根据注射成型模具的使用情况,在各种不同的使用条件下,所用的材料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、窄缝等难加工部位,所以所用钢材必须具有易切削的性能。
2)抛光性能优良。塑料模具的型腔允许的表面粗糙度值极小,几乎都要求达到镜面水平。要达到这一要求,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。
要达到镜面的水平,还要求材料中的杂质尽量少,不能有气泡存在,并且金相组织均匀。
3)有良好的表面腐蚀加工性。有很多模具要求成型的塑料制品表面有各种花纹,如仿皮革纹、绸纹、布纹、精细图案等。这就要求钢材的质地细而均匀,否则表面腐蚀加工的效果不佳。
4)既要耐磨损,而又有韧性。塑料模具长期承受热交变负荷,而且又长期经受摩擦。因此,使用的材料不仅要考虑其耐磨性能,还要考虑其耐热交变负荷性能。
5)淬火性能好。热固性塑料模具的型腔部分大都需要进行热处理。这就要求钢材具有较好的淬透性和很小的变形。一般塑料成型用模具采用调质、预硬化等处理即可。
6)电火花加工性好。塑料模的凹型腔常采用放电加工,放电加工后,表面的硬化层要浅,以便于抛光。
7)耐腐蚀。有些塑料,如聚氯乙烯(PVC)在成型时能产生腐蚀性气体。这一类成型模具必须考虑钢材的耐蚀性。
8)焊接性好。在型腔加工中,有时难免要补焊。对于旧模具的修复,有时也常常需要补焊,因此模具钢必须有很好的焊接性能。
(一)预硬化钢
3Cr2Mo(P20) 模具钢,预硬化后硬度为36~38HRC,用于中小型热塑性塑料注射模,真空熔炼的品种可以抛成镜面。
55CrNiMnMoVS(SM1) 适合于制造中、大型热塑性塑料制品注射模。预硬化后硬度为35~45HRC。
(二)析出硬化钢
20CrNi3AlMnMo(SM2) 预硬化后时效硬化,硬度可达40~45HRC。
1Ni3Mn2MoAlCu(PMS) 预硬化后时效硬化,硬度可达40~45HRC。热变形极小,用于需镜面抛光,腐蚀精细花纹的成型模具。以上两种钢材同时适用于热塑性及热固性塑料制品注射模,要求长寿命而尺寸精度高的中小型模具。
(三)马氏体时效钢
06Ni6CrMoVTiAl、06Ni7Ti2Cr 这两种钢材在未加工前为固体状态,易于加工。精加工后以480~520℃温度进行时效硬化后,硬度可达50~57HRC。适用于要求尺寸精度高的小型塑料制品注射模,可进行镜面抛光。
(四)镜面钢
8CrMnWMoVS(8CrMn) 为易切预硬化钢,用于大型注射模可以减小模具体积。调质后硬度为33~35HRC。淬火时可空冷,硬度可达42~60HRC。
25CrNi3MoAl 适用于型腔腐蚀花纹,属于时效硬化型钢。调质后硬度为23~25HRC,可用普通高速钢刀具加工。时效后硬度为38~42HRC。可以作渗氮处理,处理后表层硬度可达1100 HV。
(五)耐蚀钢
0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR) 为空冷淬火钢。属于不锈钢类型。空冷淬硬可达42~53HRC,适用于制造聚氯乙烯及热塑性阻燃塑料制品注射模。
(六)易切钢
4Cr5MoSiVS 用于制造大型、形状不复杂的热塑性塑料制品注射模。淬火空冷、二次回火,硬度可达43~46HRC。
(七)基体钢
6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)、7Cr7Mo2V2Si(LDZ)、6Cr4Mo3Ni2WV(CG2)、5Cr4Mo3SiMnVAl 这些是基体钢型模具钢,适用于小型、精密、形状复杂的模具型腔及嵌件,热处理后耐磨性很好。