点,如使塑料制品易于脱模,减少生产注塑周期等。 因而抛光在塑料模具制作过程中是很重要的一道工序。 目前常用的抛光方法有以下几种: 1.1机械抛光 机械抛光是靠切削、材料表面塑性变形去掉被抛光后的凸部而得到平滑面的抛光方法,一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等,以手工操作为主,特殊零件如回转体表面,可使用转台等辅助工具,表面质量要求高的可采用超精研抛的方法。 超精研抛是采用特制的磨具,在含有磨料的研抛液中,紧压在工件被加工表面上,作高速旋转运动。 利用该技术可以达到Ra0.008μm的表面粗糙度,是各种抛光方法中最高的。 光学镜片模具常采用这种方法。 1.2化学抛光 化学抛光是让材料在化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解,从而得到平滑面。 这种方法的主要优点是不需复杂设备,可以抛光形状复杂的工件,可以同时抛光很多工件,效率高。 化学抛光的核心问题是抛光液的配制。 化学抛光得到的表面粗糙度一般为数10μm。 1.3电解抛光 电解抛光基本原理与化学抛光相同,即靠选择性的溶解材料表面微小凸出部分,使表面光滑。 与化学抛光相比,可以消除阴极反应的影响,效果较好。 电化学抛光过程分为两步: (1)宏观整平溶解产物向电解液中扩散,材料表面几何粗糙下降,Ra>1μm。 (2)微光平整阳极极化,表面光亮度提高,Ra<1μm。 1.4超声波抛光 将工件放入磨料悬浮液中并一起置于超声波场中,依靠超声波的振荡作用,使磨料在工件表面磨削抛光。 超声波加工宏观力小,不会引起工件变形,但工装制作和安装较困难。 超声波加工可以与化学或电化学方法结合。 在溶液腐蚀、电解的基础上,再施加超声波振动搅拌溶液,使工件表面溶解产物脱离,表面附近的腐蚀或电解质均匀;超声波在液体中的空化作用还能够抑制腐蚀过程,利于表面光亮化。 1.5流体抛光 流体抛光是依靠高速流动的液体及其携带的磨粒冲刷工件表面达到抛光的目的。 常用方法有: 磨料喷射加工、液体喷射加工、流体动力研磨等。 流体动力研磨是由液压驱动,使携带磨粒的液体介质高速往复流过工件表面。 介质主要采用在较低压力下流过性好的特殊化合物(聚合物状物质)并掺上磨料制成,磨料可采用碳化硅粉末。 1.6磁研磨抛光 磁研磨抛光是利用磁性磨料在磁场作用下形成磨料刷,对工件磨削加工。 这种方法加工效率高,质量好,加工条件容易控制,工作条件好。 采用合适的磨料,表面粗糙度可以达到Ra0.1μm。 在塑料模具加工中所说的抛光与其他行业中所要求的表面抛光有很大的不同,严格来说,模具的抛光应该称为镜面加工。 它不仅对抛光本身有很高的要求并且对表面平整度、光滑度以及几何精确度也有很高的标准。 表面抛光一般只要求获得光亮的表面即可。 镜面加工的标准分为四级: AO=Ra0.008μm,A1=Ra0.016μm,A3=Ra0.032μm,A4=Ra0.063μm,由于电解抛光、流体抛光等方法很难精确控制零件的几何精确度,而化学抛光、超声波抛光、磁研磨抛光等方法的表面质量又达不到要求,所以精密模具的镜面加工还是以机械抛光为主。 2.1机械抛光基本程序 要想获得高质量的抛光效果,最重要的是要具备有高质量的油石、砂纸和钻石研磨膏等抛光工具和辅助品。 而抛光程序的选择取决于前期加工后的表面状况,如机械加工、电火花加工,磨加工等等。 机械抛光的一般过程如下: (1)粗抛经铣、电火花、磨等工艺后的表面可以选择转速在35000? 