塑料齿轮注塑模具型腔材料的选用参考

2022-03-24 10:10:48 资讯

一、塑胶齿轮模具型腔用材料的性能要求

①机械加工性能好。选用易于切削，并且在加工后能得到高精度、高表面质量的模具钢种。为此，应主要选用中碳合金模具钢。

②高强度、韧性好。在齿轮注塑生产过程中，型腔齿圈分型面容易被塑料垃圾压蹋形成凹坑，致使轮齿溢料出现飞边。因此，要求选用热处理后强度高、韧性好和不易崩缺的优质的合金模具钢。

③火花加工性能好。现代模业已普遍采用电火花线切割和电火花成型作为齿轮型腔的更终成型加工工艺，一般均无法进行后序研磨抛光加工（拥有磨料流设备单位除外）。因此，要求采用在电加工变形量和表面粗糙度较小和变质硬化层较薄的优质模具钢种。

④耐磨损、抗疲劳性能好。塑料齿轮的注射成型压力较高，齿轮型腔不仅受到高压塑料熔体的冲击，而且还受冷热交变的温度应力作用。一般的高碳合金钢，通过热处理可获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹或轮齿易出现崩缺，故不能采用。此外，齿轮型腔一旦出现任何损伤，一般均无法进行修复。因此，应选用耐磨损、抗疲劳性能好的中碳合金优质模具钢。

⑤耐化学腐蚀性能强。聚甲醛等塑料对模具有一定的腐蚀作用，特别是较潮湿的未经过除湿干燥处理的聚甲醛，在注射过程中易产生瓦斯与空气混合气体，对型腔和型芯、螺杆和料筒等零部件产生化学腐蚀作用。因此，应选用耐腐蚀性能强的合金优质模具钢。

在智能锁减速电机的应用上，苏州维本工程塑料耐磨静音齿轮专用料Wintone Z33注塑成型的金属嵌件斜齿轮，解决了传统材料杜邦POM 100P在这一应用上的三个问题：噪音比较大；有断齿现象；耐疲劳性不够。

在应用中，Wintone Z33注塑成型的金属嵌件斜齿轮可以实现耐疲劳寿命超过8万次。让您从选材开始就获取竞争力！

二、塑胶齿轮模具型腔材料的选用参考

根据塑料齿轮型腔和型芯尺寸的大小，可直接采用棒材或板材加工。20世纪80年代以来，我国开始引进国外生产的优质模具钢来制造齿轮注塑模具型腔、型芯等关键成型零部件件，主要有美国、日本和德国生产的预硬模具例，与此同时，国产模具销也不断涌现，为降低注射模的制造成本起到了积极的促进作用。

常用的塑胶齿轮国产模具钢有哪些？

1.预硬钢

国产P20(3Cr2Mo)预硬钢的硬度可达36~38HRC,拉伸强度为1330MPa.不必热处理即可保证模件获得较高的形状和尺寸精度要求，也易于切削加工和抛光，适用于注射模数为10万次左右成型模件。在预硬钢中加入硫，能改善其切削性能。

国产SMI（55CrNiMnMoVS)和5NiSCa(5CrNiMnMoVSCa)预硬化后的硬度为35~45HRC,但切削性能类似于中碳调质钢，适用于注射模数为20万次左右成型模件。

国产718(3Cr2NiMo)预硬钢是国产P20改进型钢号，品质上有较大改进，弥补了P20的不足。除了不能用于有耐腐蚀性要求的塑料模具零件外，目前是国内应用更广泛的通

用型塑料模具钢材的典型钢号，比较适用于15万次左右成型模件。

2.镜面钢

镜面钢多属于析出硬化钢，也称之为时效硬化钢，是采用真空熔炼方法生产的。这种钢在真空环境下经过500~550℃,进行5~10h时效处理，钢材弥散析出复合合金化合物，使钢材发生硬化，具有40~45HRC硬度，且耐磨性好、处理过程的变形量小。由于材质纯净，可做镜面抛光，并能光腐蚀精细图案，具有较好的电火花加工及抗锈蚀性能。还有一种氮化高硬度钢25CrNiMoAl,调质后硬度为23~25HRC,时效后硬度38~42HRC,经过氮化处理后表层硬度可达70HRC以上，适用于玻璃纤维增强塑料的注射模成型零部件。

