Z33耐磨靜音齒輪料在足部按摩器齒輪上的應用
一、塑膠齒輪模具型腔用材料的性能要求
①機械加工性能好。選用易于切削，并且在加工后能得到高精度、高表面質量的模具鋼種。為此，應主要選用中碳合金模具鋼。
②高強度、韌性好。在齒輪注塑生產過程中，型腔齒圈分型面容易被塑料垃圾壓蹋形成凹坑，致使輪齒溢料出現飛邊。因此，要求選用熱處理后強度高、韌性好和不易崩缺的優質的合金模具鋼。
③火花加工性能好。現代模業已普遍采用電火花線切割和電火花成型作為齒輪型腔的最終成型加工工藝，一般均無法進行后序研磨拋光加工（擁有磨料流設備單位除外）。因此，要求采用在電加工變形量和表面粗糙度較小和變質硬化層較薄的優質模具鋼種。
④耐磨損、抗疲勞性能好。塑料齒輪的注射成型壓力較高，齒輪型腔不僅受到高壓塑料熔體的沖擊，而且還受冷熱交變的溫度應力作用。一般的高碳合金鋼，通過熱處理可獲得高硬度，但韌性差易形成表面裂紋或輪齒易出現崩缺，故不能采用。此外，齒輪型腔一旦出現任何損傷，一般均無法進行修復。因此，應選用耐磨損、抗疲勞性能好的中碳合金優質模具鋼。
⑤耐化學腐蝕性能強。聚甲醛等塑料對模具有一定的腐蝕作用，特別是較潮濕的未經過除濕干燥處理的聚甲醛，在注射過程中易產生瓦斯與空氣混合氣體，對型腔和型芯、螺桿和料筒等零部件產生化學腐蝕作用。因此，應選用耐腐蝕性能強的合金優質模具鋼。
在智能鎖減速電機的應用上，蘇州維本工程塑料耐磨靜音齒輪專用料Wintone Z33注塑成型的金屬嵌件斜齒輪，解決了傳統材料杜邦POM 100P在這一應用上的三個問題：噪音比較大；有斷齒現象；耐疲勞性不夠。
在應用中，Wintone Z33注塑成型的金屬嵌件斜齒輪可以實現耐疲勞壽命超過8萬次。讓您從選材開始就獲取競爭力！
二、塑膠齒輪模具型腔材料的選用參考
根據塑料齒輪型腔和型芯尺寸的大小，可直接采用棒材或板材加工。20世紀80年代以來，我國開始引進國外生產的優質模具鋼來制造齒輪注塑模具型腔、型芯等關鍵成型零部件件，主要有美國、日本和德國生產的預硬模具例，與此同時，國產模具銷也不斷涌現，為降低注射模的制造成本起到了積極的促進作用。
常用的塑膠齒輪國產模具鋼有哪些？
1.預硬鋼
國產P20(3Cr2Mo)預硬鋼的硬度可達36~38HRC,拉伸強度為1330MPa.不必熱處理即可保證模件獲得較高的形狀和尺寸精度要求，也易于切削加工和拋光，適用于注射模數為10萬次左右成型模件。在預硬鋼中加入硫，能改善其切削性能。
國產SMI（55CrNiMnMoVS)和5NiSCa(5CrNiMnMoVSCa)預硬化后的硬度為35~45HRC,但切削性能類似于中碳調質鋼，適用于注射模數為20萬次左右成型模件。
國產718(3Cr2NiMo)預硬鋼是國產P20改進型鋼號，品質上有較大改進，彌補了P20的不足。除了不能用于有耐腐蝕性要求的塑料模具零件外，目前是國內應用最廣泛的通
用型塑料模具鋼材的典型鋼號，比較適用于15萬次左右成型模件。
2.鏡面鋼
鏡面鋼多屬于析出硬化鋼，也稱之為時效硬化鋼，是采用真空熔煉方法生產的。這種鋼在真空環境下經過500~550℃,進行5~10h時效處理，鋼材彌散析出復合合金化合物，使鋼材發生硬化，具有40~45HRC硬度，且耐磨性好、處理過程的變形量小。由于材質純凈，可做鏡面拋光，并能光腐蝕精細圖案，具有較好的電火花加工及抗銹蝕性能。還有一種氮化高硬度鋼25CrNiMoAl,調質后硬度為23~25HRC,時效后硬度38~42HRC,經過氮化處理后表層硬度可達70HRC以上，適用于玻璃纖維增強塑料的注射模成型零部件。
3.耐腐蝕鋼
國產PCR(6Cr16NiCuNb)屬于不銹鋼料鋼種，但比一般不銹鋼具有更高強度，更好的切削性能和拋光性能，且熱處理變形小，使用溫度小于400℃,空冷淬硬可達42~53HRC,適用于含氮和阻燃劑的腐蝕性塑料注射成型模件。
