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模具钢材的特性(Characteristics-of-die-steel)

模具钢材的特性(Characteristics-of-die-steel)

高精度精密钢管

1、模具钢分类 
按化学成分分为:(1)碳素钢:S50C、S55C 
(2)合金钢:ⅰ低合金钢(≤5%);ⅱ中合金钢(5%~10%);ⅲ高合金钢(>10%)。 
按使用情况分为:塑胶模具钢、冷作模具钢、热作模具钢 
●一般塑胶模具钢以预硬态(即预调质=淬火+高温回火)供货,热作及冷作钢以退火态供货。 
2、塑胶模具钢的选用 
◆作为塑料模具的使用情况,有种种的不同条件,模具用钢大致应满足如下的要求: 
(1)机械加工性能优良:塑料模具型腔的几何形状非常复杂,往往有深孔、深沟槽、窄缝等加工部位。钢材必须具有易切削的性能。 
(2)抛光性能优良:无论何种塑料模具, 其型腔的允许表面粗糙度极小,几乎都要求能做到镜面光泽。而要达到镜面光泽,主要的一点是钢材必须具有不低于38HRC的硬度,最好为40~46HRC,而达到55HRC为最佳。要达到镜面光泽,首先钢材中的夹杂物要尽量少,而且不能有气泡存在, 并且纤维组织均匀。在大量生产中的模具,为了减少磨损,除了型腔的表面硬度以外,表面粗糙度也是重要条件。 
(3)有良好的表面腐蚀加工性:有很多模具要求成形的塑件表面为各种其他物质的花纹。如皮革纹、绸纹、布纹、精细图案等。这就要求钢材的质地细而均匀,否则表面腐蚀的效果不佳。 
(4)既要耐磨损,而且又有韧性:塑料模具是长期承受热交变负荷的,而且又是长期经受摩擦的。如果仅考虑耐摩擦的一面而不考虑其受热交变负荷的一面,若使用冷冲模具用的高碳高合金钢制造时,必然出现韧性不足而引起开裂。 
(5)淬火性能好,变形小:塑料模具特别是热固性塑料模具的型腔部分大都必须进行热处理。这就要求钢材具有较好的淬透性和很小的变形。一般热塑性塑料成形用模具,采用调质、预硬化等处理即可。而热固性塑料成形用模具则必须淬硬。 
(6)电火花加工性好:塑料模的凹型腔时常采用放电加工,放电加工后表面的硬化层要浅,以便于抛光。抛光在塑料模的型腔加工中是最耗时间的。时间长则增加成本。目前对自动抛光的技术尚未达到实用阶段,仍然以手工抛光为主。硬化层厚则抛光工时增大。 
(7)有耐腐蚀性:有些塑料,例如聚氯乙烯在成形时能产生盐酸气体,对型腔有腐蚀性。所以对于用于有腐蚀气体的塑料模,必须考虑钢材的耐腐蚀性。 
(8)焊接性好:在型腔加工中,有时难免要补焊。因此模具钢必须有很好地焊接性能。 
◆在选择塑胶模具钢材时,要依以下条件而逐次考虑之,最后作出决定。 
(1)塑件的生产批量:模具是高效率的生产工具。每一付模具的使用寿命,直接关系到制件的成本。设计模具时,除了按产量考虑每模的型腔数之外,就要考虑其使用寿命。批量小,则对钢材的要求可以低些;而批量大时,必须选择优质钢材,以保证使用寿命而尽量避免重复制作模具。 
(2)塑件的尺寸精度:塑件的尺寸精度,很大程度上取决于模具的制造精度,它又决定制件的合格率。对于要求高精度(SJ/T10628-95的3、4级精度)以及超高精度(SJ/T50628-95的1、2级精度)的塑件,应选用优质模具钢。 
(3)制件的复杂程度:制件越复杂,型腔的加工就越困难,因而必须选用切削性能好的钢材。制件复杂程度高,则尺寸量大,加工部位多。因而加工的应力变形必须考虑。 
(4)制件的体积大小:制件越大,型腔的切削量也越大。用大吃刀量切削时,切削应力也大。因此对于大制件的模具最好选用易切削钢。制件小时,型腔体积小,所用的刀具(主要是铣刀)强度低,切削量很小。选择钢材时应选用质地均匀,合金碳化物分布细而匀称的钢材。小模具多先作预硬化处理然后加工,要考虑加工的可能性。 
(5)制件的外观要求:塑件如为外观装饰件,则表面的质量好坏能很大程度上影响产品的销售。凡对塑件外观有高要求的塑件,最好选用真空熔炼或电渣熔炼钢,以达到最好的型腔抛光效果。 
◆钢材的抛光性 
生产透明塑料制品,尤其是光学仪器,对于成型模具的抛光性(即镜面加工性)要求很高。 
影响镜面加工性能的因素有: 
(1)钢材冶金质量:不得采用易削钢。采用VAD、VAR、ESR等工艺,可提高钢的纯净度,从而提高抛光性能。 
(2)组织不均匀度:即显微偏析的影响。措施是必须掌握好出钢后的浇注技术和钢锭的结晶质量;充分锻造,以保证致密度;均热化处理或ESR。 
(3)硬度:高硬度有利于镜面抛光。热处理后的表面渗碳或脱碳导致表面质量恶化,影响抛光性能。 
(4)抛光技术:要避免抛光过程中表面接触应力过高。否则较软的基体会被冲蚀,使碳化物游离出来,随后在钢材表面留下缺陷。 
3、钢材的硬度 
●常规表示有布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、里氏(HL)硬度等,其中以HB及HRC较为常用。 
●HB应用范围较广,供货状态常用, Cu、Al也可用 。HRC适用于表征高硬度材料,如热处理硬度等。两者区别在于硬度计之测头不同,布氏硬度计之测头为钢球,而洛氏硬度计之测头为金刚石。 
●在一定条件下,HB与HRC可以互换。其换算公式可大概记为:1HRC≈1/10HB。 
●HV-适用于显微分析,Cu、Al也可用。 
●HL-手提式硬度计,测量方便,但对样品厚度有要求。

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