塑料模具材料的选择gkfz.docx

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1、模具材料料选择原原则作者: ersss 发发布日期期: 220088-099-088（一）满满足工作作条件要要求11耐磨磨性坯坯料在模模具型腔腔中塑性性变性时时，沿型型腔表面面既流动动又滑动动，使型型腔表面面与坯料料间产生生剧烈的的摩擦，从从而导致致模具因因磨损而而失效。所所以材料料的耐磨磨性是模模具最基基本、最最重要的的性能之之一。硬度是是影响耐耐磨性的的主要因因素。一一般情况况下，模模具零件件的硬度度越高，磨磨损量越越小，耐耐磨性也也越好。另另外，耐耐磨性还还与材料料中碳化化物的种种类、数数量、形形态、大大小及分分布有关关。11强韧韧性模模具的工工作条件件大多十十分恶劣劣，有些些常承受受较

2、大的的冲击负负荷，从从而导致致脆性断断裂。为为防止模模具零件件在工作作时突然然脆断，模模具要具具有较高高的强度度和韧性性。模模具的韧韧性主要要取决于于材料的的含碳量量、晶粒粒度及组组织状态态。22疲劳劳断裂性性能模模具工作作过程中中，在循循环应力力的长期期作用下下，往往往导致疲疲劳断裂裂。其形形式有小小能量多多次冲击击疲劳断断裂、拉拉伸疲劳劳断裂接接触疲劳劳断裂及及弯曲疲疲劳断裂裂。模模具的疲疲劳断裂裂性能主主要取决决于其强强度、韧韧性、硬硬度、以以及材料料中夹杂杂物的含含量。3高高温性能能当模模具的工工作温度度较高进进，会使使硬度和和强度下下降，导导致模具具早期磨磨损或产产生塑性性变形而而失

3、效。因因此，模模具材料料应具有有较高的的抗回火火稳定性性，以保保证模具具在工作作温度下下，具有有较高的的硬度和和强度。4耐耐冷热疲疲劳性能能有些些模具在在工作过过程中处处于反复复加热和和冷却的的状态，使使型腔表表面受拉拉、压力力变应力力的作用用，引起起表面龟龟裂和剥剥落，增增大摩擦擦力，阻阻碍塑性性变形，降降低了尺尺寸精度度，从而而导致模模具失效效。冷热热疲劳是是热作模模具失效效的主要要形式之之一，帮帮这类模模具应具具有较高高的耐冷冷热疲劳劳性能。6耐耐蚀性有些模模具如塑塑料模在在工作时时，由于于塑料中中存在氯氯、氟等等元素，受受热后分分解析出出HCII、HFF等强侵侵蚀性气气体，侵侵蚀模具具

4、型腔表表面，加加大其表表面粗糙糙度，加加剧磨损损失效。（二）满满足工艺艺性能要要求模模具的制制造一般般都要经经过锻造造、切削削加工、热热处理等等几道工工序。为为保证模模具的制制造质量量，降低低生产成成本，其其材料应应具有良良好的可可锻性、切切削加工工性、淬淬硬性、淬淬透性及及可磨削削性；还还应具有有小的氧氧化、脱脱碳敏感感性和淬淬火变形形开裂倾倾向。1可可锻性具有较较低的热热锻变形形抗力，塑塑性好，锻锻造温度度范围宽宽，锻裂裂冷裂及及析出网网状碳化化物倾向向低。2退退火工艺艺性球球化退火火温度范范围宽，退退火硬度度低且波波动范围围小，球球化率高高。33切削削加工性性切削削用量大大，刀具具损耗低

5、低，加工工表面粗粗糙度低低。44氧化化、脱碳碳敏感性性高温温加热时时抗氧化化怀能好好，脱碳碳速度慢慢，对加加热介质质不敏感感，产生生麻点倾倾向小。5淬淬硬性淬火后后具有均均匀而高高的表面面硬度。6淬淬透性淬火后后能获得得较深的的淬硬层层，采用用缓和的的淬火介介质就能能淬硬。7淬淬火变形形开裂倾倾向常常规淬火火体积变变化小，形形状翘曲曲、畸变变轻微，异异常变形形倾向低低。常规规淬火开开裂敏感感性低，对对淬火温温度及工工件形状状不敏感感。88可磨磨削性砂轮相相对损耗耗小，无无烧伤极极限磨削削用量大大，对砂砂轮质量量及冷却却条件不不敏感，不不易发生生磨伤及及磨削裂裂纹。（三）满满足经济济性要求求在给