在智能窗簾行星齒輪箱的應用上，Wintone Z33材料可以幫助您一起解決：1.POM和PA66齒輪和內齒圈噪音比較大；2.耐磨耐疲勞性不夠；3.PA12和TPEE齒輪，耐磨性不夠，在60攝氏度以上時，扭力下降比較快；4.齒輪的耐腐蝕性不夠；5有斷齒的情況。
國外引進較常用的塑膠齒輪模具鋼有哪些？
在我國精密塑料齒輪大量生產中，注射模齒輪型腔所使用的幾種國外引進模具鋼的化學成分見下表。
幾種國外引進鋼主要化學成分含量（單位%）
1.P20預硬模具鋼
引進美國P20中碳Cr-Mo系塑料模具鋼，有P20、P20H,P20Ni等牌號，出廠硬度29~32HRC。適用于制作塑料模具型腔，材質硬度均勻，具有良好的可切削加工和研磨拋光性能。為了提高模具型腔的使用壽命，可對預硬鋼實施淬火＋低溫回火或氮化處理來提高硬度。
淬火＋低溫回火處理：淬火時先在500~600℃預熱2~4h,然后在850~880℃下保溫2h以上，置入油中冷卻至50~100℃后再空冷至室溫。淬火硬度可達50~52HRC.為了防止開裂應立即進行200℃低溫回火處理，回火后硬度可保持48HRC以上，模具使用壽命有明顯提高。
氮化處理：可得到高硬度表層組織，氮化后的表層硬度達到650~700HV(57~60HRC).此外，氮化層的材料組織致密，表面光滑，致使型腔的脫模、抗潮濕空氣及堿液腐蝕性能提高。
P20已預先硬化處理至HB285~330（HRC30~36),與瑞典618和德國GS-2311的狀態相當，可直接用于制模加工，并具有尺寸穩定性好的特點。這種預硬鋼由于價格相對比較便宜，適用一般精度塑料齒輪注射模成型零部件。
2.718預硬鋼
718模具鋼，我國牌號3Cr2NiMo是P20(3Cr2Mo)改進型鋼號，品質上有較大改進，使之填補P20模具鋼材的不足，滿足P20模具鋼材達不到要求的場合。除了不能用于有耐腐蝕性要求的塑料模件外，目前是我國應用最廣泛的通用型塑料模具鋼材的典型鋼號。
一勝百718預硬鋼具有優良的拋光和照相蝕刻性能，718HH預硬鋼是屬于718預硬鋼的改良型號，淬硬及回火硬度HB340~380(HRC36~40).可施以氮化及火焰硬化處理，以增進型腔表面硬度及耐磨性能。718HH材質保持高純凈度、低硫量品質，擁有優良的拋光性、光蝕刻花性和氮化處理性能。具有鏡面拋光性能的718HH被廣泛用于制作透明塑膠產品的模具上。
3.2083模具鋼
2083為德國布德魯斯特殊塑膠模具鋼，該鋼為高含Cr不銹鋼，擁有非常出色的耐磨性，耐酸腐蝕性能，良好的機械加工及其拋光性能。良好的淬透性，低的變形率，經淬火＋回火后的型腔更具耐磨性；良好的電火花成型加工性能，適合酸性塑料以及表面粗糙度要求特低的模具型腔。
4.S136
瑞典S136模具鋼含Cr量達13.6%,組織純潔、均勻、細微；具有優良的耐蝕性、拋光性；良好的耐磨性、機械切削和電火花加工性，極佳的研磨拋光性；淬硬時具有優良的尺寸穩定性。是優良的耐蝕性的鏡面塑料模具鋼。
5.日本大同NAK55預硬鋼
真空冶煉后，通過鍛造使組織均勻化，再經過熱處理及時效處理后，可直接切削、雕刻加工為模件。切削性能良好，硬度為40HRC,但切削性能僅相當于97HRB物間，比40HRC的SCM4鋼的切削性尤佳。放電加工加工表層不會硬化，容易研磨加工，
得到優良的鏡面及滿意的光澤度。硬度高，耐磨性、耐壓性高，模具使用壽命高，適用于精密塑料齒輪模具型腔使用。
在按摩椅、足部按摩器等按摩器械的核心功能件（齒輪和擺臂）的應用上，Wintone Z33作為一款耐磨耐疲勞、強韌型工程塑料，幫助解決了常規的按摩器械的POM齒輪材料，耐磨耐疲勞不夠和噪音比較大的問題；在按摩椅擺臂的應用上，Wintone Z33幫助解決了常規的尼龍擺臂材料耐疲勞性不夠以及尺寸與性能受水份的影響比較大的問題。讓您從選材開始就獲取強健的競爭力！
