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第 卷 增 年 塑 料 工 業(yè) 卜 入 片 二 門 一 丈 塑 料 模 具 材 料 選 用 原 則 及 應 用 郭 俊 卿 陳漬 霞 南科技 大 學材 料科 學與 工 程 學 院 河 南 洛 陽 摘 要 對塑 料 模 具 材 料 的 選 用 原 則 和 新 型 模 具 材 料進行 了 簡 要的 介 紹 在 此 基礎 上 以 成 型 手 機 外 殼 塑 料模 具 為 例 對 其 關鍵 零部件 的 選 材應 用進行 了 主 要 說 明 關鍵 詞 塑料模具材料 選用原 則 應 用 一 一 曳 阮 呷 圖 甲 卜 塑 料 工 業(yè) 是世 界 上 增長最 快 的工 業(yè) 之 一 塑 料種 類 增多 塑 料 成 型 工 藝 和 模 具 技 術(shù)水 平的發(fā) 展 為 塑 料制 品 的 應用 開 拓 了 廣 闊的 領 域 世 界 上 塑 件 產(chǎn) 量按 體 積 計 算 已 超 過 了 鋼鐵 的 產(chǎn)量 在辦 公設 備 汽車 儀 器 儀 表 通 信 建材行 業(yè)發(fā) 揮 著越 來 越 重要 的 角 色 日 用 品 以 及 家 用 電 器 行 業(yè) 中 的 零 件 塑 料化 的趨 勢 不 斷加 強 陸續(xù) 出 現(xiàn) 了全塑 產(chǎn) 品 用 戶對 塑 件質(zhì) 量 要 求 的 不 斷 提 高 對 模 具 的 設 計制 造 也 提 出了 更 高 的要 求 塑 料 模 具 結(jié)構(gòu) 復雜 制造難 度大 優(yōu) 良 的 注 射模 可 以 成 型上百 萬 次 塑 料 件 而 塑 料模 具所 用 材 料 已 成 為 模 具失 效 的 主 要因 素 之 一 川 合 理 選 擇 塑 料 成 型 模 具 的 材 料 是塑 料模 具設 計與制 造的 關 鍵 問 題 它 對 提 高 模具壽 命 縮 短 加 工 周 期 降 低成 本 提 高 塑 件 的 質(zhì) 量 有著 重要 的意 義 塑 料模 具材 料選 材原 則 塑 料模 具 用 材料 的 分類 及 性能特 點 已 有 相 關 文 獻 進 行 詳 細論述 而 塑 料 模 具 中各零 件 材料 的 應 用 需 根 據(jù) 工 作條 件 進行 合 理 選擇 按 加工 方式 選 材 塑 料 模標 準 件 量 大 面 廣 多采 用 低碳 鋼 或低碳 低 合 金 鋼 冷 擠 壓 成 形 若 要 求模 具 標 準件 表 面 具有 一 定 的 耐 磨 性 在冷擠 壓 成形 后可 進行 滲 碳與 淬 回 火 處 理 對 于 鑄 造 方 法 成 型 的塑 料模 可 選 用鋁 合 金 鋅 合 金 青銅 和 鑄鐵材料 這些材 料 具有 良 好 的 鑄 造 性 能 特 別 是 硅 鋁 合 金和 鋅 基 合 金 這 兩 種材料熔點 低 流 動 性 好 對 于 用 超 塑 性方 法 成形 的塑 料模 具 應盡 量 選 擇 共 晶 合 金 或共 析 合 金 以 獲 得 良 好 的 塑 性 對 于 能獲 得極細晶粒的 合 金 通 過晶 粒 細 化 處 理 后 也 具 有 良好 的 超 塑 性 對 于 用 切 削 加 工 或 電加 工 成 型 的 塑 料 模 具 要 求 材 料 有 良好切 削 性 可 降低 加 工 費 用 縮 短 制 造 周期 對 于 電 加 工 成 型 還 要 求 材 料 具 有 良 好 的導電 性 按 服 役 條件 選 材 在成 型 聚 氯 乙 稀 等 塑 件 時 在成 型 溫 度 下 塑 料 產(chǎn) 生 腐 蝕 