一、塑膠齒輪模具型腔用材料的性能要求
①機(jī)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(zhì)量的模具鋼種。為此，應(yīng)主要選用中碳合金模具鋼。
②高強(qiáng)度、韌性好。在齒輪注塑生產(chǎn)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(xiàn)飛邊。因此，要求選用熱處理后強(qiáng)度高、韌性好和不易崩缺的優(yōu)質(zhì)的合金模具鋼。
③火花加工性能好?，F(xiàn)代模業(yè)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(jìn)行后序研磨拋光加工（擁有磨料流設(shè)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(zhì)硬化層較薄的優(yōu)質(zhì)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(yīng)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(xiàn)崩缺，故不能采用。此外，齒輪型腔一旦出現(xiàn)任何損傷，一般均無法進(jìn)行修復(fù)。因此，應(yīng)選用耐磨損、抗疲勞性能好的中碳合金優(yōu)質(zhì)模具鋼。
⑤耐化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)。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(jīng)過除濕干燥處理的聚甲醛，在注射過程中易產(chǎn)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(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用。因此，應(yīng)選用耐腐蝕性能強(qiáng)的合金優(yōu)質(zhì)模具鋼。
二、塑膠齒輪模具型腔材料的選用參考
根據(jù)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(jì)80年代以來，我國開始引進(jìn)國外生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)模具鋼來制造齒輪注塑模具型腔、型芯等關(guān)鍵成型零部件件，主要有美國、日本和德國生產(chǎn)的預(yù)硬模具例，與此同時(shí)，國產(chǎn)模具銷也不斷涌現(xiàn)，為降低注射模的制造成本起到了積極的促進(jìn)作用。
常用的塑膠齒輪國產(chǎn)模具鋼有哪些？
1.預(yù)硬鋼
國產(chǎn)P20(3Cr2Mo)預(yù)硬鋼的硬度可達(dá)36~38HRC,拉伸強(qiáng)度為1330MPa.不必?zé)崽幚砑纯杀ＷC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(shù)為10萬次左右成型模件。在預(yù)硬鋼中加入硫，能改善其切削性能。
國產(chǎn)SMI（55CrNiMnMoVS)和5NiSCa(5CrNiMnMoVSCa)預(yù)硬化后的硬度為35~45HRC,但切削性能類似于中碳調(diào)質(zhì)鋼，適用于注射模數(shù)為20萬次左右成型模件。
國產(chǎn)718(3Cr2NiMo)預(yù)硬鋼是國產(chǎn)P20改進(jìn)型鋼號，品質(zhì)上有較大改進(jìn)，彌補(bǔ)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(nèi)應(yīng)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(shí)效硬化鋼，是采用真空熔煉方法生產(chǎn)的。這種鋼在真空環(huán)境下經(jīng)過500~550℃,進(jìn)行5~10h時(shí)效處理，鋼材彌散析出復(fù)合合金化合物，使鋼材發(fā)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(zhì)純凈，可做鏡面拋光，并能光腐蝕精細(xì)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(diào)質(zhì)后硬度為23~25HRC,時(shí)效后硬度38~42HRC,經(jīng)過氮化處理后表層硬度可達(dá)70HRC以上，適用于玻璃纖維增強(qiáng)塑料的注射模成型零部件。
3.耐腐蝕鋼
國產(chǎn)PCR(6Cr16NiCuNb)屬于不銹鋼料鋼種，但比一般不銹鋼具有更高強(qiáng)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(dá)42~53HRC,適用于含氮和阻燃劑的腐蝕性塑料注射成型模件。
