金属塑料模具材料选用

模具材料選用1引言：在「模具材料選用」中，你將學習到金屬材料對模具的重要性，利用本教材你將會依不同的塑料，選用正確的模具材料。請翻至下頁2模具材料選用定義：一、碳工具鋼:：鋼材為含碳量在0.6%以上之高碳鋼。二、合金工具鋼：合金工具鋼係指碳工具鋼中加一種或一種以上的元素。三、微細鋼：微細鋼亦指完全退火的鋼。四、蝕紋：蝕紋的加工原理，乃是利用化學葯品，因浸蝕作用而使模具表面產生各種花紋的飾樣。浸蝕程度所引起飾紋之不同，可依飾紋樣板來決定，通常可分類為一般飾紋、皮革飾紋、精密飾紋等。五、機械性質：機械性質有硬度，抗拉強度，降伏強度，伸長率收縮率等。請翻至下頁模具材料選用3學習目標：一、使用參考資料查表下，能夠自己選用正確的模具材料。二、使用參考資料查表下，能夠正確說明腐蝕性模具所使用的模具材料。三、使用參考資料查表下，能夠以自己的話正確說明模具在非鐵金屬材料可選用的種類。假如你認為能夠勝任以上學習目標的能力，請翻至第61頁做最後測驗。假如你需要更多學習的話，請翻到第4頁4模具材料選用學習活動：本教材之學習活動為相關知識，我們必須學習許多的模具材料，才能使用適當的材料作為模具材料。你可以由下列途徑去學習。一、閱讀本教材之第5頁至60頁。請翻至下頁模具材料選用5本教材的第一個學習目標是：使用參考資料查表下，能夠自己選用正確的模具材料。假如你認為能夠勝任以上學習目標的能力，請翻至第11頁作測驗。假如你需要更多學習的話，請翻至第6頁。6模具材料選用材料選用：模具材料的選用適當與否，不但會直接影響到模具壽命、精度、加工性、價值與成本等有很大之影響，而且也會影響到製成品的品質。近年來塑膠模具隨著各種塑膠成品的迫切需要，不但年年直線增加，而且在內容上也顯著地趨向於產量化，專業化以及精密化，為了達到模具品質的要求，除了模具在加工過程中之技術與設備為必備的條件外，對於模具所採用的材料也愈來愈有嚴格的要求。茲將模具材料的要求條件的種類、用法分述於後。在設計模具時，設計人員需先對目前市面上及廠內現有的模具材料，徹底的有所了解。模具所用的材料通常大部都是屬於金屬材料，但或許也會用到非金屬材料，所以在選用模具材料時應考慮到產品的壽命，所採用的樹脂、模具的構造、零件的設計、製造價格、成形品的外觀、物性、尺寸精度以及物理與化學性能等因素。茲將選用模具材料的幾個原則提供給大家作參考。一、機械加工性好銑削加工、研磨加工、放電加工等模具主要加工的加工性良好。二、耐摩耗性佳此為影響模具壽命及模具精度的主要因素。三、韌性好模具零件薄肉部分或受衝擊部分需具此特性。四、耐蝕性優視成形材料有些會產生腐蝕性氣體，故模具須能耐這些氣體。五、熱處理特性好熱處理變形要小。六、價廉具市埸性，能快速而便宜地購得。七、表面加工性良好研磨性好，容易獲得鏡面，刻字等加工性佳，且無組織不一、硬度不勻等缺點。請翻至下頁模具材料選用7模具材料的種類與用途：模具材料的種類非常的多，各有不同的特性與用法，茲將常用的幾種金屬樣料作一簡單之介紹：一、鋼(一)一般構造用輥軋鋼材（SS）：此類鋼材如SS-41，SS-50等價廉而且容易購得，但質軟多針孔，因此用於不需強度，硬度的零件，適用於模具底板材料。（註：SS-41係指抗拉強度41kg的鋼）。(二)機械構造用碳鋼：此類鋼材加S25C，S45C，S50C，S55C等，價廉而容易購得，加工性也非常良好。通常S25C用於模具的一般附屬品，如承板、定位環、豎澆道襯套、止動螺栓、支持件等，但很少用作模板。S50C，S55C原則上淬火回火到Hs28~35的硬度，以增加其加工性，為標準的模板材料。S9CK和S15CK的含碳量較少，因而質較軟，所以而作表面滲碳處理，再淬火至HRC45~59度，其主要用途為滾齒素材。(三)碳工具鋼：此類鋼材為含碳量在0.6%以上之高碳鋼，常用的有SK3，SK5，SK7等，其淬火後之硬度SK3和SK5為HRC50~60，SK7為HRC50~55，此類鋼材之耐磨耗性相當優異，且為較便宜的工具鋼，用於有滑動部份等需要硬度和耐磨耗性的零件，如導梢、襯套、頂出梢及復歸位梢等。