金属塑料模具材料选用.docx

模具2材料選用2 65請翻至下頁引言：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。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。請翻至下頁四、 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。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。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41 kg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Hs2835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HRC4559度，其主要用途為滾齒素材。(三) 碳工具鋼：請翻至下頁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HRC5060，SK7為HRC5055，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HRC5560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HRC5863，SKD61是HRC4548，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）(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HRC2840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ASSAB S-7（標準規格為SAE S7）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HRC 63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HRC2030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HRC5560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：請翻至下頁由瑞典ASSAB公司所出品之ASSAB STAVAX（標準規格為SAE-420）具有下列幾項特性：. 優良的耐腐蝕性。. 優良的可拋光性，具有高光滑度的表面。. 優良的機械加工性。. 淬硬時具有優良的尺寸穩定性。. 耐候性強不需特別的保護。. 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。(十一) ASSAB-8407 Microdized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：. 能抵抗驟變及都應力疲勞。. 在高溫作業時其強度亦高。. 加工性及延展性相當優良。. 切削性和拋光性優良。. 具良好完全之硬化性。. 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。請翻至下頁(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JIS 304，JIS 316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HRC 40，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。(十五) KST鋼材：請翻至下頁進行測驗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。學習評量一：一、 選用模具材料的原則有哪些？二、 構造用鋼SS 41 係指何？請翻至下頁校對你的答案三、 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？學習評量一答案：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。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41 kg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HRC 63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HRC2030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JIS 304，JIS 316等不銹鋼材材來製造。 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。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。請翻至下頁 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(glass fiber)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®HPM1HPM50®FDAC®DAC®HPM31®SLD®高速鋼YXM1®粉末高速鋼HAP系列。請翻至下頁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HPM2 HPM1 FDAC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，接頭耐蝕性PSLHPM38氟素樹脂鐵氟龍密合墊絕緣被覆適度之強度+高度之耐蝕性HRNC(HB201)鏡片用壓克力照相機用鏡片觀景器用鏡片高度之鏡面加工性，強度+適度防銹特性TAGHPM38塑磁材料混入肥粒鐵之樹脂磁 鐵非磁性高硬度YHD50(HRC4247)二、 耐腐蝕性請翻至下頁聚氯乙烯類(polyvinyl chloride)、難燃樹脂、氟素樹脂、發泡樹脂等，均要求模具鋼材的耐腐蝕性。依耐腐蝕性等級排序時，則為HPM1®SUS440®SUS440J2®HPM38®PSL®HRNC。三、 鏡面加工特性光學用塑膠鏡片，大形透明覆蓋零件類以及彩色樹脂用於表現鮮明色色彩之射出成形時，都需要高度的鏡面加工特性。這種鋼材首先要求的必要條件是不允許發生氣泡的特性，因此鏡面加工用鋼料，通常多係樹脂成形用專用鋼材，而且係採用特殊溶解法製造而成。