性 的 氣 體 因 此 要 求與制件直接 接觸 的 部 件 應具 有優(yōu) 良 的 耐 腐 蝕 性 如 馬氏 體 不 銹鋼 時 效 硬 化 不 銹 鋼 和 馬 氏 體 時 效 鋼 等 也 可 以 用 普 通 材 料 加 工后 進 行鍍鉻 處理 在成 型 添 加有 玻璃 纖 維或 石 英粉 等 硬 質(zhì) 材料 的塑 件時 高 硬 度 的 添 加物 使 塑 料 的流 動 性 下 降 導 致 模 具 磨 損嚴 重 故 成 型 這 類 塑 料 的 模具材料多 選 用 能 淬成高 硬 度 的 模 具 鋼 如 等 若 選 用 碳 含量 不 高 的 鋼 則 應進 行 滲 碳 淬 火 處 理 按 制 品 的質(zhì) 量 要 求選 材 成 型 透 明 塑 件 時 要 求模 具材 料 有較 高 的 鏡 面 加 工 性 和 能 淬成 高 硬 度 材料中 的 非 金 屬 夾雜 和 氣 孔 要 求 極 少 且 顯 微 組 織均 勻 可 選用 能 淬 成 高 硬 度 的 超 純 凈 鋼 許多 塑 料制 品 都 要 求 其表 面 有裝 飾花紋 還 作 者簡 介 郭俊 卿 男 講 師 研 究 方向為 模 具 材 料成 形 數(shù) 值 模 擬 一 二 田 年 要 求模 具 材料 具 有 良 好 的花 紋圖 案 蝕 刻性 在 塑 塑 料 磁 體 時 為 在某 一 方 向 得 到優(yōu) 異的 磁 性 能 需 要 選 用 奧 氏 體 無 磁 模 具 鋼 制 造 模 具 當 塑 件 尺 寸 精 度 要 求 很 高 時 一 應 選用 熱 膨脹系 數(shù) 小 在熱 處 理 過程 中 不 易 變 形 的 模 具 材料 如 馬 氏 體 時 效 鋼 其 不 足 之處 是價 格 昂 貴 一 若 選用 鋼 在淬 火后 進 行深 冷 處理 也可 達 到同樣 的 目 的 一 按 模 具 零 部 件 選 材 成 型 零 部 件 直 接 與 塑 料接 觸 應根 據(jù) 塑 料 的 種 類 塑 料制 品 性質(zhì) 和 生 產(chǎn)批量進 行 選 材 塑 料模 中 的 結(jié) 構(gòu) 件 一 般情 況 下選 擇 碳 素結(jié)構(gòu) 鋼 合 金 結(jié) 構(gòu) 鋼 或 碳 素 工 具 鋼 即 可 滿 足 使 用 要 求 彈 簧 材 料 要 求高 彈 性 極 限 和 高 疲 勞強 度 可 用 含 碳 量 以上 的 碳鋼 或 合 金 鋼 制 造 注 射模 具 新 材 料 隨著 大 型 精 密 復雜 的 注 射 成 型 技 術(shù) 發(fā) 展 對 其 模 具所用 材 料 的性能 要 求 越 來 越 高 例如 淬火 微量 變 形 良 好 的 鏡 面 拋光性 能 較 小 的 熱 膨脹 系 數(shù) 高 的熱穩(wěn) 定 性 以 及 良 好 的耐 磨 性 能 和 耐蝕 性能 等 均是 開 發(fā) 模 具 新材料 時所追 求 的 目 標 世 界 各 國 已 經(jīng) 研 制 出注 射模 選 用的 新 鋼種 以 適應注 射 成 型 技 術(shù) 發(fā) 展 的 需 要 預 硬鋼 在 鋼 廠 經(jīng) 過 鍛造 和 特殊 熱 處理后 以 硬度 一 的 模 塊形 式 供 應 市場 用 戶 可 將模 塊直 接 加 工 成 模 具 零件 而 不 必 進 行熱處理 從 而 避 免 了 模 具 零件 的 熱 處 理 過程 中 可 能 發(fā) 生 的 變 形 保 證 較 高 的 形 狀 和 尺 寸 精 度 預 硬 鋼 雖 具 有 一 定 硬 度 但 仍 有較 好 的切 削 加 工 性 和 良 好 的 鏡 面 拋 光 性 能 