精密注射模材料的种类与特点

1.精密塑料模具用钢

要获得优良的精密塑料模具，最主要的是要选择合适的模具材料，并制订出合理的热处理要求。精密注射模的成型零件一般选用合金工具钢制造，经热处理后具有高硬度，或采用预硬钢、易切削钢和高精度、镜面塑料模具钢，以保证模具制造精度，并保持模具精度的长期稳定。

常用的精密塑料模具钢材的种类很多，其性能特点和应用场合存在差异，选用时应依据树脂种类、模具寿命、模具加工精度要求、成型加工方法等因素，加以合理选用。

（1）镜面加工用模具材料 光盘、光学透镜和高透明性塑料制品的模具，其成型零件应选用镜面模具钢。这类模具钢要求用真空熔炼、电渣重熔等特殊熔炼方法制成，不应夹带非金属杂质，显微组织应均匀致密，基体硬度高。常用的镜面模具钢种类有：YAG、HPM38、HPM17、HPM50；瑞典ASSAB公司的OPTIMAX；日本大同公司（DAIDO）的PAK90；德国龙记公司的LKM2316ESR等。

镜面模具钢进行镜面研磨时，必须使用高效的金刚石粉研磨膏。氧化铬和氧化铝等材料不但效率较差，而且容易镶嵌在模具材料中，容易产生气孔。研磨时不宜用力过度，否则易产生橘皮纹表面，应特别注意。电火花加工、线切割加工所形成的变质层，可用研磨法彻底去除。不同模具材料的镜面加工性能如图4-35所示，由于模具材料在表面抛光加工时，通常由后道工序所用磨料抛光去除前道抛光工序留下的痕迹，即抛光时最终一道抛光工序所用磨料标号数值越大（磨粒越细），研磨出的表面痕迹越细，即表面质量越好。由图4-35可知，YAG硬度在50HRC条件下可用14000号磨料研磨抛光达到镜面，其镜面抛光性能最好。

1）精密光学透镜用YAG（马氏体时效硬化钢）。在精密塑料模具材料中，YAG的镜面加工性最好，特别适合于光学透镜用模具材料。

2）耐蚀镜面加工用HPM38。HPM38具有与光盘用模具材料抛光相对应的镜面加工性，无需镀铬。

图4-35 模具材料镜面加工性能比较

1—镜面和纹饰面用钢 2—光学透镜和高韧性用钢 3—耐蚀与镜面用钢 4—精密热处理和耐磨用钢 5—普通汽车和民用电器制品用钢

3）普通镜面加工用预硬化钢HPM17、HPM50。HPM17预硬化硬度为38HRC，HPM50预硬化硬度为40HRC，它们适用于电器的透明防尘罩、汽车尾灯等普通透明制品的模具材料。

4）光学级镜面钢OPTIMAX。OPTIMAX钢出厂时，硬度应退火至215HBW，具有极高的纯度及镜面加工性，耐蚀防酸能力极佳，热处理变形小，特别适用于防酸性高的镜面模和光学透镜模。

5）日本大同特殊钢PAK90。PAK90出厂时预硬化至30～33HRC，具有极佳的耐蚀、耐磨及高镜面特性，适用于精密塑料模和高镜面度模具。

6）龙记LKM2316ESR。它出厂时预硬化至27～31HRC，具有极佳的耐蚀性以及高镜面特性，适用于要求表面粗糙度值低及防酸性高的模具。

（2）耐蚀性模具材料 成型加工中，树脂会分解出腐蚀性气体，如PVC分解出的氯气，阻燃性树脂的氯、溴等卤族和磷化合物，ABS的加硫剂，POM的甲酸和甲醛，低发泡树脂的氨和一氧化碳等，对模具均有腐蚀作用，模具需要使用耐蚀钢或作防腐蚀处理。

早期模具多采用镀硬铬来抗腐蚀，但对卤素气体的耐蚀能力差，且易产生镀层气孔裂纹，而且由于局部电蚀作用，反而会促使模具材料的镀层界面发生腐蚀，从而导致铬层迅速剥离。因此，必须使用本身具有高耐蚀性的模具材料。

耐蚀模具钢种类有日本的PSL、HPM38，ASSAB公司的S136、S136H、S336，龙记公司的LKM2316A、LKM2316等。(www.xing528.com)

1）PSL、HPM38由于具有耐蚀性，最适宜作为ABS、PVC、橡胶等的成型模具材料。

2）S136出厂时退火后硬度达215HBW，S136H出厂时预硬至29～33HRC，它们具有抛光性能好、抗锈防酸能力极佳和热处理变形少的特点，适宜作为PVC、PP、EP、PC、PM_- MA等塑料的成型模具材料，以及食品工业机械构件的成型模具材料。