6、给模具选选材是，必必须考虑虑经济性性这一原原则，尽尽可能地地降低制制造成本本。因此此，在满满足使用用性能的的前提下下，首先先选用价价格较低低的，能能用碳钢钢就不用用合金钢钢，能用用国产材材料就不不用进口口材料。另外，在在选材时时还应考考虑市场场的生产产和供应应情况，所所选钢种种应尽量量少而集集中，易易购买。 塑料模具具材料的的选择目前，塑塑料制品品日益广广泛地应应用于日日常生活活，其中中注射成成型技术术约占880。注注射成型型因其一一次成型型、尺寸寸精确、可可带嵌件件、生产产率高、易易于实现现现代化化、后加加工量少少等特点点广泛应应用于汽汽车、建建筑、家家用电器器、食品品、医药药等诸多多领域。

7、塑料模具的选用，对于塑料工业生产能否收到好的经济效益非常关键，因此，模具设计者了解模具材料的基本要求和选择恰当的材料相当必要。 塑料模具的工作条件与冷冲模不同，一般须在150C-200C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

8、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Ra0.10.25的水平，光学面则要求Ra 1 0000 0000次)的模具具应使用用高硬度度钢，其其硬度为为4865 HRCC。 中中等长时时间使用用(1000 0000到到1 0000 0000次)的的模具应应使用预预硬钢，其其硬度为为3045 HRC

9、C。 短短时间使使用(1000 0000次)的模具具应使用用软钢，其其硬度为为16002550 HHB。 表面粗粗糙度 许许多塑料料模具制制造商对对好的表表面粗糙糙度感兴兴趣。 当添加加硫改善善金属切切削性能能时，表表面质量量会因此此下降。 硫含量量高的钢钢也变得得更脆。 2) 影响材材料可切切削性的的首要因因素是什什么？ 钢的化化学成分分很重要要。 钢钢的合金金成分越越高，就就越难加加工。 当碳含含量增加加时，金金属切削削性能就就下降。 钢的结结构对金金属切削削性能也也非常重重要。 不同的的结构包包括： 锻造的的、铸造造的、挤挤压的、轧轧制的和和已切削削加工过过的。 锻件和和铸件有有非常难难

10、于加工工的表面面。 硬硬度是影影响金属属切削性性能的一一个重要要因素。 一般规规律是钢钢越硬，就就越难加加工。 高速钢钢(HSSS)可可用于加加工硬度度最高为为3300-4000 HHB的材材料；高高速钢+钛化氮氮(TiiN)涂涂层，可可加工硬硬度最高高为455 HRRC的材材料； 而对于于硬度为为65-70 HRCC的材料料，则必必须使用用硬质合合金、陶陶瓷、金金属陶瓷瓷和立方方氮化硼硼(CBBN)。 非金属属参杂一一般对刀刀具寿命命有不良良影响。 例如AAl2OO3 (氧化铝铝)，它它是纯陶陶瓷，有有很强的的磨蚀性性。 最最后一个个是残余余应力，它它能引起起金属切切削性能能问题。 常常推推

11、荐在粗粗加工后后进行应应力释放放工序。 3) 模具制制造的生生产成本本由哪些些部分组组成？ 粗略地地说，成成本的分分布情况况如下： 切削削 655% 工工件材料料 200% 热热处理 5% 装配/调整 10% 这也也非常清清楚地表表明了良良好的金金属切削削性能和和优良的的总体切切削解决决方案对对模具的的经济生生产的重重要性。 4) 铸铁的的切削特特性是什什么？ 一般来来说，它它是： 铸铁的的硬度和和强度越越高，金金属切削削性能越越低，从从刀片和和刀具可可预期的的寿命越越低。 用于金金属切削削生产的的铸铁其其大部分分类型的的金属切切削性能能一般都都很好。 金属切切削性能能与结构构有关，较较硬的珠

