塑料齿轮注塑模具钢

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1.塑料齿轮模具型腔材料的性能要求

①加工性能好。选用切割方便、加工后能获得高精度、高表面质量的模具钢。因此,应主要选用中碳合金模具钢。

②强度高,韧性好。在齿轮注塑生产过程中,型腔齿圈的分型面容易被塑料垃圾压碎形成凹坑,导致齿轮溢出飞边。因此,需要高强度、良好的韧性和不易崩溃的优质合金模具钢。

③火花加工性能好。现代模具行业一般采用电火花线切割和电火花成型作为齿轮腔的最终成型加工工艺,一般不能进行后磨抛光加工(磨料流设备单位除外)。因此,需要采用电加工变形小、表面粗糙度小、变质硬化层薄的优质模具钢。

④良好的耐磨性和抗疲劳性。塑料齿轮的注射成型压力较高,齿轮腔不仅受到高压塑料熔体的冲击,而且受到冷热交替温度应力的影响。一般高碳合金钢,通过热处理可以获得高硬度,但韧性差容易形成表面裂纹或轮齿容易崩溃,因此不能使用。此外,一旦齿轮腔损坏,一般无法修复。因此,应选择耐磨、耐疲劳的优质中碳合金模具钢。

⑤耐化学腐蚀性强。聚甲醛等塑料对模具有一定的腐蚀作用,特别是未经除湿干燥处理的湿聚甲醛,在注射过程中容易产生气体和空气混合气体,对型腔、型芯、螺钉、料筒等部件产生化学腐蚀。因此,应选择耐腐蚀性强的合金优质模具钢。

二、塑料齿轮模具型腔材料的选择参考

根据塑料齿轮腔和芯的尺寸,棒或板可以直接加工。自20世纪80年代以来,中国开始引进国外生产的优质模具钢,制造齿轮注塑模具腔、芯等关键成型部件,主要包括美国、日本、德国生产的预硬模具,同时也出现了国内模具销售,降低注射模具制造成本发挥了积极作用。

国内常用的塑料齿轮模具钢有哪些?

1.预硬钢

国产P20(3Cr2Mo)预硬钢的硬度可达36~38HRC,拉伸强度为1330MPa.无需热处理,可保证模具的形状和尺寸精度要求高,切割抛光方便。适用于注射模数约10万次的成型模具。在预硬钢中加入硫可以提高其切割性能。

国产SMI(55CrNiMnMoVS)和5NiSCa(5CrNiMnMoVSCa)预硬化后的硬度为35~45HRC,但切削性能与中碳调质钢相似,适用于注射模数约20万次的成型模件。

国产718(3Cr2NiMo)国产预硬钢P20改进型钢号质量大大提高,弥补了P20缺点。目前,除了不能用于耐腐蚀性要求的塑料模具零件外,它是我国应用最广泛的塑料模具零件。

典型的塑料模具钢型号更适合15万次左右的成型模具。

2.镜面钢

镜面钢多为沉淀硬化钢,又称及时硬化钢,采用真空熔化法生产。这种钢在真空环境中经过5000次~550℃,进行5~10h及时处理,钢弥散沉淀复合金化合物,使钢硬化,40~45HRC硬度好,耐磨性好,加工过程变形小。由于材料纯净,镜面抛光,光腐蚀图案精细,电火花加工和耐腐蚀性好。还有一种氮化高硬度钢25CrNiMoAl,调质后硬度为23~25HRC,时效后硬度38~42HRC,氮化后,表面硬度可达700HRC适用于玻璃纤维增强塑料注射模成型零件。

3.耐腐蚀钢

国产PCR(6Cr16NiCuNb)属于不锈钢,但强度高于一般不锈钢,切削抛光性能好,热处理变形小,使用温度小于400℃,空冷淬硬可达42~53HRC,腐蚀性塑料注射成型模具适用于含氮和阻燃剂。

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国外常用的塑料齿轮模具钢有哪些?

在我国精密塑料齿轮的大规模生产中,国外引进模具钢的几种化学成分如下表所示。

国外引进的几种主要化学成分(单位%)

1.P20预硬模具钢

引进美国P20中碳Cr-Mo是塑料模具钢,是的P20、P20H,P20Ni等牌号,出厂硬度29~32HRC。适用于塑料模具腔的生产,材料硬度均匀,具有良好的切割、研磨和抛光性能。为了提高模具腔的使用寿命,预硬钢可以淬火 为了提高硬度,低温回火或氮化。

淬火 低温回火~600℃预热2~4h,然后在850~880℃下保温2h以上将油冷却至50~100℃然后空冷至室温。淬火硬度可达50~52HRC.为防止开裂,应立即进行2万次℃回火后硬度可保持48HRC显著提高了模具的使用寿命。