3）S336为特殊时效不锈钢，出厂时固溶处理后的硬度约为32HRC，耐蚀性极佳，通过简单的时效处理，硬度可提高至50HRC，并能保持尺寸稳定，焊接性能良好，适于作为高蚀性塑料的成型模具材料，多用于医疗和食品工业。

4）LKM2316A出厂退火至230HBW，可加硬至52HRC，LKM2316出厂预硬至27～31HRC，它们耐蚀性极佳，适宜作为高酸性塑料的成型模具材料。

（3）具有耐磨性的模具材料 塑料制品常需添加各种增强或填充材料，如集成电路封装、尼龙齿轮等零件常用玻璃纤维增强；用于电磁屏蔽的导电性塑料常用金属纤维增强；塑料磁铁常与铁酸盐磁铁复合化；以及其他各种填料（如滑石粉、云母、木粉、石棉纤维等）填充的塑料制品，均要求模具具有良好的耐磨性，应使用具有高耐磨性的模具材料。

常见的耐磨模具钢有日本的HPM31、HAP；瑞典ASSAB公司的VANADIS 10、CALMAX635；日本大同公司的NAK55、NAK80等。按模具钢的耐磨性从低到高进行排序，其顺序为：S50C→SCM440→HPM2→HPM1→DAC→HMD1→HPM31→SLD→YXM1→HAP。钢材耐磨性的高低，完全取决于材料中碳化物的种类及其含量。上述用于精密塑料模具的耐磨钢主要有HPM31、SLD、YXM1和HAP（粉末冶金高速钢）等。

1）HPM31通常作为超大批量生产用高耐磨塑料模具钢使用。原来在集成电路封装模、录像带盒和插接件等超大批量生产模具中使用的SKD系列模具钢存在镜面抛光性差、热处理变形不稳定等缺点。

2）HAP系列高硬度、高韧性粉末冶金高速钢是大批量生产用极好的模具材料，它具有良好的镜面加工性、电火花加工性和纹饰加工性；良好的磨削性和切削性；材料几乎没有方向性，热处理变形均匀，且在现有工具钢中，弹性模量最大。

（4）易切削性模具材料（易切削预硬化钢） 在精密模具中，易切削预硬化钢一般不用于制造精密模具的型腔嵌件，但为了保证精密注射模的精度，不宜用普通注射模中使用的S50C、SCM440等软质模具材料制造模板，可用硬质的HPM1（预硬化硬度可达40HRC）或HPM2（预硬化硬度可达32HRC）制造模板。

另外，精密注射模有很多细小的推杆（1mm左右），必须正确安装，嵌件和模板的接合面应保证精度，因此，模板材料的易切削性、加工面粗糙度值的高低都非常重要。

（5）其他精密塑料模具材料 精密注射模除上述常用材料外，还会使用HPM50、YHD50、ZX10、Viking和ELMAX等模具材料。HPM50（硬度为40HRC）具有精密纹面加工性（可用电火花加工表面代替腐蚀加工纹面）、一般镜面加工性和加工面一致性极好的特点，适于制造精密注射模具。YHD50是非磁性高硬度模具钢（硬度为40～45HRC），适用于磁性塑料制品的成型。ZX10为铜系合金模具钢，其热导率超过铁系模具钢的5倍，适用于制造成型周期短、高速注射用精密注射模。Viking是瑞典ASSAB公司的高合金油冷、气冷硬化模具钢，具有良好的热处理尺寸稳定性，尺寸变化极小，良好的机械加工性，极佳的韧性和耐磨性，常用硬度范围为52～58HRC，出厂后硬度为225～250HBW。ELMAX也是瑞典ASSAB公司的高铬-钒-钼合金钢，它通过粉末冶金制造成形，具有高耐磨性、高抗压强度、高耐蚀性和良好的尺寸稳定性。ELMAX出厂状态为退火态，硬度约为240HBW，适用于玻璃纤维增强的工程塑料制品（如IC封装、连接器、开关、电阻等电子器件）的注射成型，此类精密模具须兼顾耐磨性与耐蚀性。

2.模具材料的性能比较

各种模具材料在选用时应考虑其强度、耐磨性、耐蚀性、切削加工性、镜面和纹饰加工性、焊接性等多方面的性能要求，因此，对各种模具材料性能的比较有助于直观地了解不同材料的特点，以方便选用。常用精密模具材料的性能比较见表4-9。

表4-9 常用精密模具材料的性能比较

注：A为最优，C为最差。