??蘇州維本工程塑料Wintone Z33耐磨靜音齒輪專用工程塑料，在膠囊咖啡機(jī)微型隔膜泵偏心輪以及各類微型水泵、氣泵、真空泵偏心輪的應(yīng)用上，與傳統(tǒng)的POM材料相比，Z33具有更優(yōu)異的耐磨耐疲勞性和靜音性，可以幫助解決POM偏心輪在使用一段時(shí)間后容易磨損被頂穿的問題，同時(shí)有效降低傳動噪音，另外Z33的耐酸堿、耐熱水和蒸汽、耐鹽水等優(yōu)異的耐化學(xué)性，也大大拓寬了微型隔膜泵和各類微型泵的應(yīng)用場景。在各類減速電機(jī)傳動齒輪的應(yīng)用上，蘇州維本工程塑料Wintone Z33耐磨靜音齒輪專用工程塑料可以幫助您解決以下問題：1.POM和PA66齒輪噪音比較大，耐磨耐疲勞性不夠的問題。2.PA12和TPEE齒輪，太軟扭矩太小，耐磨性不夠，在60攝氏度以上時(shí)，扭力下降比較快。3.POM和PA66齒輪的耐腐蝕性不夠，以及斷齒的問題。POM齒輪和注塑件易磨損粉屑化的問題。4.尼龍46齒輪的降噪性不夠，尺寸受水份影響比較大。Z33材料作為一款強(qiáng)韌耐磨型工程塑料，在齒輪應(yīng)用上最顯著的特點(diǎn)是：耐磨、靜音、耐腐蝕、強(qiáng)韌且不受水份影響。Z33材料的典型成功應(yīng)用為：微小型減速齒輪箱、電動推桿、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS齒輪、按摩器齒輪、汽油機(jī)凸輪、電助力自行車中置電機(jī)齒輪、電動剃須刀等等傳動齒輪。?國外引進(jìn)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(chǎn)中，注射模齒輪型腔所使用的幾種國外引進(jìn)模具鋼的化學(xué)成分見下表。
幾種國外引進(jìn)鋼主要化學(xué)成分含量（單位%）
1.P20預(yù)硬模具鋼
引進(jìn)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(zhì)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(yù)硬鋼實(shí)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(shí)先在500~600℃預(yù)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(dá)50~52HRC.為了防止開裂應(yīng)立即進(jìn)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(dá)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(yù)先硬化處理至HB285~330（HRC30~36),與瑞典618和德國GS-2311的狀態(tài)相當(dāng)，可直接用于制模加工，并具有尺寸穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。這種預(yù)硬鋼由于價(jià)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(yù)硬鋼
718模具鋼，我國牌號3Cr2NiMo是P20(3Cr2Mo)改進(jìn)型鋼號，品質(zhì)上有較大改進(jìn)，使之填補(bǔ)P20模具鋼材的不足，滿足P20模具鋼材達(dá)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(yīng)用最廣泛的通用型塑料模具鋼材的典型鋼號。
一勝百718預(yù)硬鋼具有優(yōu)良的拋光和照相蝕刻性能，718HH預(yù)硬鋼是屬于718預(yù)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(jìn)型腔表面硬度及耐磨性能。718HH材質(zhì)保持高純凈度、低硫量品質(zhì)，擁有優(yōu)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(chǎn)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(jī)械加工及其拋光性能。良好的淬透性，低的變形率，經(jīng)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(dá)13.6%,組織純潔、均勻、細(xì)微；具有優(yōu)良的耐蝕性、拋光性；良好的耐磨性、機(jī)械切削和電火花加工性，極佳的研磨拋光性；淬硬時(shí)具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。是優(yōu)良的耐蝕性的鏡面塑料模具鋼。
5.日本大同NAK55預(yù)硬鋼
真空冶煉后，通過鍛造使組織均勻化，再經(jīng)過熱處理及時(shí)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(dāng)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(yōu)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。