6.8407合金工具鋼
德國8407是一種鉻、鉬、釩中碳合金工具鋼，是采用特殊煉鋼技術和嚴密質量控制所得到的純度高且組織微細的鋼材，8407的等向性（各向同性）要比一般傳統煉制的H13更佳。這對于模具的抗機械疲勞及熱應力疲勞性能更具價值，如壓鑄模具、鍛造模具、擠壓成型模具以及有高品質要求的塑膠模具等。因此，采用8407的模具硬度可比普通H13提1~2HRC而不會犧牲其韌性。
8407在我國被用作高精度塑料齒輪和蝸桿注射模型腔鋼號，該材料具有以下優點：
①優良的耐熱沖擊和抗龜裂能力；
②高溫強度高；
③不論大小尺寸，韌性及延展性高，且各向同性；
④加工性能及拋光能性優良；
⑤優良的淬透性和良好的熱處理尺寸穩定性。
對其熱處理及研磨有以下要求:
A.球化退火
將模具坯件在保護環境中加熱至850℃，均熱后于爐中以10℃/h的速度冷卻到600℃，再置于空氣中冷卻。
B.去應力回火
模具坯件經粗加工后，須進行去應力處理。將半成品加熱到650℃，均熱2h后，在爐中冷卻至550℃，再于空氣中冷卻到室溫。
C.淬火
預熱600~800℃，淬火溫度980~1080℃(常用1020℃)，均熱時間均為(50±3) min。在200~550℃等溫1~100min再空冷或油冷。鋼材冷卻到70~100℃時應立即回火，其目的如下：
①為了使模件獲得最適當的性能；
②在保證沒有嚴重變形或破裂情況下，淬火冷卻速度應愈快愈好。
D.回火
至少兩次，時間2h以上，最低回火溫度180℃，每次回火后必須冷至室溫后，再進行下一次回火，回火時應避開425~525℃之間的回火脆性區。
E.幾點建議
①型腔硬度在48HRC以上， 每注射2000~4000模后， 再補加一次回火。
②經過放電加工后，要求進行回火。
③模具設計時要盡量采用較大的圓角，避免應力集中。
F.氮化處理
為了使模件表面具有更好的耐磨性，可以進行氮化處理，在模件表面生成一層較硬的氮化層。在525℃下氮化，表面硬度可達1000~1250HV.當氮化時間分別為20h/30h/60h時，其硬化層深度分別可達0.20mm/0.25mm/0.30mm。
G.研磨拋光技術
正確的研磨技術能見模件表面裂紋的產生，并且增加模件的使用壽命。如果模件是在低溫回火的狀態下研磨，則產生裂紋的敏感性很高。只有經過削邊、柔軟的及開放晶粒式的砂輪才能使用，并要求采用適當的研磨速度及良好的冷卻劑。
H.放電加工
如果模件在淬火+回火狀態下進行電火花放電加工，則型腔在電加工后必須在低于原先回火溫度的25℃的環境下，做進一步的回火處理，以消除其內應力。
————————————————
工業齒輪的應用上，與傳統的POM和PA66相比，Wintone Z33具有更好的耐磨性、耐疲勞性、抗形變能力，Z33在保持了良好剛性的同時，進一步提升了彈性和韌性（這種優異的機械性能在攝氏-40度、0度和80度都有保持和體現），可以幫助解決齒輪斷齒問題，同時大幅度降低摩擦噪音，經應用后比較，Wintone Z33也優于不少耐磨改性規格的POM和PA66（如聚四氟乙烯，硅酮類或二硫化鉬改性），同時Z33具有很好的耐腐蝕性，可以用于很多場景下接觸各類化學物質的嚴苛環境，比如印染紡織機械上的齒輪，液壓系統的擋圈和密封圈，等等，成功替代價格昂貴的PEEK，PA12，PVDF，PTFE，PA46的部分應用領域。另外Z33的吸濕很少，綜合性能受水份的影響很小，整包裝Wintone Z33注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完無需水處理。