3.耐腐蚀钢

国产PCR(6Cr16NiCuNb)属于不锈钢料钢种，但比一般不锈钢具有更高强度，更好的切削性能和抛光性能，且热处理变形小，使用温度小于400℃,空冷淬硬可达42~53HRC,适用于含氮和阻燃剂的腐蚀性塑料注射成型模件。

在智能窗帘行星齿轮箱的应用上，Wintone Z33材料可以帮助您一起解决：1.POM和PA66齿轮和内齿圈噪音比较大；2.耐磨耐疲劳性不够；3.PA12和TPEE齿轮，耐磨性不够，在60摄氏度以上时，扭力下降比较快；4.齿轮的耐腐蚀性不够；5有断齿的情况。

国外引进较常用的塑胶齿轮模具钢有哪些？

在我国精密塑料齿轮大量生产中，注射模齿轮型腔所使用的几种国外引进模具钢的化学成分见下表。

几种国外引进钢主要化学成分含量（单位%）

1.P20预硬模具钢

引进美国P20中碳Cr-Mo系塑料模具钢，有P20、P20H,P20Ni等牌号，出厂硬度29~32HRC。适用于制作塑料模具型腔，材质硬度均匀，具有良好的可切削加工和研磨抛光性能。为了提高模具型腔的使用寿命，可对预硬钢实施淬火＋低温回火或氮化处理来提高硬度。

淬火＋低温回火处理：淬火时先在500~600℃预热2~4h,然后在850~880℃下保温2h以上，置入油中冷却至50~100℃后再空冷至室温。淬火硬度可达50~52HRC.为了防止开裂应立即进行200℃低温回火处理，回火后硬度可保持48HRC以上，模具使用寿命有明显提高。

氮化处理：可得到高硬度表层组织，氮化后的表层硬度达到650~700HV(57~60HRC).此外，氮化层的材料组织致密，表面光滑，致使型腔的脱模、抗潮湿空气及碱液腐蚀性能提高。

P20已预先硬化处理至HB285~330（HRC30~36),与瑞典618和德国GS-2311的状态相当，可直接用于制模加工，并具有尺寸稳定性好的特点。这种预硬钢由于价格相对比较便宜，适用一般精度塑料齿轮注射模成型零部件。

2.718预硬钢

718模具钢，我国牌号3Cr2NiMo是P20(3Cr2Mo)改进型钢号，品质上有较大改进，使之填补P20模具钢材的不足，满足P20模具钢材达不到要求的场合。除了不能用于有耐腐蚀性要求的塑料模件外，目前是我国应用更广泛的通用型塑料模具钢材的典型钢号。

进口718预硬钢具有优良的抛光和照相蚀刻性能，718HH预硬钢是属于718预硬钢的改良型号，淬硬及回火硬度HB340~380(HRC36~40).可施以氮化及火焰硬化处理，以增进型腔表面硬度及耐磨性能。718HH材质保持高纯净度、低硫量品质，拥有优良的抛光性、光蚀刻花性和氮化处理性能。具有镜面抛光性能的718HH被广泛用于制作透明塑胶产品的模具上。

3.2083模具钢

2083为德国布德鲁斯特殊塑胶模具钢，该钢为高含Cr不锈钢，拥有非常出色的耐磨性，耐酸腐蚀性能，良好的机械加工及其抛光性能。良好的淬透性，低的变形率，经淬火＋回火后的型腔更具耐磨性；良好的电火花成型加工性能，适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模具钢含Cr量达13.6%,组织纯洁、均匀、细微；具有优良的耐蚀性、抛光性；良好的耐磨性、机械切削和电火花加工性，**的研磨抛光性；淬硬时具有优良的尺寸稳定性。是优良的耐蚀性的镜面塑料模具钢。

