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。選用切割方便、加工后能獲得高精度、高表面質(zhì)量的模具鋼。因此，應(yīng)主要選用中碳合金模具鋼。

②強(qiáng)度高，韌性好。在齒輪注塑生產(chǎn)過程中，型腔齒圈的分型面容易被塑料垃圾壓碎形成凹坑，導(dǎo)致齒輪溢出飛邊。因此，需要高強(qiáng)度、良好的韌性和不易崩潰的優(yōu)質(zhì)合金模具鋼。

③火花加工性能好。現(xiàn)代模具行業(yè)一般采用電火花線切割和電火花成型作為齒輪腔的最終成型加工工藝，一般不能進(jìn)行后磨拋光加工（除磨料流設(shè)備單位除外）。因此，需要采用電加工變形量小、表面粗糙度小、變質(zhì)硬化層薄的優(yōu)質(zhì)模具鋼。

④良好的耐磨性和抗疲勞性。塑料齒輪的注射成型壓力較高，齒輪腔不僅受到高壓塑料熔體的沖擊，而且受到冷熱交替的溫度應(yīng)力的影響。一般的高碳合金鋼，通過熱處理可以獲得高硬度，但韌性差容易形成表面裂紋或輪齒容易崩潰，因此不能使用。此外，齒輪腔一旦損壞，一般無(wú)法修復(fù)。因此，應(yīng)選擇耐磨、耐疲勞性好的中碳合金優(yōu)質(zhì)模具鋼。

⑤耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)。聚甲醛等塑料對(duì)模具有一定的腐蝕作用，特別是未經(jīng)除濕干燥處理的潮濕聚甲醛，在注射過程中容易產(chǎn)生氣體和空氣混合氣體，對(duì)型腔、型芯、螺桿、料筒等部件產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。因此，應(yīng)選擇耐腐蝕性強(qiáng)的合金優(yōu)質(zhì)模具鋼。

二、塑料齒輪模具型腔材料的選擇參考

根據(jù)塑料齒輪腔和芯的尺寸，棒或板可以直接加工。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)開始引進(jìn)國(guó)外生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)模具鋼，制造齒輪注塑模具腔、芯等關(guān)鍵成型部件，主要包括美國(guó)、日本、德國(guó)生產(chǎn)的預(yù)硬模具，同時(shí)，國(guó)內(nèi)模具銷售也出現(xiàn)，降低注射模具制造成本發(fā)揮了積極作用。

國(guó)產(chǎn)常用的塑料齒輪模具鋼有哪些？

1.預(yù)硬鋼

國(guó)產(chǎn)P20(3Cr2Mo)預(yù)硬鋼的硬度可達(dá)36~38HRC,拉伸強(qiáng)度為1330MPa.無(wú)需熱處理，可保證模具的形狀和尺寸精度要求高，切割拋光方便。適用于注射模數(shù)約10萬(wàn)次的成型模具。在預(yù)硬鋼中加入硫可以提高其切割性能。

國(guó)產(chǎn)SMI（55CrNiMnMoVS)和5NiSCa(5CrNiMnMoVSCa)預(yù)硬化后的硬度為35~45HRC,但切削性能與中碳調(diào)質(zhì)鋼相似，適用于注射模數(shù)約20萬(wàn)次的成型模件。

國(guó)產(chǎn)718(3Cr2NiMo)國(guó)產(chǎn)預(yù)硬鋼P(yáng)20改進(jìn)型鋼號(hào)質(zhì)量有了很大提高，彌補(bǔ)了P20缺點(diǎn)。目前，它是中國(guó)應(yīng)用最廣泛的塑料模具零件，除了不能用于耐腐蝕性要求的塑料模具零件外。