以 及 表 面 雕 刻 性 能 特 別 適 用 于 批量 較大 的 熱 塑 性注 射模 中 硬 度 要 求 低 于 的 成 型 零件 并 允 許 具有 比 較復雜 的 幾 何 形狀 和 較高 的 尺 寸 精 度 如 國 產(chǎn)的 美 國 的 改性 等 一些 國外 生 產(chǎn)的 預 硬 鋼 還可 以 用 于 制 造增 強塑 料 和 熱 固 性 塑 料 成 型 模 具 預硬鋼硬 度 偏低 成 型 增 強 塑 料 時 無 法 滿 足要 求 而 新 型 淬 火 回 火 鋼除 了 切 削 性 能 鏡 面拋 光 性 能 表 面 雕 刻性能 以 及 硬 度 韌 性 耐 磨 性 均優(yōu) 于 普 通 淬 火 回 火 鋼 之 外 它 的 熱 處理 變 形 非 常小 不 僅 可 在增 強 塑 料 和 熱 塑 性 塑 料成 型 模 具 中 應 用 還可 在 精 密 注 射 模中 用 作 成 型 部 件 此 類 鋼 的 代 表 品 種 有 日 本 的 以 石 為 基 礎改進 美 國 的 等 馬 氏 體 時 效 鋼 通 常 以 固 溶 化 狀 態(tài) 供 貨 供 貨 硬 度 約 一 犯 具 有 良 好 的 切 削 性能 被 切 削加 工 成 模 具 零件 后 在 下進 行 左右時 效 處 理 硬 度 可 達 憂 一 時效變 形 小 于 該 材 料 還 具 有 較 高 的 強 韌 性 良 好 的 耐 磨 性 鏡 面拋光 性 和 較 小 的 熱 膨脹 系 數(shù) 可 用 于 大 批 量 生 產(chǎn) 熱 塑 性 熱 固性和 增 強 塑 料 制 品 和 透明塑 料 件模 具 的 成 型 零部 件 但價 格 昂 貴 析 出 硬 化 鋼 女 國產(chǎn) 的 和 主要 適 于 在 中 小 型 精 密 復雜的 熱 塑 性或熱 固 性 塑 料模 具的 成 型 零部 件 或 用 來 成 型 透 明 塑 料制 品 析 出 硬 化鋼 也 以 固 溶化 狀態(tài) 供 貨 硬 度 約 為 切 削加 工后 再 經(jīng) 一 與 一 時 效處 理 可 獲 得 一 的 硬 度 國 內(nèi) 外 對 一 些 普 通 不 銹 鋼 進行 了 改 進 推出 一 些 新 型 耐 腐 蝕 鋼 如 國產(chǎn) 的 日 本 的 等 這些 新 型 耐 腐 蝕 鋼 具 有 高 的耐 腐 蝕性 能 且強 度 也 比 較 高 其 切 削 性能 拋光 性能 與 熱 處理 性能均 比 普 通 不 銹鋼 有 很 大 改 善 可 用 作各 種 有 較 高 耐 腐 蝕 要 求 的 模 具 零 部 件 應 用 實 例 以 成 型 手 機 外 殼 為 例 塑 料 為 模 具 壽 命 為 萬 件 該 塑 料模 動 模 四 周 三 面 有斜 導柱 側(cè) 向 抽 芯 機 構(gòu) 中 間 成 型 部分 采 用 鑲拼式結(jié)構(gòu) 塑 料 分解 時產(chǎn) 生 的 氣 體 無 腐 蝕性 可 選 用 無 抗 腐 蝕性的 模 具 材 料 模 腔 要 求 高 耐 磨 性 應 采 用耐 磨 鋼材并 進行 淬 火 處 理 成 型溫 度在 一 左 右 要 求模 具 材料 在該 溫 度 范圍內(nèi) 應 有較好的 綜 合 性 能 側(cè) 向 分 型 機 構(gòu) 中 滑 塊 上面 安裝 有 側(cè) 向 型 芯 或 成 型 鑲塊 運 動 精 度 要 求 村 料 具 有好 的 耐 磨 性 了 防 止出現(xiàn) 咬 合 現(xiàn) 象 滑 塊 和 滑 槽部 分 具 有 不 同 的 硬 度 側(cè)向 分 型 抽 芯機 構(gòu)中 的 斜 導 柱等零部 件 