氮化处理:高硬度表面组织,氮化后表面硬度达到650~700HV(57~60HRC).此外,氮化层材料组织致密,表面光滑,提高了型腔脱模、防潮空气和碱腐蚀性能。

P20已提前硬化HB285~330(HRC30~36)瑞典618和德国GS-2311状态相同,可直接用于模具加工,具有尺寸稳定性好的特点。预硬钢价格相对便宜,适用于一般精密塑料齿轮注射模具成型部件。

2.718预硬钢

718模具钢,中国品牌3Cr2NiMo是P20(3Cr2Mo)改进型钢的质量大大提高,可以填充P满足20模具钢的不足P20模具钢不符合要求。除不能用于耐腐蚀性要求的塑料模具外,是我国应用最广泛的通用塑料模具钢的典型钢号。

1胜1718预硬钢具有优异的抛光和相机蚀刻性能,718HH预硬钢是718预硬钢的改良型号,硬化和回火硬度HB340~380(HRC36~40).氮化和火焰硬化可用于提高型腔的表面硬度和耐磨性。HH材料保持高纯度、低硫质量,具有优异的抛光、光蚀刻和氮化处理性能。718具有镜面抛光性能HH广泛应用于制造透明塑料制品的模具。

3.2083模具钢

2083是德国布德鲁斯特殊塑料模具钢,含量高Cr不锈钢具有优异的耐磨性、耐酸腐蚀性、良好的机械加工和抛光性能。淬火性好,变形率低,淬火 回火型腔更耐磨;电火花成型加工性能好,适用于表面粗糙度要求极低的酸性塑料和模具型腔。

4.S136

瑞典S136模具钢含Cr量达13.6%,组织纯净、均匀、细腻;优异的耐腐蚀性和抛光性;良好的耐磨性、机械切割和电火花加工性、优异的研磨和抛光性;淬火时尺寸稳定性好。是耐腐蚀性好的镜面塑料模具钢。

5.日本大同NAK55预硬钢

真空冶炼后,组织可直接切割雕刻成模具,锻造均匀,热处理及时。切割性能好,硬度40HRC,但切削性能仅相当于97HRB物间,比40HRC的SCM4钢具有优异的切削性。放电加工表面不硬化,易磨削,

良好的镜面和令人满意的光泽。适用于精密塑料齿轮模腔,硬度高,耐磨性高,耐压性高,模具使用寿命高。

6.8407合金工具钢

德国8407是铬、钼、钒中碳合金工具钢。采用特殊的炼钢技术和严格的质量控制,是一种纯度高、质量控制严格的钢材。8407的等向性(各向同性)优于传统炼钢H13更好。这对压铸模具、锻造模具、挤压疲劳性能更有价值,如压铸模具、锻造模具、挤压模具和高质量要求的塑料模具。因此,8407模具的硬度可以与普通模具相比H13提1~2HRC而不是牺牲它的韧性。

8407在我国被用作高精度塑料齿轮和蜗杆注射模型腔钢号,具有以下优点:

①耐热冲击和抗裂性好;

②高温强度;

③无论尺寸、韧性和延展性高,各向同性;

④加工性能和抛光能力优异;

⑤淬透性好,热处理尺寸稳定性好。

对其热处理和研磨有以下要求:

A.球化退火

850℃,炉内10后均热℃/h冷却冷却到600℃,然后在空气中冷却。

B.去应力回火

模具坯经粗加工后,必须进行去应力处理。将半成品加热至650℃,均热2h炉内冷却至550℃,然后将空气冷却到室温。

C.淬火

预热600~800℃,淬火温度980~1080℃(常用1020℃),均热时间为(50±3) min。在200~550℃等温1~100min再空冷或油冷。钢材冷却至70~100℃应立即回火,其目的如下:

①为了使模块获得最合适的

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性能;

②淬火冷却速度越快越好,无严重变形或破裂。

D.回火

至少两次,时间2h上述最低回火温度为18℃,每次回火后,必须冷至室温,然后进行下一次回火。回火时应避免425~525℃脆性区之间的回火。

E.几点建议

①型腔硬度在48HRC以上, 每注射2000~4000模后, 再加一次回火。

②放电后,需要回火。

③尽量在模具设计中使用较大的圆角,避免应力集中。

F.氮化处理

为使模具表面具有更好的耐磨性,可进行氮化处理,在模具表面形成较硬的氮化层。℃下氮化,表面硬度可达1万~1250HV.氮化时间分别为20h/30h/60h硬化层的深度分别为0.20mm/0.25mm/0.30mm。

G.研磨抛光技术

正确的研磨技术可以看到模具表面裂纹的产生,提高模具的使用寿命。如果模具在低温回火下研磨,裂纹非常敏感。只能使用边缘切割、柔软、开放的颗粒砂轮,需要适当的研磨速度和良好的冷却剂。

H.放电加工

模具在淬火 电火花在回火状态下放电,电加工后型腔必须低于原回火温度的25℃为消除其内应力,应进一步回火。

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