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关注:48 2015-07-05 17:22

模具产品介绍和制作材料的选择要求

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模具产品介绍和制作材料的选择要求
我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品,大到机床的底座、机身外壳,小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳,无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形,模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同,模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具,以及塑胶模具。
1模具配件
冲针、冲头、导柱、导套、顶杆、顶针、司筒、钢珠套、独立导柱、滑块、日期章、斜顶滑块、交口套、定位块、导位固定块、导柱辅助器(定位柱子)、导柱组件等。
2结构零件
1、组成
吹塑模、铸塑模和热成型模的结构较为简单。
压塑模、注塑模和传塑模结构较为复杂,构成这类模具的零件也较多。
基本零件有:
①成型零件,包括凹模、凸模、各种成型芯,都是成型制品内、外表面或上、下端面、侧孔、侧凹和螺纹的零件。
②支承固定零件,包括模座板、固定板、支承板、垫块等,用以固定模具或支承压力。
③导向零件,包括导柱和导套,用以确定模具或推出机构运动的相对位置。
④抽芯零件,包括斜销、滑块等,在模具开启时用以抽出活动型芯,使制品脱模。
⑤推出零件,包括推杆、推管、推块、推件板、推件环、推杆固定板、推板等,用以使制品脱模。注塑模多推广采用标准模架,这种模架是由结构、形式和尺寸都已标准化和系列化的基本零件成套组合而成,其模腔可根据制品形状自行加工。采用标准模架有利于缩短制模周期。
2、常用模座零件作用
定模座板(面板):将前模固定在注塑机上.
流道板(水口板):开模时去除废料柄,使其自动脱落(三板模).
定模固定板(A板):成型产品前模部分.
动模固定板(B板):成型产品后模部分.
垫块:模脚,它的作用是让顶板有足够的活动空间.
推板:开模时通过顶杆、顶块、斜顶等推出零件将产品从模具中推出.
动模座板(底板):将后模固定在注塑机上.
导柱和导套:起导向定位作用,辅助前后模开模、和模与基本定位.
支撑柱(撑头):提高B板的强度,有效避免长期生产导致B板变形.
顶板导柱(中托司):导向定位推板,保证顶出顺畅.
3材料要求
塑料模具的工作条件与冷冲模不同,一般须在150°C-200°C下进行工作,除了受到一定压力作用外,还要承受温度影响。现根据塑料成型模具使用条件、加工方法的不同将塑料模具用钢的基本性能要求大致归纳如下:
1、足够的表面硬度和耐磨性
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和流动要承受较大的压应力和摩擦力,要求模具保持形状的精度和尺寸精度的稳定性,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和热处理硬度,因此提高模具的硬度有利于提高其耐磨性。
2、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和钳工修配。为延长切削刀具的使用寿命,提高切削性能,减少表面粗糙度,塑料模具用钢的硬度必须适当。
3、良好的抛光性能
高品质的塑料制品,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。
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,当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,金相组织和模具尺寸稳定,可减少或不再进行加工,即可保证模具尺寸精度和表面粗糙度要求。
45、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和耐磨性,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,对模具材料也提出更高要求。对于制造复杂、精密和耐腐蚀性的塑料模,可采用预硬钢(如PMS)、耐蚀钢(如PCR)和低碳马氏体时效钢(如18Ni-250),均具有较好的切削加工、热处理和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。
4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
塑料模具低,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
塑料模具生腐蚀性气体,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。

 

 
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