在汽車接插件的應用上，與傳統的尼龍66和PBT相比，Wintone創新型工程塑料在保持了優良的剛性，耐熱性和電性能的基礎上，大幅度提高了材料的韌性，為提高接插件的抗脆斷性（特別是低溫下的抗脆斷性），提供了一個全新的解決方案，同時Wintone材料的吸水率很小（只有PA66的六分之一），水份對Wintone材料制造的接插件影響很少。另外Wintone Z63優異的流動性和韌性，可以讓薄壁接插件更強韌，無需水處理。在注塑加工時，整包裝（25公斤）的Wintone材料無需提前干燥，可以直接注塑。同時Z63優良的流動性，允許復雜的結構件可以在較低的注塑壓力和速度下成型，可以幫助降低接插件翹曲變形的風險。
在高壓泵單向閥罩的應用上，與傳統的尼龍、POM材料相比，Wintone Z63在保持了優異剛性的同時，大幅度提高了材料的韌性、耐疲勞、耐磨和耐水解性（包括耐冷水和耐熱水），可以幫助解決常規尼龍單向閥罩不耐水解而磨耗脆斷，POM材料韌性不夠，反復壓力沖擊后而脆斷的問題。同時Z63極其優異的耐化學性，可以幫助解決常規材料（尼龍和POM）單向閥罩腐蝕斷裂問題，大幅度提升耐久性，特別是應用環境較嚴苛的藥泵、海水淡化泵、熱水泵等等，另外Z63的吸濕很少，綜合性能受水份的影響很小，整包裝Wintone Z63注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完無需水處理。
在汽車ABS輪速傳感器的應用上，Wintone ZG6工程塑料可以幫助解決傳統的玻纖增強PA66材料耐鹽水和耐腐蝕性不夠的問題，ZG6屬于電中性工程塑料，不含鹵素不會腐蝕芯片，同時ZG6具有均衡良好的機械性能，比PA612和PA12更優的耐油性，成功替代不少玻纖增強PA612和PA12的部分應用領域，另外，Wintone ZG6工程塑料的吸水率只有尼龍66的六分之一，水份對ZG6做的功能注塑件的尺寸和性能影響很少，整包裝的Wintone ZG6材料，可以不烘料直接注塑，注塑完無需水處理。
在液壓系統擋圈和導向環的應用上，Wintone Z33可幫助解決傳統材料應用時的一些問題（如POM導向環會磨鐵，在溫度上升到60度以上時力學性能下降較快的問題；如PA66擋圈會溶脹和易水解，尺寸和性能受媒介影響較大，耐磨不夠的問題；常規的青銅粉改性PTFE擋圈力學性能不夠和抗壓的局限性，以及多步工序及系統成本過高的問題；酚醛夾布導向環的易脆斷性和不夠環保），Wintone Z33以其優異的綜合性能：更優異的耐磨性、更好的抗形變和耐蠕變性、遠優于POM和PA66的耐腐蝕性、更優的回彈性和抗擠出能力、極具價值的性價比，讓您在選材時就獲取競爭優勢，經長期應用后驗證，Wintone工程塑料已成功替代部分價格昂貴的PEEK，PA12，PA46，PVDF，PTFE的應用領域。另外Z33的吸濕很少，綜合性能受水份的影響很小，整包裝Wintone Z33注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完無需水處理。
在紡織機械配件的應用上，Wintone工程塑料是一款耐磨耐腐蝕強韌型專用工程塑料，典型應用是齒輪、軸套、滑塊、墊片、法蘭等功能件，與傳統的POM和PA66相比，Wintone Z33具有更強韌的力學性能，更好的耐磨性，耐疲勞性和耐腐蝕性。
可以幫助解決POM類配件（韌性和彈性不夠，有時候會脆斷和磨損后易碎屑化，耐磨性不夠好，會磨鐵，噪音比較大，不耐酸堿等問題）
可以幫助解決尼龍類配件（部件性能和尺寸受環境濕度影響比較大；容易水解及耐化學性不夠好，低溫下有時會脆斷等問題。）
蘇州維本工程塑料有限公司Wintone應用開發工程師—周工，手機:，歡迎一起交流。
蘇州維本工程塑料有限公司——您身邊的工程塑料創新應用開發伙伴。