5.日本大同NAK55预硬钢

真空冶炼后，通过锻造使组织均匀化，再经过热处理及时效处理后，可直接切削、雕刻加工为模件。切削性能良好，硬度为40HRC,但切削性能仅相当于97HRB物间，比40HRC的SCM4钢的切削性尤佳。放电加工加工表层不会硬化，容易研磨加工，

得到优良的镜面及满意的光泽度。硬度高，耐磨性、耐压性高，模具使用寿命高，适用于精密塑料齿轮模具型腔使用。

在按摩椅、足部按摩器等按摩器械的核心功能件（齿轮和摆臂）的应用上，Wintone Z33作为一款耐磨耐疲劳、强韧型工程塑料，帮助解决了常规的按摩器械的POM齿轮材料，耐磨耐疲劳不够和噪音比较大的问题；在按摩椅摆臂的应用上，Wintone Z33帮助解决了常规的尼龙摆臂材料耐疲劳性不够以及尺寸与性能受水份的影响比较大的问题。让您从选材开始就获取强健的竞争力！

6.8407合金工具钢

德国8407是一种铬、钼、钒中碳合金工具钢，是采用特殊炼钢技术和严密质量控制所得到的纯度高且组织微细的钢材，8407的等向性（各向同性）要比一般传统炼制的H13更佳。这对于模具的抗机械疲劳及热应力疲劳性能更具价值，如压铸模具、锻造模具、挤压成型模具以及有高品质要求的塑胶模具等。因此，采用8407的模具硬度可比普通H13提1~2HRC而不会牺牲其韧性。

8407在我国被用作高精度塑料齿轮和蜗杆注射模型腔钢号，该材料具有以下优点：

①优良的耐热冲击和抗龟裂能力；

②高温强度高；

③不论大小尺寸，韧性及延展性高，且各向同性；

④加工性能及抛光能性优良；

⑤优良的淬透性和良好的热处理尺寸稳定性。

对其热处理及研磨有以下要求:

A.球化退火

将模具坯件在保护环境中加热至850℃，均热后于炉中以10℃/h的速度冷却到600℃，再置于空气中冷却。

B.去应力回火

模具坯件经粗加工后，须进行去应力处理。将半成品加热到650℃，均热2h后，在炉中冷却至550℃，再于空气中冷却到室温。

C.淬火

预热600~800℃，淬火温度980~1080℃(常用1020℃)，均热时间均为(50±3) min。在200~550℃等温1~100min再空冷或油冷。钢材冷却到70~100℃时应立即回火，其目的如下：

①为了使模件获得更适当的性能；

②在保证没有严重变形或破裂情况下，淬火冷却速度应愈快愈好。

D.回火

至少两次，时间2h以上，更低回火温度180℃，每次回火后必须冷至室温后，再进行下一次回火，回火时应避开425~525℃之间的回火脆性区。

E.几点建议

①型腔硬度在48HRC以上，每注射2000~4000模后，再补加一次回火。

②经过放电加工后，要求进行回火。

③模具设计时要尽量采用较大的圆角，避免应力集中。

F.氮化处理

为了使模件表面具有更好的耐磨性，可以进行氮化处理，在模件表面生成一层较硬的氮化层。在525℃下氮化，表面硬度可达1000~1250HV.当氮化时间分别为20h/30h/60h时，其硬化层深度分别可达0.20mm/0.25mm/0.30mm。

G.研磨抛光技术

正确的研磨技术能见模件表面裂纹的产生，并且增加模件的使用寿命。如果模件是在低温回火的状态下研磨，则产生裂纹的敏感性很高。只有经过削边、柔软的及开放晶粒式的砂轮才能使用，并要求采用适当的研磨速度及良好的冷却剂。