工 作 環(huán) 境 惡 劣 承 受 載 荷 復 雜 要 求 斜 導 柱 應有 足 夠 的 韌 性 和 硬 度 采 用 了 為 和 整 體 淬火 的 熱 處理工 藝 手 機 外 殼 產(chǎn) 品為 了 組 裝 內(nèi) 部 零件 產(chǎn) 品 設 計 了 較 多的 小臺階 小 孔 類 的結(jié) 構(gòu) 這要 求 模 具 材料有 很 好 的 硬 度 不 易 磨損 和 塌 角 為 了 保 證手機 外 形 美 觀 有 的 位 置 需要很 好的表 面 光 潔度 要 求 相 對應 位 置 的 模 具材料有 好 的 拋 光 性 能 手 機 上 有 的 地 方 還 需 刻 字 因 此 模 具材 料 還 需 要 有 好 的圖 案 蝕 刻 性 由 于 是 精 密 模 具 需 要 采 用 小 收縮 率 的 模 具 材料 成 型 零 部 件 由 以上 分 析 可 知 成 型 零 部件 必 須 有 足 夠 的硬 度 和 耐 磨 性 且 尺 寸 穩(wěn) 定 性 拋光 性 和 花 紋 圖 案 蝕 刻性 也 較好 在 保 證有 萬 的壽 命 下 材 料 一 可 供 選 用 雖 為超鏡 面 材 料 由 于 它 的硬 度高 拋 光 時間長 且 在實 際 操作 中鏡 下 轉(zhuǎn) 第 叨 頁 塑 料 年 一一 業(yè)一工一 體 的 層 間 使 有 機 蒙 脫 土 溶 脹 離解為 單 個 片 品 成 為 凝 膠 體 系 凝 膠體 系 中 片晶端部的一 會 形 成 氫 鍵 在受到 切 應 力 時 氫 鍵 受到 破壞 變 為 低 勃 性 的 懸 浮 液 流變 學的 實 驗 結(jié) 果 表 明 二 烷基 三 甲基 氯化 按的 凝 膠勃度 最 小 在低轉(zhuǎn) 速 時與凝膠 勃 度 最 大 的 十 六 烷 基 三 甲基 氯 化錢 和 十 六 烷基 三 甲基 澳化 鉸相 比 相差 一 個 數(shù) 量 級 即 蒙 脫 土 層 間 距 越 大 形 成 的凝膠 體 系 越明 顯 而 射 線 衍 射 實 驗 結(jié) 果 表 明 雙 十 八 烷基 二 甲基 氯化 按的 層 間 距最 大 但 它形 成 凝膠體 系的 勃 度 不 是 最 大 主 要 原 因 是 蒙 脫 土 層 間 離 子 被 雙 十 八 烷 基 二 甲 基 氯 化 鉸交 換 后 層間 存 在 雙 十 八 烷 基 二 甲 基 分 子 鏈 雙 十 八烷基 二 甲基 分 子 鏈 呈 一 定的 角度 即 呈 字 形 而 且 在 層 間的 空 間位 阻 較大 溶 劑 二 甲 苯進 人層 間 受到 了 一 定 限 制 所 以 導致形 成 的凝膠 豁 度 相對 較低 由 此 可 見 采 用 十 六 烷 基 三 甲基 氯 嗅 化 錢對 蒙 脫 土 進 行有 機 化 后 再與 聚 合 物 混 合 時 可 使 聚 合 物 更 方 便 地 插 人 到晶片 之 間 形 成片狀 納 米 復 合 材料 結(jié) 論 紅 外 光 普 及 射 線衍 射 實驗表 明 經(jīng) 過 陽 離 子 表 面活性 劑 活 化 的 蒙 脫 土 有 機 成分 已 經(jīng) 進 人 到 蒙 脫 土 的 層 間 經(jīng) 過 有 機 化 后 的 蒙 脫 土 其 層 間 距 加大 有 機 化 試 劑 對 鈉 基 蒙 脫 土 有 作 用 而 且 進 人 到 蒙 脫 土 的 層 間 使 層 間 距 加 大 而 且 層間 距 的 變 化 同 陽 離 子 鏈的 長 短 有關 季 錢 鹽陽 離 子 鏈 越 長 層 間 距 增 加越 大 有 機 蒙 脫 土 在有 機 溶劑 中 表 現(xiàn) 出 高分 散 性 形 