急冷急熱塑膠模具系統鋼材問題解析與對策

急冷急熱塑膠模具系統鋼材問題解析與對策

一、前言:

近年來由於消費性電子、光電產品、汽機車零組件的蓬勃發展,產品的開發週期相對縮短,尤其消費性電子產品塑膠件著重質輕、高亮面、薄殼應用也變得是主流趨勢,且塑料添加30-50%玻璃纖維Glass Fiber增強機構強度也愈來愈被接受且普遍。薄殼、塑料玻纖添加攸關塑膠射出模具鋼材模仁磨耗,抗壓強度等問題須賴模具鋼材技術評估,如採高速射出變模溫方法射出生產(RHCM,IHTC),冷熱模溫系統將對模仁鋼材韌性,抗壓強度,抗熱疲勞性,模座抗壓強度,模具系統鋼材熱傳導及熱膨脹係屬一致性等攸關終端產品輕、薄尺寸公差,變形變形等影響,正確評估選擇模具系統鋼材,才可有效率地解決產品與模具開發上的困難。

二、急冷急熱模具鋼材常見問題:

•以蒸汽式模具加熱方式,模具設計者常忽略模仁鋼材韌性,以冷卻水孔離模面距離較近可較快降溫而將冷卻水孔中心點從原先模板厚度中心朝模面,水孔上緣處距離約3-4mm處,因水孔離模面肉厚減少相對鋼性及韌性相對減少,加上模具射出應力應變產生水孔內分解應力增加,而增加模具從水孔延模面開裂風險。

•模仁硬度太高問題,鋼材韌性與硬度相關函數關係,一般金屬硬度愈高,動態韌性值會相對較低。急冷急熱加熱法,如鋼材硬度較高且受應力或分解剪應力大時,熱活化能將會增加模具開裂風險,適當硬度,拋光性,增加韌性值將是折衷方法。

三、 解決方案:

• 對於變模溫或急冷急熱模具加熱射出成型生產,塑膠射出成型模具鋼材需評估:

(1)鏡面鋼材:M333及W8PH鋼材抗彎曲強度:1600-1800N/mm2,硬度HRC:40-45,減少射壓剪應力應變造成抗彎韌性破壞

(2)鋼材鏡面度:M333 或W8PH,硬度HRC:40-45之間,#10000。

(3)鋼材清淨度需達Press Electric Slag Melting等級以上(PESR等級以上,非金屬介 在物依DIN 50602 K1<5標準)。

(4)不銹鋼鋼材熱傳導係數:M333 28W/mk ,100℃,金屬導電性或熱傳導性需較快者

(5)冷卻水孔中心點離模面15mm以上避免韌性破裂風險。

(6)冷卻水質需接近PH:7+/-0.5減少Pitting corrosion點狀腐蝕產生。

(7)模仁真空熱處理工藝掌握,攸關薄型化塑膠射出公差要求,需謹慎評估淬火、深冷、回火參數條件,M333,W8PH均可達尺寸時效變寸量0.005mm以內。

對於含PC含玻纖20-50%射出材料,模具鋼材模仁及模具系統需評估:

(1)模仁鋼材:M390 HRC:54-56,抗彎曲強度2700N/mm2,抵抗變模溫對對鋼材強度、韌性、耐磨性要求

(2)M390高耐磨性及耐蝕性要求,採梧濟公司專利熱處理工藝製程,提高模具耐 磨性

(3)模座鋼材:抗壓強度1500N/mm2 ,HRC:35-40,才可支撐模仁M390,HRC:54-56 高耐磨性及抗壓強度要求。


四、結論

由於消費性電子產品日益追求輕、小、短、複雜度高,薄型化,交期快速趨勢,塑膠射出成型採異型水路設計漸被採用,主要目的以達複雜產品成型週期快速、有效冷卻效率提高,成型面無結合線,尺寸公差極小化等優勢。模具鋼材的最優化選擇及評估影響甚鉅。

模具鋼材需依不同產品應用選擇適當的熱處理工藝及模具鋼材料一同面對薄型化,快速成型週期的塑膠射出件市場的挑戰。掌握此模具鋼材的關鍵因素,才可在國際競爭中持續保持領先,為射出成型產業架構起新的競爭優勢,開拓另一片藍海。