典型的塑料模具鋼型號(hào)更適合15萬(wàn)次左右的成型模具。

2.鏡面鋼

鏡面鋼多為沉淀硬化鋼，又稱及時(shí)硬化鋼，采用真空熔化法生產(chǎn)。這種鋼在真空環(huán)境中經(jīng)過5000次~550℃,進(jìn)行5~10h及時(shí)處理，鋼彌散沉淀復(fù)合金化合物，使鋼硬化，40~45HRC硬度好，耐磨性好，處理過程變形小。由于材料純凈，可進(jìn)行鏡面拋光，光腐蝕精細(xì)圖案，具有良好的電火花加工和耐腐蝕性。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,氮化處理后，表面硬度可達(dá)700HRC適用于玻璃纖維增強(qiáng)塑料注射模成型零件。

3.耐腐蝕鋼

國(guó)產(chǎn)PCR(6Cr16NiCuNb)屬于不銹鋼鋼種，但強(qiáng)度高于一般不銹鋼，切削拋光性能好，熱處理變形小，使用溫度小于400℃,空冷淬硬可達(dá)42~53HRC,腐蝕性塑料注射成型模件適用于含氮和阻燃劑。

國(guó)外常用的塑料齒輪模具鋼有哪些？

在我國(guó)精密塑料齒輪的大規(guī)模生產(chǎn)中，國(guó)外引進(jìn)模具鋼的幾種化學(xué)成分如下表所示。

國(guó)外引進(jìn)的幾種主要化學(xué)成分(單位%)

1.P20預(yù)硬模具鋼

引進(jìn)美國(guó)P20中碳Cr-Mo是塑料模具鋼，是的P20、P20H,P20Ni等牌號(hào)，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(duì)預(yù)硬鋼實(shí)施淬火＋低溫回火或氮化處理來(lái)提高硬度。

淬火+低溫回火~600℃預(yù)熱2~4h,然后在850~880℃下保溫2h以上，將油冷卻至50~100℃然后空冷至室溫。淬火硬度可達(dá)50~52HRC.為防止開裂，應(yīng)立即進(jìn)行2000℃回火后硬度可保持48HRC模具的使用壽命顯著提高。

氮化處理：高硬度表面組織，氮化后表面硬度達(dá)到650~700HV(57~60HRC).此外，氮化層材料組織致密，表面光滑，提高了型腔脫模、防潮空氣和堿腐蝕性能。

P20已經(jīng)預(yù)先硬化了HB285~330（HRC30~36)，瑞典618和德國(guó)GS-2311狀態(tài)相當(dāng)，可直接用于模具加工，具有尺寸穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。該預(yù)硬鋼價(jià)格相對(duì)便宜，適用于一般精密塑料齒輪注射模具成型部件。

2.718預(yù)硬鋼

718模具鋼，中國(guó)品牌3Cr2NiMo是P20(3Cr2Mo)改進(jìn)型鋼號(hào)的質(zhì)量有了很大的提高，可以填補(bǔ)P滿足20模具鋼的不足P20模具鋼不符合要求。除不能用于耐腐蝕性要求的塑料模具外，是我國(guó)應(yīng)用最廣泛的通用塑料模具鋼的典型鋼號(hào)。

1勝1718預(yù)硬鋼具有優(yōu)異的拋光和相機(jī)蝕刻性能，718HH預(yù)硬鋼是718預(yù)硬鋼的改良型號(hào)，硬化和回火硬度HB340~380(HRC36~40).氮化和火焰硬化可用于提高型腔的表面硬度和耐磨性。HH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廣泛應(yīng)用于制作透明塑料制品的模具。

3.2083模具鋼

2083是德國(guó)布德魯斯特殊塑料模具鋼，含量高Cr不銹鋼具有優(yōu)異的耐磨性、耐酸腐蝕性、良好的機(jī)械加工和拋光性能。淬火性好，變形率低，淬火+回火后的型腔更耐磨；電火花成型加工性能好，適用于表面粗糙度要求極低的酸性塑料和模具型腔。

4.S136

瑞典S136模具鋼含Cr量達(dá)13.6%，組織純凈、均勻、細(xì)膩；優(yōu)異的耐腐蝕性和拋光性；良好的耐磨性、機(jī)械切割和電火花加工性，優(yōu)異的研磨和拋光性；淬火時(shí)尺寸穩(wěn)定性好。是耐腐蝕性好的鏡面塑料模具鋼。