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(shù)和嚴(yán)密質(zhì)量控制所得到的純度高且組織微細(xì)的鋼材，8407的等向性（各向同性）要比一般傳統(tǒng)煉制的H13更佳。這對于模具的抗機(jī)械疲勞及熱應(yīng)力疲勞性能更具價(jià)值，如壓鑄模具、鍛造模具、擠壓成型模具以及有高品質(zhì)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(yōu)點(diǎn)：
①優(yōu)良的耐熱沖擊和抗龜裂能力；
②高溫強(qiáng)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(yōu)良；
⑤優(yōu)良的淬透性和良好的熱處理尺寸穩(wěn)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(hù)環(huán)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(yīng)力回火
模具坯件經(jīng)粗加工后，須進(jìn)行去應(yīng)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(yù)熱600~800℃，淬火溫度980~1080℃(常用1020℃)，均熱時(shí)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(shí)應(yīng)立即回火，其目的如下：
①為了使模件獲得最適當(dāng)?shù)男阅埽?/p>
②在保證沒有嚴(yán)重變形或破裂情況下，淬火冷卻速度應(yīng)愈快愈好。
D.回火
至少兩次，時(shí)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(jìn)行下一次回火，回火時(shí)應(yīng)避開425~525℃之間的回火脆性區(qū)。
E.幾點(diǎn)建議
①型腔硬度在48HRC以上， 每注射2000~4000模后， 再補(bǔ)加一次回火。
②經(jīng)過放電加工后，要求進(jìn)行回火。
③模具設(shè)計(jì)時(shí)要盡量采用較大的圓角，避免應(yīng)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(jìn)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(dá)1000~1250HV.當(dāng)?shù)瘯r(shí)間分別為20h/30h/60h時(shí)，其硬化層深度分別可達(dá)0.20mm/0.25mm/0.30mm。
G.研磨拋光技術(shù)
正確的研磨技術(shù)能見模件表面裂紋的產(chǎn)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(tài)下研磨，則產(chǎn)生裂紋的敏感性很高。只有經(jīng)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(dāng)?shù)难心ニ俣燃傲己玫睦鋮s劑。
H.放電加工
如果模件在淬火+回火狀態(tài)下進(jìn)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(huán)境下，做進(jìn)一步的回火處理，以消除其內(nèi)應(yīng)力。
?蘇州維本工程塑料Wintone Z33作為一款強(qiáng)韌耐磨型工程塑料，在齒輪應(yīng)用上最顯著的特點(diǎn)是：耐磨、靜音、耐腐蝕、強(qiáng)韌且不受水份影響。在低空無人機(jī)（小四軸飛行器）塑膠齒輪和各類減速電機(jī)傳動齒輪的應(yīng)用上，與傳統(tǒng)的POM和PA66相比，Wintone Z33具有更好的耐磨性、靜音、彈性、耐疲勞性和抗形變能力，Z33在保持了良好剛性的同時(shí)，進(jìn)一步提升了彈性和韌性（這種優(yōu)異的機(jī)械性能在攝氏-40度、0度和80度都有保持和體現(xiàn)），可以幫助解決齒輪斷齒問題，同時(shí)大幅度降低摩擦噪音，經(jīng)應(yīng)用后比較，Wintone Z33也優(yōu)于不少耐磨改性規(guī)格的POM和PA66（如聚四氟乙烯，硅酮類或二硫化鉬改性）。在微小型減速齒輪箱耐磨靜音齒輪的應(yīng)用上，Z33在耐磨耐疲勞性優(yōu)于傳統(tǒng)的PA12和TPEE（海翠料）的同時(shí)，還能幫助解決PA12和TPEE有時(shí)候扭力不夠的問題，而且Z33具有更好的成本優(yōu)勢。另外，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(xué)物質(zhì)的嚴(yán)苛環(huán)境，比如PCB設(shè)備齒輪、印染紡織機(jī)械上的齒輪，液壓系統(tǒng)的擋圈和密封圈，等等，成功替代價(jià)格昂貴的PEEK，PA12，PVDF，PTFE，PA46，TPEE的部分應(yīng)用領(lǐng)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。?----------------------------------------