12、珠光体铸铸铁其加加工难度度也较大大。 片片状石墨墨铸铁和和可锻铸铸铁有优优良的切切削属性性，而球球墨铸铁铁相当不不好。 加工铸铸铁时遇遇到的主主要磨损损类型为为： 磨磨蚀、粘粘结和扩扩散磨损损。 磨磨蚀主要要由碳化化物、沙沙粒参杂杂物和硬硬的铸造造表皮产产生。 有积屑屑瘤的粘粘结磨损损在低的的切削温温度和切切削速度度条件下下发生。 铸铁的的铁素体体部分最最容易焊焊接到刀刀片上，但但这可用用提高切切削速度度和温度度来克服服。 在在另一方方面，扩扩散磨损损与温度度有关，在在高切削削速度时时产生，特特别是使使用高强强度铸铁铁牌号时时。 这这些牌号号有很高高的抗变变型能力力，导致致了高温温。 这这种磨

13、损损与铸铁铁和刀具具之间的的作用有有关，这这就使得得一些铸铸铁需用用陶瓷或或立方氮氮化硼(CBNN)刀具具在高速速下加工工，以获获得良好好的刀具具寿命和和表面质质量。 一般对对加工铸铸铁所要要求的典典型刀具具属性为为： 高高热硬度度和化学学稳定性性，但也也与工序序、工件件和切削削条件有有关；要要求切削削刃有韧韧性、耐耐热疲劳劳磨损和和刃口强强度。 切削铸铸铁的满满意程度度取决于于切削刃刃的磨损损如何发发展： 快速变变钝意味味着产生生热裂纹纹和缺口口而使切切削刃过过早断裂裂、工件件破损、表表面质量量差、过过大的波波纹度等等。 正正常的后后刀面磨磨损、保保持平衡衡和锋利利的切削削刃正是是一般需需要

14、努力力做到的的。 55) 什什么是模模具制造造中主要要的、共共同的加加工工序序？ 切削过过程至少少应分为为3个工工序类型型： 粗粗加工、半半精加工工和精加加工，有有时甚至至还有超超精加工工(大部部分是高高速切削削应用)。 残残余量铣铣削当然然是在半半精加工工工序后后为精加加工而准准备的。 在每一一个工序序中都应应努力做做到为下下一个工工序留下下均匀分分布的余余量，这这一点非非常重要要。 如如果刀具具路径的的方向和和工作负负载很少少有快速速的变化化，刀具具的寿命命就可能能延长，并并更加可可预测。 如果可可能，就就应在专专用机床床上进行行精加工工工序。 这会在在更短的的调试和和装配时时间内提提高模

15、具具的几何何精度和和质量。 6) 在这些些不同的的工序中中应主要要使用何何种刀具具？ 粗加工工工序： 圆刀刀片铣刀刀、球头头立铣刀刀及大刀刀尖圆弧弧半径的的立铣刀刀。 半半精加工工工序： 圆刀刀片铣刀刀(直径径范围为为1025 mm的的圆刀片片铣刀)，球头头立铣刀刀。 精精加工工工序： 圆刀片片铣刀、球球头立铣铣刀。 残余量量铣削工工序：圆圆刀片铣铣刀、球球头立铣铣刀、直直立铣刀刀。 通通过选择择专门的的刀具尺尺寸、槽槽形和牌牌号组合合，以及及切削参参数和合合适的铣铣削策略略，来优优化切削削工艺，这这非常重重要。 关于可可使用的的高生产产率刀具具，见模模具制造造用样本本C-111022:1 7

16、) 在切削削工艺中中有没有有一个最最重要的的因素？ 切削过过程中一一个最重重要的目目标是在在每一个个工序中中为每一一种刀具具创建均均匀分布布的加工工余量。 这就是是说，必必须使用用不同直直径的刀刀具(从从大到小小)，特特别是在在粗加工工和半精精加工工工序中。 任何时时候主要要的标准准应是在在每个工工序中与与模具的的最终形形状尽可可能地相相近。 为每一一种刀具具提供均均匀分布布的加工工余量保保证了恒恒定而高高的生产产率和安安全的切切削过程程。 当当ap/ae(轴向切切削深度度/径向向切削深深度)不不变时，切切削速度度和进给给率也可可恒定地地保持在在较高水水平上。 这样，切切削刃上上的机械械作用和

