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一种可改善模具性能的新级别钢

来源:国际模具网 时间:2009/9/24 9:22:54

大多数的注塑模具都采用传统的钢级别制造,如AISI P20。但是近来有一种可代替AISI P20的钢级被Superplast被开发出来,该级别由于采用创新的冶金技术,获得了与AISI P20级别完全不同的性能。对于模具制造商而言,这一发展打破了固有的模具材料的选择范围,从而能够更加满足塑料工业的特殊需求。

传统的钢通过碳与其他一些硬质元素如铬、钼等的组合可提高其性能。尽管在过去的几十年里使用该方法获得了满意的结果,但是随着市场中新型聚合物的不断涌现,以及模具需求的不断扩大,这些材料开始显示出某种局限性:近距离的检查可以看出,凡是在厚部件中间其硬度都会发生下降,这在应用中是不能被接受的。

更为严重的是,模具制造商会在加工中面临各种问题,如转孔中出现高硬度点、在铣加工中出现强烈的振动等等。因此,基于碳的冶金技术已不再是最好的选择。模具制造商需要降低内部成本以保持竞争力。为了获得持续的成功,他们不得不在制造过程中就将风险最小化。对于模具制造商和加工商来说,选择一个改进的钢级别是解决上述问题的方法之一。

挑战碳含量

既然碳是P20类型钢的弱点之一,那么一个解决办法就是尽量限制碳的含量,而且成分的这种减少必须用添加昂贵的合金元素来补充,如镍、铬或钼。

利用硼冶炼技术,只需添加少量的硼即可获得和添加昂贵的合金元素一样的效果。该技术可使钢的硬度达到300 HB,且具有优良的均一性,即使部件厚度达到800mm也没有问题。经过数年的研究和优化,该技术日臻成熟,并导致了这种改进型的钢级别的诞生(见 表 1和 图1)。


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图1 新型钢的硬度

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硼冶炼的效果

由于冶炼只是一种途径,因此最令我们感兴趣的还是其所能达到的效果。

1、可加工性

使用降低了含碳量并预硬化至300HB的钢的第一个论据,就是机加工性能的改善以及相关成本的下降。

用一台汽车挡泥板模具进行试验,粗加工时间缩短了33%。传统的钢要加工60h,而新级别钢只需要加工40h。最终结果是机加工成本降低(见表2和图2)。

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图2 排屑速率比较

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2、均匀性

提高了均一性是另一个优势。一方面在部件中部硬度没有降低,而且更重要的是在转孔时不会再碰到高硬度点,在化学腐蚀和抛光中也不会出现表面缺陷。

高硬度点是碳含量高的区域,是在液态钢固化过程中形成的。低碳钢的优势是显而易见的。这些高含碳点比其他的地方更硬,会引起抛光表面的偏差而产生缺陷,特别是在大面积表面这种缺陷更是清晰可见(见图3)。

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图3 均一性的改善排除了高硬度点,因此在化学腐蚀和抛光期间不会引起表面缺陷

这种类型的缺陷在喷涂以后更明显,会直接影响注塑制品质量。使用低碳并预硬化至300 HB的钢级别制造模具生产车身板能够使制品表面更加完美。

3、可焊接性和热传导性

与传统的P20级别相比,改进的钢提高了可焊接性,同时将热传导性能提高了15%~20%。热传导性能的提高能够显著缩短成型周期。不过在塑料本身的热传导性能不好(制品厚的部分),塑料与钢的接触面积不大(平面的制品),或者与冷却道相关的一些问题以及阻塞出现时,都会使这一优势打一些折扣。

结语

当模具制造商和加工商寻找合适的模具材料以改善性能、降低成本时,关注材料的加工性能、均一性、可焊接性和热传导性,是找到正确答案的关键。经过改进的低碳(用硼取代碳)并预硬化至300HB的钢能够为当今的模具制造商提供他们所正在寻求的这种益处。

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