按照成型方式,可將塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱固性塑料如膠木粉等,都是在加熱、加壓下進行壓制并永久成型的。膠木模周期性地承受壓力,并在150~200℃溫度下持續(xù)受熱。熱塑性塑料如聚氯乙烯等,通常采用注射模成型,塑料是在單獨的加熱室加熱,然后以軟化狀態(tài)注射到較冷的塑模型腔中,施加壓力,從而使之冷硬成型。注射模工作溫度為120~260℃,工作時對模具型腔進行通水冷卻,故受熱、受力及受磨損程度較輕。值得注意的是含有氯、氟的塑料,在壓制時會析出有害氣體,對模腔有較大的侵蝕作用。
塑料模具的制造成本高,材料費用只占模具成本的極小部分,因此選用鋼材時,應(yīng)優(yōu)選選用工藝性能好、性能穩(wěn)定和使用壽命較長的鋼種。具體對塑料模具提出如下要求。
(1)機械加工性能優(yōu)良 塑料模具的型腔的幾何形狀非常復雜,而且要求加工深孔、深溝槽、窄縫等難加工部位。鋼材必須具有易切削的性能,在選擇鋼材時,如果其他條件都能滿足,則這一條件是最后選定時的依據(jù)。
(2)拋光性能優(yōu)良 無論何種塑料模具,其型腔的允許表面粗糙度極小,幾乎都要求能做到鏡面光澤。而要達到鏡面光澤,鋼材必須具有≥38HRC的硬度,最好為40~46HRC,而達到55HRC為最佳。要達到鏡面光澤,首先鋼材中的夾雜物要盡量少,而且不能有氣泡存在,并且顯微組織均勻。在大量生產(chǎn)中用的模具,表面粗糙度也是重要條件。
(3)良好的表面腐蝕加工性 很多模具要求成型的塑件表面為各種其他物質(zhì)的花紋,如皮革、綢紋、布紋、精細圖案等,這就是要求鋼材的質(zhì)地細而均勻,否則腐蝕后的效果不佳。
(4)耐磨性和韌性好 塑料模具是長期承受熱交變負荷的,而且又是長期經(jīng)受摩擦的。如僅考慮其耐磨擦的一面,而不考慮其受熱交變負荷的一面,使用冷沖模具的高碳高合金鋼制造時,必然會出現(xiàn)韌性不足而引起開裂。
(5)淬火性能好、變形小 塑料模具的型腔部分大都必須進行熱處理,這就要求鋼材具有較好的淬透性和很小變形。一般熱塑性塑料成型用模具,采用調(diào)質(zhì)、預硬化等處理即可,而熱固性塑料成型用模具則必須淬硬。
(6)電火花加工性好 塑料模的凹型腔時常采用放電加工,放電加工后表面的硬化層要淺,以便于拋光。拋光塑料模型腔的時間越長,就會增大成本。在以手工拋光為主的情況,硬化層厚則拋光工時增大。
(7)耐腐蝕性佳 聚氯乙烯等塑料在成型時能產(chǎn)生鹽酸氣體,對型腔有腐蝕性。對于有腐蝕性物質(zhì)產(chǎn)生的塑料模,必須考慮鋼材耐腐蝕性。
(8)焊接性好 在型腔加工以及舊模具的修復中,有時難免要補焊。因此,模具鋼必須有很多的焊接性能。
此外,選擇塑料模具鋼尚需兼顧以下因素。
(9)塑件生產(chǎn)批量 模具是高效率的生產(chǎn)工具。每一副模具的使用壽命,直接關(guān)系到制件的成本。而每一種產(chǎn)品的預計產(chǎn)量,又因市場需求而定。在考慮設(shè)計模具時,除了每副模的型腔數(shù)之外。就要考慮其使用壽命。最理想的情況是當模具壽命終了時,該產(chǎn)品正好退出市場。但這實際很難推斷,因為市場需求是變化的。批量小,則對鋼材的要求可以低些;而批量大時,必須選擇優(yōu)質(zhì)鋼材,以延長使用壽命而避免重復制作模具。
(10)塑件尺寸精度 塑件的尺寸精度,有50%取決于模具。而模具的制造精度及耐磨損性能又決定制作的合格率。對于要求高精度(SJ 1372—78的3,4級精度)以及超高精度(SJ 1372—78的1,2級精度)的塑件,即使產(chǎn)量極低,也應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)模具鋼。
(11)制件的復雜程度 制件越復雜,型腔的加工數(shù)越難,因而必須選用切削性能好的鋼材。制件復雜程度高,表現(xiàn)在制件圖樣上的尺寸數(shù)目多,加工部位多,因而加工的應(yīng)力變形必須考慮。
(12)制件體積大小 制件越大,型腔的切削量越大。用大吃刀量切削時,切削應(yīng)力也大。因此對于大制件的模具最好選用易切鋼。制件小時,型腔體積小,所用的刀具(主要是銑刀)強度低,切削量很小。選擇鋼材時應(yīng)選用質(zhì)地均勻、合金碳物分布細而勻稱的鋼材,小模具多先做預硬化處理然后加工,要考慮加工的可能性。
(13)制件外觀要求 塑件如為外觀裝飾件,則表面的質(zhì)量好壞很大程度上影響產(chǎn)品的銷售。凡對塑件外觀有嚴格要求的塑件,最好選用真空熔煉或電渣溶煉鋼,以達到最好的型腔拋光效果。