5.日本大同NAK55預(yù)硬鋼

真空冶煉后，組織通過鍛造均勻化，熱處理及時(shí)處理后，可直接切割雕刻成模具。切割性能好，硬度40HRC,但切削性能僅相當(dāng)于97HRB物間，比40HRC的SCM4鋼具有優(yōu)異的切削性。放電加工表面不硬化，易磨削，

良好的鏡面和令人滿意的光澤。硬度高，耐磨性高，耐壓性高，模具使用壽命高，適用于精密塑料齒輪模腔。

6.8407合金工具鋼

德國(guó)8407是一種鉻、鉬、釩中碳合金工具鋼。它是一種純度高、質(zhì)量控制嚴(yán)鋼，采用特殊的煉鋼技術(shù)和嚴(yán)格的質(zhì)量控制。8407的等向性（各向同性）比傳統(tǒng)的煉鋼要好H13更好。這對(duì)壓鑄模具、鍛造模具、擠壓疲勞性能更有價(jià)值，如壓鑄模具、鍛造模具、擠壓模具和高質(zhì)量要求的塑料模具。因此，8407模具的硬度可以與普通模具相比H13提1~2HRC而不是犧牲它的韌性。

8407在我國(guó)被用作高精度塑料齒輪和蝸桿注射模型腔鋼號(hào)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①耐熱沖擊和抗裂性好；

②高溫強(qiáng)度；

③無(wú)論尺寸大小，韌性和延展性高，各向同性；

④優(yōu)良的加工性能和拋光能力；

⑤淬透性好，熱處理尺寸穩(wěn)定性好。

對(duì)其熱處理和研磨有以下要求：

A.球化退火

在保護(hù)環(huán)境熱到850℃，爐中以10后均熱℃/h冷卻冷卻到600℃，然后在空氣中冷卻。

B.去應(yīng)力回火

模具坯經(jīng)粗加工后，必須進(jìn)行去應(yīng)力處理。將半成品加熱至650℃，均熱2h爐內(nèi)冷卻至550℃，然后將空氣冷卻到室溫。

C.淬火

預(yù)熱600~800℃，淬火溫度980~1080℃(常用1020℃)，均熱時(shí)間為(50±3) min。在200~550℃等溫1~100min再空冷或油冷。鋼材冷卻至70~100℃應(yīng)立即回火，其目的如下：

①為使模件獲得最合適的性能；

②淬火冷卻速度越快越好，無(wú)嚴(yán)重變形或破裂。

D.回火

至少兩次，時(shí)間2h上述最低回火溫度為180℃，每次回火后，必須冷至室溫，然后進(jìn)行下一次回火。回火時(shí)應(yīng)避免425~525℃回火脆性區(qū)之間。

E.幾點(diǎn)建議

①型腔硬度在48HRC 每次注射2萬(wàn)以上~4000模后， 再加回火。

②放電后，需要回火。

③盡量在模具設(shè)計(jì)中使用較大的圓角，避免應(yīng)力集中。

F.氮化處理

為使模具表面具有更好的耐磨性，可進(jìn)行氮化處理，在模具表面形成較硬的氮化層。℃下氮化，表面硬度可達(dá)1萬(wàn)~1250HV.氮化時(shí)間分別為20h/30h/60h硬化層的深度分別為0.20mm/0.25mm/0.30mm。

G.研磨拋光技術(shù)

正確的研磨技術(shù)可以看到模具表面裂紋的產(chǎn)生，并提高模具的使用壽命。如果模具在低溫回火下研磨，則裂紋的敏感性很高。只能使用邊緣切割、柔軟、開放的顆粒砂輪，并需要適當(dāng)?shù)难心ニ俣群土己玫睦鋮s劑。

H.放電加工

如果電火花在淬火 回火狀態(tài)下放電，型腔必須低于原回火溫度的25℃為消除其內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)進(jìn)一步回火。