H.放电加工

如果模件在淬火+回火状态下进行电火花放电加工，则型腔在电加工后必须在低于原先回火温度的25℃的环境下，做进一步的回火处理，以消除其内应力。

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工业齿轮的应用上，与传统的POM和PA66相比，Wintone Z33具有更好的耐磨性、耐疲劳性、抗形变能力，Z33在保持了良好刚性的同时，进一步提升了弹性和韧性（这种优异的机械性能在摄氏-40度、0度和80度都有保持和体现），可以帮助解决齿轮断齿问题，同时大幅度降低摩擦噪音，经应用后比较，Wintone Z33也优于不少耐磨改性规格的POM和PA66（如聚四氟乙烯，硅酮类或二硫化钼改性），同时Z33具有很好的耐腐蚀性，可以用于很多场景下接触各类化学物质的严苛环境，比如印染纺织机械上的齿轮，液压系统的挡圈和密封圈，等等，成功替代价格昂贵的PEEK，PA12，PVDF，PTFE，PA46的部分应用领域。另外Z33的吸湿很少，综合性能受水份的影响很小，整包装Wintone Z33注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完无需水处理。

在汽车接插件的应用上，与传统的尼龙66和PBT相比，Wintone创新型工程塑料在保持了优良的刚性，耐热性和电性能的基础上，大幅度提高了材料的韧性，为提高接插件的抗脆断性（特别是低温下的抗脆断性），提供了一个全新的解决方案，同时Wintone材料的吸水率很小（只有PA66的六分之一），水份对Wintone材料制造的接插件影响很少。另外Wintone Z63优异的流动性和韧性，可以让薄壁接插件更强韧，无需水处理。在注塑加工时，整包装（25公斤）的Wintone材料无需提前干燥，可以直接注塑。同时Z63优良的流动性，允许复杂的结构件可以在较低的注塑压力和速度下成型，可以帮助降低接插件翘曲变形的风险。

在高压泵单向阀罩的应用上，与传统的尼龙、POM材料相比，Wintone Z63在保持了优异刚性的同时，大幅度提高了材料的韧性、耐疲劳、耐磨和耐水解性（包括耐冷水和耐热水），可以帮助解决常规尼龙单向阀罩不耐水解而磨耗脆断，POM材料韧性不够，反复压力冲击后而脆断的问题。同时Z63极其优异的耐化学性，可以帮助解决常规材料（尼龙和POM）单向阀罩腐蚀断裂问题，大幅度提升耐久性，特别是应用环境较严苛的药泵、海水淡化泵、热水泵等等，另外Z63的吸湿很少，综合性能受水份的影响很小，整包装Wintone Z63注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完无需水处理。

在汽车ABS轮速传感器的应用上，Wintone ZG6工程塑料可以帮助解决传统的玻纤增强PA66材料耐盐水和耐腐蚀性不够的问题，ZG6属于电中性工程塑料，不含卤素不会腐蚀芯片，同时ZG6具有均衡良好的机械性能，比PA612和PA12更优的耐油性，成功替代不少玻纤增强PA612和PA12的部分应用领域，另外，Wintone ZG6工程塑料的吸水率只有尼龙66的六分之一，水份对ZG6做的功能注塑件的尺寸和性能影响很少，整包装的Wintone ZG6材料，可以不烘料直接注塑，注塑完无需水处理。

在液压系统挡圈和导向环的应用上，Wintone Z33可帮助解决传统材料应用时的一些问题（如POM导向环会磨铁，在温度上升到60度以上时力学性能下降较快的问题；如PA66挡圈会溶胀和易水解，尺寸和性能受媒介影响较大，耐磨不够的问题；常规的青铜粉改性PTFE挡圈力学性能不够和抗压的局限性，以及多步工序及系统成本过高的问题；酚醛夹布导向环的易脆断性和不够环保），Wintone Z33以其优异的综合性能：更优异的耐磨性、更好的抗形变和耐蠕变性、远优于POM和PA66的耐腐蚀性、更优的回弹性和抗挤出能力、极具价值的性价比，让您在选材时就获取竞争优势，经长期应用后验证，Wintone工程塑料已成功替代部分价格昂贵的PEEK，PA12，PA46，PVDF，PTFE的应用领域。另外Z33的吸湿很少，综合性能受水份的影响很小，整包装Wintone Z33注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完无需水处理。