17、和工作负负载变化化就小，因因此产生生的热量量和疲劳劳也少，从从而提高高了刀具具寿命。 如果后后面的工工序是一一些半精精加工工工序，特特别是所所有精加加工工序序，就可可进行无无人加工工或部分分无人加加工。 恒定的的材料加加工余量量也是高高速切削削应用的的基本标标准。 恒定的的加工余余量的另另一个有有利的效效应是对对机床导轨轨、球丝丝杠和主主轴轴承承的不利利影响小小。 88) 为为什么最最经常将将圆刀片片铣刀作作为模具具粗加工工刀具的的首选？ 如果使使用方肩肩铣刀进进行型腔腔的粗铣铣削，在在半精加加工中就就要去除除大量的的台阶状状切削余余量。 这将使使切削力力发生变变化，使使刀具弯弯曲。 其结果果

18、是给精精加工留留下不均均匀的加加工余量量，从而而影响模模具的几几何精度度。 如如果使用用刀尖强强度较弱弱的方肩肩铣刀(带三角角形刀片片)，就就会产生生不可预预测的切切削效应应。 三三角形或或菱形刀刀片还会会产生更更大的径径向切削削力，并并且由于于刀片切切削刃的的数量较较少，所所以他们们是经济济性较差差的粗加加工刀具具。 另另一方面面，圆刀刀片可在在各种材材料中和和各个方方向上进进行铣削削，如果果使用它它，在相相邻刀路路之间过过渡较平平滑，也也可以为为半精加加工留下下较小的的和较均均匀的加加工余量量。 圆圆刀片的的特性之之一是他他们产生生的切屑屑厚度是是可变的的。 这这就使它它们可使使用比大大多

19、数其其它刀片片更高的的进给率率。 圆圆刀片的的主偏角角从几乎乎为零(非常浅浅的切削削)改变变到900度，切切削作用用非常平平稳。 在切削削的最大大深度处处，主偏偏角为445度，当当沿带外外圆的直直壁仿形形切削时时，主偏偏角为990度。 这也说说明了为为什么圆圆刀片刀刀具的强强度大切削削负载是是逐渐增增大的。 粗加工工和半粗粗加工应应该总将将圆刀片片铣刀，如如CorroMiill 2000(见模模具制造造样本CC-11102:1)作作为首选选。 在在5轴切切削中，圆圆刀片非非常适合合，特别别是它没没有任何何限制。 通过使使用良好好的编程程，圆刀刀片铣刀刀在很大大程度上上可代替替球头立立铣刀。 跳

20、动量量小的圆圆刀片与与精磨的的的、正正前角和和轻切削削槽形相相结合，也也可以用用于半精精加工和和一些精精加工工工序。 9) 什么是是有效切切削速度度(vee)和为为什么它它对高生生产率非非常重要要？ 切削中中，实际际或有效效直径上上的有效效切削速速度的基基本计算算总是非非常重要要。 由由于台面面进给量量取决于于一定切切削速度度下的转转速，如如果未计计算有效效速度，台台面进给给量就会会计算错错误。 如果在在计算切切削速度度时使用用刀具的的名义直直径值(Dc)，当切切削深度度浅时，有有效或实实际切削削速度要要比计算算速度低低得多。如如圆刀片片CorroMiill 2000刀具(特别是是在小直直径范

21、围围)、球球头立铣铣刀、大大刀尖圆圆弧半径径立铣刀刀和CooroMMilll 3990立铣铣刀之类类的刀具具(这些些刀具请请参见山山特维克克可乐满满的模具具制造样样本 CC-11102:1)。由由此，计计算得到到的进给给率也低低得多，这这严重降降低了生生产率。 更重要要的是，刀刀具的切切削条件件低于它它的能力力和推荐荐应用范范围。 当进行行3D切切削时，切切削时的的直径在在变化，它它与模具具的几何何形状有有关。 此问题题的一个个解决方方案是定定义模具具的陡壁壁区域和和几何形形状浅的的零件区区域。 如果对对每个区区域编制制专门的的CAMM程序和和切削参参数，就就可以达达到良好好的折中中和结果果。