40000rpm的旋转表面抛光机或超声波研磨机进行抛光。 常用的方法有利用直径Φ3mm、WA#400的轮子去除白色电火花层。 然后是手工油石研磨,条状油石加煤油作为润滑剂或冷却剂。 一般的使用顺序为#180~#240~#320~#400~#600~#800~#1000。 许多模具制造商为了节约时间而选择从#400开始。 (2)半精抛半精抛主要使用砂纸和煤油。 砂纸的号数依次为: #400~#600~#800~#1000~#1200~#1500。 实际上#1500砂纸只用适于淬硬的模具钢(52HRC以上),而不适用于预硬钢,因为这样可能会导致预硬钢件表面烧伤。 (3)精抛精抛主要使用钻石研磨膏。 若用抛光布轮混合钻石研磨粉或研磨膏进行研磨的话,则通常的研磨顺序是9μm(#1800)~6μm(#3000)~3μm(#8000)。 9μm的钻石研磨膏和抛光布轮可用来去除#1200和#1500号砂纸留下的发状磨痕。 接着用粘毡和钻石研磨膏进行抛光,顺序为1μm(#14000)~1/2μm(#60000)~1/4μm(#100000)。 精度要求在1μm以上(包括1μm)的抛光工艺在模具加工车间中一个清洁的抛光室内即可进行。 若进行更加精密的抛光则必需一个绝对洁净的空间。 灰尘、烟雾,头皮屑和口水沫都有可能报废数个小时工作后得到的高精密抛光表面。 2.2机械抛光中要注意的问题 用砂纸抛光应注意以下几点: (1)用砂纸抛光需要利用软的木棒或竹棒。 在抛光圆面或球面时,使用软木棒可更好的配合圆面和球面的弧度。 而较硬的木条像樱桃木,则更适用于平整表面的抛光。 修整木条的末端使其能与钢件表面形状保持吻合,这样可以避免木条(或竹条)的锐角接触钢件表面而造成较深的划痕。 (2)当换用不同型号的砂纸时,抛光方向应变换45°~90°,这样前一种型号砂纸抛光后留下的条纹阴影即可分辨出来。 在换不同型号砂纸之前,必须用100%纯棉花沾取酒精之类的清洁液对抛光表面进行仔细的擦拭,因为一颗很小的沙砾留在表面都会毁坏接下去的整个抛光工作。 从砂纸抛光换成钻石研磨膏抛光时,这个清洁过程同样重要。 在抛光继续进行之前,所有颗粒和煤油都必须被完全清洁干净。 (3)为了避免擦伤和烧伤工件表面,在用#1200和#1500砂纸进行抛光时必须特别小心。 因而有必要加载一个轻载荷以及采用两步抛光法对表面进行抛光。 用每一种型号的砂纸进行抛光时都应沿两个不同方向进行两次抛光,两个方向之间每次转动45°~90°。 钻石研磨抛光应注意以下几点: (1)这种抛光必须尽量在较轻的压力下进行特别是抛光预硬钢件和用细研磨膏抛光时。 在用#8000研磨膏抛光时,常用载荷为100~200g/cm2,但要保持此载荷的精准度很难做到。 为了更容易做到这一点,可以在木条上做一个薄且窄的手柄,比如加一铜片;或者在竹条上切去一部分而使其更加柔软。 这样可以帮助控制抛光压力,以确保模具表面压力不会过高。 (2)当使用钻石研磨抛光时,不仅是工作表面要求洁净,工作者的双手也必须仔细清洁。 (3)每次抛光时间不应过长,时间越短,效果越好。 如果抛光过程进行得过长将会造成“橘皮”和“点蚀”。 (4)为获得高质量的抛光效果,容易发热的抛光方法和工具都应避免。 比如: 抛光轮抛光,抛光轮产生的热量会很容易造成“橘皮”。 (5)当抛光过程停止时,保证工件表面洁净和仔细去除所有研磨剂和润滑剂非常重要,随后应在表面喷淋一层模具防锈涂层。 