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塑料满城模具的材料选择需要考虑哪些因素?

文章出处:方菱动态 责任编辑:606电影网 发表时间:2022-05-17
  ​塑料模具,是塑料加工工业中和塑料成型机配套,赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。由于塑料品种和加工方法繁多,塑料成型机和塑料制品的结构又繁简不一,所以,塑料模具的种类和结构也是多种多样的。
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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。

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