22、 110) 对于成成功的淬淬硬模具具钢铣削削来说，重重要的应应用参数数有哪些些？ 使用高高速铣对对淬硬模模具钢进进行精加加工时，一一个需遵遵守的主主要因素素是采用用浅切削削。 切切削深度度应不超超过0.2/00.2 mm(ap/ae：轴向切切削深度度/径向向切削深深度)。这这是为了了避免刀刀柄/切切削刀具具的过大大弯曲和和保持所所加工模模具拥有有小的公公差和高高精度。 选择刚刚性很好好的夹紧紧系统和和刀具也也非常重重要。 当使用用整体硬硬质合金金刀具时时，采用用有最大大核心直直径(最最大抗弯弯刚性)的刀具具非常重重要。 一条经经验法则则是，如如果将刀刀具的直直径提高高20%，例如如从100 m

23、mm提高到到12 mm，刀刀具的弯弯曲将减减小500%。 也可以以说，如如果将刀刀具悬伸伸/伸出出部分缩缩短200%，刀刀具的弯弯曲将减减小500%。 大直径径和锥度度的刀柄柄进一步步提高了了刚度。 当使用用可转位位刀片的的球头立立铣刀(见模具具制造样样本 CC-11102:1)时时，如果果刀柄用用整体硬硬质合金金制造，抗抗弯刚性性可以提提高34倍。 当用高高速铣对对淬硬模模具钢进进行精加加工时，选选择专用用槽形和和牌号也也非常重重要。 选择像像TiAAlN这这样有高高热硬度度的涂层层也非常常重要。 11) 什么么时候应应采用顺顺铣，什什么时候候应采用用逆铣？ 主要建建议是： 尽可可能多使使用

24、顺铣铣。 当当切削刃刃刚进行行切削时时，在顺顺铣中，切切屑厚度度可达到到其最大大值。 而在逆逆铣中，为为最小值值。 一一般来说说，在逆逆铣中刀刀具寿命命比在顺顺铣中短短，这是是因为在在逆铣中中产生的的热量比比在顺铣铣中明显显地高。 在逆铣铣中当切切屑厚度度从零增增加到最最大时，由由于切削削刃受到到的摩擦擦比在顺顺铣中强强，因此此会产生生更多的的热量。 逆铣中中径向力力也明显显高，这这对主轴轴轴承有有不利影影响。 在顺铣铣中，切切削刃主主要受到到的是压压缩应力力，这与与逆铣中中产生的的拉力相相比，对对硬质合合金刀片片或整体体硬质合合金刀具具的影响响有利得得多。 当然也也有例外外。 当当使用整整体

25、硬质质合金立立铣刀(见模具具样本CC- 111022:1中中的刀具具)进行行侧铣(精加工工)时，特特别是在在淬硬材材料中，逆逆铣是首首选。 这更容容易获得得更小公公差的壁壁直线度度和更好好的900度角。 不同轴轴向走刀刀之间如如果有不不重合的的话，接接刀痕也也非常小小。 这这主要是是因为切切削力的的方向。 如果在在切削中中使用非非常锋利利的切削削刃，切切削力便便趋向将将刀“拉拉”向材材料。 可以使使用逆铣铣的另一一个例子子是，使使用老式式手动铣铣床进行行铣削，老老式铣床床的丝杠杠有较大大的间隙隙。 逆逆铣产生生消除间间隙的切切削力，使使铣削动动作更平平稳。 12) 仿形形铣削还还是等高高线切削削？ 在型腔腔铣削中中，保证证顺铣刀刀具路径径成功的的最好方方法是采采用等高高线铣削削路径。 铣刀(例如球球头立铣铣刀，见见模具制制造样本本C-111022:1)外圆沿沿等高线线铣削常常常