工業(yè)齒輪的應(yīng)用上，與傳統(tǒng)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(shí)，進(jìn)一步提升了彈性和韌性（這種優(yōu)異的機(jī)械性能在攝氏-40度、0度和80度都有保持和體現(xiàn)），可以幫助解決齒輪斷齒問題，同時(shí)大幅度降低摩擦噪音，經(jīng)應(yīng)用后比較，Wintone Z33也優(yōu)于不少耐磨改性規(guī)格的POM和PA66（如聚四氟乙烯，硅酮類或二硫化鉬改性），同時(shí)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(xué)物質(zhì)的嚴(yán)苛環(huán)境，比如印染紡織機(jī)械上的齒輪，液壓系統(tǒng)的擋圈和密封圈，等等，成功替代價(jià)格昂貴的PEEK，PA12，PVDF，PTFE，PA46的部分應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用上，與傳統(tǒng)的尼龍66和PBT相比，Wintone創(chuàng)新型工程塑料在保持了優(yōu)良的剛性，耐熱性和電性能的基礎(chǔ)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(gè)全新的解決方案，同時(shí)Wintone材料的吸水率很?。ㄖ挥蠵A66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(yōu)異的流動性和韌性，可以讓薄壁接插件更強(qiáng)韌，無需水處理。在注塑加工時(shí)，整包裝（25公斤）的Wintone材料無需提前干燥，可以直接注塑。同時(shí)Z63優(yōu)良的流動性，允許復(fù)雜的結(jié)構(gòu)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(fēng)險(xiǎn)。
在高壓泵單向閥罩的應(yīng)用上，與傳統(tǒng)的尼龍、POM材料相比，Wintone Z63在保持了優(yōu)異剛性的同時(shí)，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(guī)尼龍單向閥罩不耐水解而磨耗脆斷，POM材料韌性不夠，反復(fù)壓力沖擊后而脆斷的問題。同時(shí)Z63極其優(yōu)異的耐化學(xué)性，可以幫助解決常規(guī)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(yīng)用環(huán)境較嚴(yán)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(yīng)用上，Wintone ZG6工程塑料可以幫助解決傳統(tǒng)的玻纖增強(qiáng)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(shí)ZG6具有均衡良好的機(jī)械性能，比PA612和PA12更優(yōu)的耐油性，成功替代不少玻纖增強(qiáng)PA612和PA12的部分應(yīng)用領(lǐng)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(tǒng)擋圈和導(dǎo)向環(huán)的應(yīng)用上，Wintone Z33可幫助解決傳統(tǒng)材料應(yīng)用時(shí)的一些問題（如POM導(dǎo)向環(huán)會磨鐵，在溫度上升到60度以上時(shí)力學(xué)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(guī)的青銅粉改性PTFE擋圈力學(xué)性能不夠和抗壓的局限性，以及多步工序及系統(tǒng)成本過高的問題；酚醛夾布導(dǎo)向環(huán)的易脆斷性和不夠環(huán)保），Wintone Z33以其優(yōu)異的綜合性能：更優(yōu)異的耐磨性、更好的抗形變和耐蠕變性、遠(yuǎn)優(yōu)于POM和PA66的耐腐蝕性、更優(yōu)的回彈性和抗擠出能力、極具價(jià)值的性價(jià)比，讓您在選材時(shí)就獲取競爭優(yōu)勢，經(jīng)長期應(yīng)用后驗(yàn)證，Wintone工程塑料已成功替代部分價(jià)格昂貴的PEEK，PA12，PA46，PVDF，PTFE的應(yīng)用領(lǐng)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(jī)械配件的應(yīng)用上，Wintone工程塑料是一款耐磨耐腐蝕強(qiáng)韌型專用工程塑料，典型應(yīng)用是齒輪、軸套、滑塊、墊片、法蘭等功能件，與傳統(tǒng)的POM和PA66相比，Wintone Z33具有更強(qiáng)韌的力學(xué)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(shí)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(huán)境濕度影響比較大；容易水解及耐化學(xué)性不夠好，低溫下有時(shí)會脆斷等問題。）
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