(四)合金工具鋼：常用的合金工具鋼有SKS2，SKS3，SKD11，SKD61等。SKS2與SKS3是碳工具鋼加鉻與鎢以增加其淬火性、耐磨耗性，用於特別要求硬度與耐磨耗性的成形模板，其使用硬度為HRC55~60度。SKD11與SKD61是添加釩取代SKS的鎢，其淬火性、耐衝擊性與耐磨耗性均優於SKS鋼材，且淬火之應變小，其使用硬度為SK11是HRC58~63，SKD61是HRC45~48，但SKD61的耐熱性、靭性均優於SKD11。（註：合金工具鋼係指碳工具鋼中加一種或一種以上的元素）請翻至下頁8模具材料選用(五)鎳鉻鋼：係碳鋼添加鎳和鉻，賦於韌性及淬火性，淬火回火後之硬度為HRC28~40度，適用於成形模板用材。常用的有SNC2和SNC3等。(六)鎳鉻鉬鋼：SNCM（SAE4340）是淬火性、耐磨耗性良好，尤其是強度、韌性特別好的鋼材，其用途與鎳鉻鋼相同。(七)鉻鉬鋼：SCM2，SCM3，SCM4及瑞典ASSABS-7（標準規格為SAES7）等均是碳鋼加鉻、鉬的構造用綱，其衝擊性、機械加工性及淬硬時有良好的尺寸穩定性，故適用於射出成形模、壓縮與轉移模具之用材。(八)鋁鉻鉬鋼：SACM1經氮化處理，其氮化層之硬度可達HRC63以上，故耐磨耗性相當高，用於滑動部份要求硬度與磨耗性的頂出梢與復歸位梢，也是押出機螺桿、加熱筒等之最佳用材，鋼材本身之調質後硬度為HRC20~30度。(九)軸承用高碳鉻鋼：SUJ2具有良好之耐磨耗性、淬火性，其處理後之硬度可達HRC55~60度，為軸承及要求滑動部份需有相當硬度及耐磨耗性之機件用材。(十)STAVAX高鉻不銹合金鋼：由瑞典ASSAB公司所出品之ASSABSTAVAX（標準規格為SAE-420）具有下列幾項特性：１.優良的耐腐蝕性。２.優良的可拋光性，具有高光滑度的表面。３.優良的機械加工性。４.淬硬時具有優良的尺寸穩定性。５.耐候性強不需特別的保護。６.優良的耐磨性。由於STAVAX具有上述種種優點，適用作有腐蝕性的PVC，醋酸鹽類如ACETAES及PET塑料之成形模具之材料。請翻至下頁模具材料選用9(十一)ASSAB-8407Microdized鋼：所謂Microdized係指微細鋼亦指完全退火的鋼，經過此處理的ASSAB-8407鋼即為一鉻鉬釩合金鋼，具有下列幾項特特點：１.能抵抗驟變及都應力疲勞。２.在高溫作業時其強度亦高。３.加工性及延展性相當優良。４.切削性和拋光性優良。５.具良好完全之硬化性。６.淬硬時之尺寸穩定性相當良好。ASSAB-8407組織細微化處理優質熱作鋼，適用於射出成形模及壓縮和轉移模之用料。(十二)不銹鋼：用於成形具有腐蝕性的PVC樹脂及發泡性樹脂時，最好能考慮使用含鉻量多、含碳量少的耐蝕性鋼材如JIS304，JIS316等不銹鋼材材來製造。(十三)NAK55鋼材：為日本大同特殊鋼株式會社出品的模具鋼，其鋼材在組織均勻化後，經時效處理為HRC40，以熱處理完成狀態應市，可以直接切削，雕刻加工。NAK55雖然能符合塑膠模具用材所需之性質，但其衝擊值梢低，以軔性而言，略差於合金鋼，但是在成形時不會有缺損和裂損之情形發性。唯遇有形狀具有細薄之部位最好改用其他鋼材製成鑲(Insert)或者豎立部之隅角處做成內圓角R以改善NAK55之缺陷。(十四)PDS3鋼材：為具有蝕花紋加工性、鏡面加工性及被削性良好，且不會發生加工應變的模具鋼材。由於PDS鋼已將纖維組織加以減少，並消除了微小偏析現象，所以在蝕花紋加工時不會產生不均之現象，可得良好的蝕花紋面。PDS3適用於含有氯乙烯或添加有難劑塑膠成形之模具用材。請翻至下頁10模具材料選用(十五)KST鋼材：KST鋼材為日本高週波鋼業株式會社出品之塑模用鋼，此類鋼材經真空造塊及脫氣處理，不含雜質、組織平均、切削加工容易、經調質處理、內應力消除靭性極性強、硬度平均，為塑膠模具很受歡迎的用材。