成有 機 凝膠 蒙 脫 土 由 原 來 的親 水 性 轉(zhuǎn)變?yōu)橛H 油 性 為制備 聚 合 物 蒙脫 土 納 米 復 合 材料提 供 了 一 條 途徑 參 考 文 獻 沮 卯 更 腸 出 五 帥 阮 以 法 默 礦 物的 紅 外光 譜 北 京 科 學出 版社 武 保華 王一 中 余 鼎聲 石 油 化 工 上 接 第 頁 面 效 果往往 達不 到 要 求 易 出 現(xiàn) 桔 皮 等 現(xiàn) 象 且 價 格 高 為 了避 免模 具咬 合 和 減 少 磨 損 模 具 相 觸 的 部 分 一 般采 用 不 同 硬 度 或 不 同材料 而 同種材料綜 合 性 能較 好 時 硬 度范 圍 受 限 制 達 不 到 硬 度 差 的 目 的 因 此 定模 選 用具 有 很 好 的耐 熱 性 和 高 溫強 度 的 熱作模 具 鋼 硬 度 比 普 通的 提 高 一 而不 會犧牲 韌 性 高 硬 度 可 以 緩 解 熱 龜裂的 發(fā) 生 熔 料 經(jīng) 過 澆 口 時 不 會 影 響 模 具 壽 命 采 用 保 溫 淬 火 后 次 保 溫 回 火的熱處 理 工 藝 硬 度 為 一 動模 選 用 采 用 保 溫 后 淬 火 次 一 保 溫 回 火的 熱 處理工 藝 硬 度 為 一 導 向 機 構(gòu) 如 導柱 導 套與斜 導柱 等 部 件 根 據(jù) 一 軟 一 硬的原 則 保 證硬 度 本例 中 導 套 選 用 硬 度 為 一 導柱 選用 鋼 硬 度為 一 模 架與標 準 件 生 產(chǎn)中 一 般 選 用 咫 為 模架 材 料 川 標準化 正 成 模 具 制造 業(yè) 的 一 個發(fā) 展趨 勢 美 國 的 公 司 德 國 的 公 司 是世界 著 名的 生 產(chǎn) 標 準 模架 和 模具 標 準 件 的企業(yè) 我 國也 有 相 應的 塑 料 注 射模 具零 件 標準 主 要 包括注 射模 中常 見 的 推 出 導 向 定 位 零 件 模 塊 和 模 板 等 川 結(jié)論 塑 料 模 具 材料 對 模 具的壽 命 加 工 周 期 生 產(chǎn) 成 本 以 及 塑 件 的質(zhì) 量具 有 顯 著 影 響 塑 料模 具選 材受模 具 結(jié)構(gòu) 塑 料種 類 性質(zhì)與制 品 形 狀 及 質(zhì)量 要 求 的制 約 要 結(jié) 合 模 具 結(jié)構(gòu) 工 作 環(huán) 境 和 制件特點 進行 選 材 另 外 還要 考慮 經(jīng) 濟 性的 影 響 標準化 已 經(jīng) 成為 工 業(yè) 發(fā) 展 的 一 個 趨 勢 塑 料模 具 材料 的 標 準 化 也 應 日 益 完善 為模 具 制造 業(yè) 快 速發(fā) 展 奠 定 基 礎 參 考 文 獻 蔣 美 麗 機 床 與液壓 以又 潘振鵬 馮 穎 璋 金 屬 熱 處理 男 舊 韓 海軍 機 械 黃 虹 塑 料成 型 加 工 與 模 具 北 京 化學 工業(yè) 出版社 王 家 瑛 模 具 材料與 使 用 壽命 北 京 機 械 工業(yè) 出版社 中 國機 械 工 業(yè) 教 育 協(xié)會 塑 料模 具設 計 與 制 造 北 京 機 械 工業(yè)出 版社 的 盤 起 工 業(yè) 有限公 司 商 品 科 塑 料 模 具 零 件 大 連 盤起工 業(yè) 有 限 公 司 手 冊 編 寫組 塑 料模 具設 計手 冊 北京 機 械 工業(yè) 出版 社 林納 恩 格 注 射成 型 模 具設 計 例 北 京 中 國 輕 工業(yè) 出版 社