由于机械抛光主要还是靠人工完成,所以抛光技术目前还是影响抛光质量的主要原因。 除此之外,还与模具材料、抛光前的表面状况、热处理工艺等有关。 优质的钢材是获得良好抛光质量的前提条件,如果钢材表面硬度不均或特性上有差异,往往会产生抛光困难。 钢材中的各种夹杂物和气孔都不利于抛光。 3.1不同硬度对抛光工艺的影响 硬度增高使研磨的困难增大,但抛光后的粗糙度减小。 由于硬度的增高,要达到较低的粗糙度所需的抛光时间相应增长。 同时硬度增高,抛光过度的可能性相应减少。 3.2工件表面状况对抛光工艺的影响 钢材在切削机械加工的破碎过程中,表层会因热量、内应力或其他因素而损坏,切削参数不当会影响抛光效果。 电火花加工后的表面比普通机械加工或热处理后的表面更难研磨,因此电火花加工结束前应采用精规准电火花修整,否则表面会形成硬化薄层。 如果电火花精修规准选择不当,热影响层的深度最大可达0.4mm。 硬化薄层的硬度比基体硬度高,必须去除。 因此最好增加一道粗磨加工,彻底清除损坏表面层,构成一片平均粗糙的金属面,为抛光加工提供一个良好基础。 第三章模具浇口设计 一、冷注道 建议在注道的底部安一个冷料阱,以承接首先是从注嘴流出的冷材料。 典型的冷料阱直径应与注道的最大直径相等,深度则是该直径的1-1/2倍。 流道系统也应每90°配备冷料阱,延长流道至少其直径的1-1/2倍。 见第1-9页的图1-6。 每英尺锥度为1/2或3/4英寸(12.7或19.05毫米)的标准注道衬套,其“O“尺寸至少应为直径7/32英寸(5.56毫米)。 分模线上的注道直径应等于或略大于流道直径。 流道交叉段上的注道直径如果超过规格,会延长模塑循环。 流道交叉段上的注道衬套半径应为1/32至1/16英寸(0.79至1.59毫米)。 逆锥度或燕尾式冷料阱,在流道交叉段可用作注道残料顶销。 (图1-1).通过缩小冷料阱的直径 (2)和/或在注道任一侧增加边折板(3)或(4),可得到更积极的注道排气.,从而可缩短循环时间(图1-2), 对于GEPLASTICS树脂,建议使用纯圆形和梯形流道(图1-3)。 合适的流道直径选择,主要依赖于流道长度(图1-4)。 对于三瓣模具,建议使用梯形流道(图1-5). 图1-6标明了冷料阱的尺寸和流道排气槽的位置。 有主、次流道的多模腔模具,其主流道应与次流道交汇后继续延伸,以便在流道的流动前段安装冷料阱。 流道长度应保持最短。 要求对多模腔模具有精确尺寸控制的制件,应有对称流道系统(图1-7)。 紧公差制件不应设计为成套制品模具。 二、热注道 GE树脂可在大部分型号的加热注道衬套中加工,但建议使用外部加热型衬套(图1-8)。 对于热注道衬套和歧管,建议其使用加热器功率为50瓦/立方英寸的加热钢板。 另外,接触面应消除应力,如有可能,还应使用不锈钢或钛嵌件以绝缘。 在承接器尖端,应保持精密的温度控制,以确保正确的模塑。 加热器应沿着承接器的整个长度安放,并确定好位置,以便向浇口区直接提供数量合适的热量。 热电偶应装在尽可能靠近承接器尖端的位置(图1-9)。 承接器和模具之间的接触面积,应维持在最小程度(图1-8),这可以通过退切承接器周围大部分的钢获得。 承接器内直径应不小于5/16英寸(7.94毫米). 因为热流道系统的特定结构,随不同的独立应用要求而不同,下面的资料仅是为热流道系统的选择和设计,提供一般性的指南。 热流道系统已成功地用于多模腔模具的小制件
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