適用於大、中型之模具用料。請翻至下頁進行測驗模具材料選用11學習評量一：一、選用模具材料的原則有哪些？二、構造用鋼SS41係指何？三、碳工具鋼一般係指含碳量多少以上的鋼材？四、何為合金工具鋼？五、一般常用氮化處理的鋼材為何？六、適用PVC塑料的模具材料有哪些？請翻至下頁校對你的答案12模具材料選用學習評量一答案：一、選用模具材料的幾個原則如下：(一)機械加工性好銑削加工、研磨加工、放電加工等模具主要加工的加工性良好。(二)耐摩耗性佳此為影響模具壽命及模具精度的主要因素。(三)韌性好模具零件薄肉部分或受衝擊部分需具此特性。(四)耐蝕性優視成形材料有些會產生腐蝕性氣體，故模具須能耐這些氣體。(五)熱處理特性好熱處理變形要小。(六)價廉具市埸性，能快速而便宜地購得。(七)表面加工性良好研磨性好，容易獲得鏡面，刻字等加工性佳，且無組織不一、硬度不勻等缺點。二、SS-41係指抗拉強度41kg的鋼。三、鋼材為含碳量在0.6%以上之高碳鋼。四、合金工具鋼係指碳工具鋼中加一種或一種以上的元素。五、鋁鉻鉬鋼：SACM1經氮化處理，其氮化層之硬度可達HRC63以上，故耐磨耗性相當高，用於滑動部份要求硬度與磨耗性的頂出梢與復歸位梢，也是押出機螺桿、加熱筒等之最佳用材，鋼材本身之調質後硬度為HRC20~30度。六、1.STAVAX高鉻不銹合金鋼，適用作有腐蝕性的PVC。2.不銹鋼：用於成形具有腐蝕性的PVC樹脂，最好能考慮使用含鉻量多、含碳量少的耐蝕性鋼材如JIS304，JIS316等不銹鋼材材來製造。假如你的答案與上述重點相類似，請翻至第13頁，假如你的答案沒有相類似，請翻回第5頁重新學習至完全做對為止，或閱讀參考資料至能完全作對後翻至第13頁繼續學習。模具材料選用13本教材的第二個學習目標是：使用參考資料查表下，能夠正確說明腐蝕性模具所使用的模具材料。假如你認為能夠勝任以上學習目標的能力，請翻至第32頁作測驗。假如你需要更多學習的話，請翻至第14頁。14模具材料選用樹脂種類及模具材料選擇之關係：樹脂所要求模具鋼料之特性，諸如耐磨損性、耐腐蝕性、鏡面特性或預硬化特性等等，必須事先予以明確化，以便能夠適當地選用各種鋼材。表一所示為依各種樹脂材料之不同用途而列出對應適用之鋼材。依據過去射出成形實際經驗之比較結果，可以作為今後模具鋼材選擇之基準。模具鋼材之基本特性，基本上以耐磨損性材料、耐腐蝕性材料、鏡面拋光型材料以及預硬鋼材等分類。下列敘述其特徵及其改良等級鋼材之情形。一、耐磨損性鋼材針對一些混有玻璃纖維(glassfiber)或金屬粉末之強化型樹脂，其模具必須要求使用高強度及耐磨損性之材料。以前多使用SKD11等類似之材料，要求的是極小限度的熱處理變形量，現在，漸漸地被HPM31等鋼材所代替。若以強度、耐磨損性之等級排序時，則為S50CSCM440HPM2HPM1‧HPM50FDACDACHPM31SLD高速鋼YXM1粉末高速鋼HAP系列。請翻至下頁模具材料選用15表一樹脂用模具鋼材依用途之選用基準用途代表的樹脂以及製品模具鋼材之要求特性適用之鋼材種類一般熱可塑性，熱硬化性樹脂一般聚醛樹脂耐隆類ABS電氣零件齒輪，軸承機械零件散熱器柵板高強度+耐磨損性HPM2HPM1FDAC以需求而定DACHPM31PP(聚丙烯)電扇用葉片基座紋理ABS汽車用內裝飾板音響器材護蓋上述+蝕紋加工性HPM2,HPM1精密飾紋用HPM17,HPM50透明物壓克力樹汽車尾燈上述+高級拋光加工性HPM17,HPM50HPM38(高級拋光)HPM1(一般拋光)混入玻璃纖維可塑性，熱硬化性樹脂熱可塑性PE(聚乙烯)ABSPC電子零件汽車用內裝飾板電動工具外殼高度之耐磨損性HPM1DACHPM31SLDHAP熱硬化性碳酸樹脂尿素樹脂氮化石灰樹脂齒輪類，電氣零件餐具化粧品UL規格用(添加難燃劑型等)ABC聚苯乙烯電視機外殼，陰極射線管覆蓋音響器材基板適度之強度+耐蝕性PSLHPM38PVC聚氯乙烯電話器，漏水管，絕緣管，接頭耐