鏡面加工鋼材依等級排序時，則為HPM1®MPM17HPM31®HPM50®HPM38®YAG(光學鏡片用)。四、 預硬化型鋼料預硬鋼（調質鋼），在模具直接加工後即可使用，可以避免因熱處理時所發生的一切困擾。而且由於硬度分佈均一之故，鏡面加工及蝕紋加工時不容易發生不均之現象。預硬鋼若以鏡面加工特性予以等級排序時，則為HPM2®HPM1®HPM17®HPM50。五、 非磁性用磁性塑膠(成形時，由於射出成形作業中磁場對模具鋼料之影響，因此應選用非磁性特性之鋼料為宜，適當之鋼料有YHD50(HRC42-47)、(SUS304+氮化)等良好的非磁性及高耐磨損性。蝕刻加工所必要使用的鋼材請翻至下頁 施以蝕紋加工的製成品，從汽車到家電、化粧品、其他塑廣泛地被使用著。所使用的模具也由超大型至小型等種類繁多。此類蝕紋加工所使用鋼材的必要條件乃在於一品質的表面加工特性。 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。蝕刻加工用的鋼材特性條件有：一、 良好的淬火特性，可以獲得由外至內均一的熱處理硬度。二、 鋼材中所含一次析出碳化物粒子應當分布均勻且細小。三、 鋼材中偏析存在的非金屬介在物成分應保持最低限度，亦即鋼料應採用特殊溶解法之製造材料。四、 鋼料中應不存有快削之元素。或是調節快削成分元素及各合金成分之含量，以使快削之特性消失時亦可。 略述蝕刻加工鋼材之特徵：一、 HPM1（HRC40）一般來說，此材料最適用於皮革飾紋等之用，至於精密砂粒飾紋等特別要求均一性的加工，因含有快削成分元素之影響較為不利。二、 HPM2（HRC33）在需要皮革等一般性的蝕刻加工之通用形的樹脂模具上，皆可適用。但是由於含有快削成分元素之影響，亦不適於要求均一性的精密蝕刻加工。三、 HPM17（HRC33）最適於精密之蝕刻加工，所適用的製品範圍涵蓋最廣。四、 HPM50（HRC40）請翻至下頁屬於強化之塑膠模具之用，適於量產性之精密蝕刻加工，而且放電加工後之後處理亦相當容易，因此在適當程度的蝕刻精度上，可以直接利用放電加工時所得到的蝕刻，可以大大地減低飾紋加工之工時費用。五、 HPM38（SUS420+M0）屬於必須施以淬火之模具鋼材，硬度可達HRC5055，具優良之耐腐蝕性及鏡面加工性，適用於高精度、精密蝕紋加工之製品量產上使用。但是由於具備高耐蝕性之故，蝕紋加工之時間，比一般鋼材要花費較長之時間。照片（）即顯示HPM38飾紋的紋路情形。照片 HPM38飾紋紋路狀況六、 HPM31（SKD為基材）亦為淬火型之模具鋼材，硬度可達HRC5660，飾紋加工模具中，以使用此鋼料者最具耐磨損之特性，而且兼具優秀的蝕紋加工特性。需要耐蝕性之模具所必須使用之鋼材：請翻至下頁 聚氯乙烯樹脂以及家庭電器製品所使用的難燃性樹脂，或密合墊、電線絕緣套等所使用的氟素樹脂，或其它發泡性樹脂原料等等。塑料在射出成形時，常引發腐蝕性之氣體，都屬於易於在成型中引發腐蝕氣體的樹脂原料。這些樹脂原料所使用的模具腐蝕問題，便自然而然地發生了。 耐腐蝕最好的對策是使用不銹鋼料。最近則除了耐蝕性之外，更結合了耐磨損性、熱處理變形防止特性等考慮因素。下列，即概述兼具上述特性之鋼材特徵及其問題：一、 耐磨蝕性模具鋼材(一) PSL（參照圖及表二）PSLHPM 38SUS 420J2SUS 440CHPM 10501001502000 腐蝕量(依SUS 420J2為100)圖在難燃樹脂（ABS+聚氯混合樹脂）中之耐蝕性比較表二 在硫酸及鹽及酸中之耐腐蝕性較鋼 種腐蝕減量 () PSLHPM 38SUS 420J2SUS 440CSLDSCM 440 請翻至下頁這是在使用聚氯乙烯樹脂時，在耐腐蝕特性上最具效果的一種材。其耐蝕性，如圖所示比SUS 304，SUS420 J2，以及SCM 440加上硬鉻電鍍時都要良好，而且係具備硬度為HRC 40之以預硬性鋼材之故，無需施以熱處理。010203040500.51.01.52.0腐 蝕 減 量 ( )%SCM 440鍍鉻(HR 30) 試驗條件 腐蝕液：10%HCI 溫度：SUS 304SUS 420 J2 (HRC 30)PSL (HRC 40)浸漬時間 (hr)圖代表的樹脂模脂模具鋼料之耐蝕性(二) HRNC係屬於Ni基元素之合金鋼材，對於氟樹脂可以發生最高耐腐蝕特性及效果。 二、兼具耐腐性、耐磨損性及熱處理變形量小之鋼材(一) HPM 38這是於SUS420系不銹鋼材中，再加入特殊成分元素，並且利用特熔解法而製成來放良耐蝕性、耐磨損性及加強鏡面加工特性之鋼材。而且由於硬度在HRC50以上之故，可以減低因熱理變形梘而引起之變形現象。要求鏡面加工時必要使用之模具鋼材： 請翻至下頁光學用塑膠鏡片、大型透明覆蓋等必須具備透明特性的樹脂以及化粧品盒等使用具備色彩之樹脂等，都必須使用一些能夠加工得到鮮明表面或高度鏡面加工特性，再兼具適當的機械特性等模具鋼材。一、不利於鏡面加工特性之各種因素(一) 非金屬性介在物因特殊溶解法所製成鋼料中所存在的矽酸鹽、鋁、硫化錳等化學物都會給與鏡面加工特性不利之影響。改善之方法，可改用真空溶解法等特殊法來製造鋼料。 (二) 因熱處理而變為粗劣之組織及氣孔淬火用之鋼材，在加熱至淬火必要溫度以上而施以淬火冷卻時，即產生晶粒之粗化，而使組織形成粗大劣化之現象。使用這種熱處理後之鋼料，施以鏡面加工時，極可能產生縐紋狀等略為起伏狀態之表面。此時，若再加以熱處理產生脫碳時，則在施加鏡面加工時，將會發現氣孔現象。脫碳氣孔將分布於拋光之全體加工之鏡面上，無纖維狀態是其特徵之一。(三) 淬火組織之變化S50C、SCM3級之鋼料於淬火後，在鋼材表層及內部組織之間，有相當之差異的硬度分布狀態，因此很難在研磨時獲得均一之鏡面特性如圖所示。這種現象與特殊鋼料所不同的是，由於淬火性較差之故，使得鋼材心部（中心部）極易產生肥粒鐵及層狀的波來鐵之故。距中心距離 (mm) (300mm四方)圖斷面硬度分佈曲線 二、鏡面加工特性及材料鏡面加工特性，原則上雖然受到合金元素成分的多寡及模具鋼材硬度之影響，但基本上被施以高硬度處理之鋼材，較易達到鏡面性提高的要求。請翻至下頁鏡面特性之分辨可以由圖中，容易地加工區別，其中最佳鏡面特性的鋼材YAG，在光學鏡片的使用上最具備優良的性能。其次是，使用在泛用塑膠鏡片或影碟機，或光碟(雷射)唱盤中等高級鏡面需求的產品模具上的HPM38亦是極為優秀的鋼料。光學鏡片高靭性用 耐蝕用 鏡面用HPM 17HPM 2HPM 1HPM 50HPM 31HPM 38YAG耐磨損用精密熱處理用汽車家電用品一般模具鏡面用精密飾紋用33405060#14000800030001000鏡面加工 (砂粒編號)硬度 (HRC)圖4HPM系列鋼材的鏡面加工特性區分請翻至下頁而硬度高達HRC5660兼具耐磨損性及鏡面特性的HPM31鋼料，亦常用於安全帽上的護目鏡片以及汽車上大形的透明成品等特別要求表面平坦度等高精度的模具上。其他如HPM5用於家電用品中音響製品之防塵護蓋等大型模具之上；HPM17則可應用在大形透明用品之模具上。上述之鋼料都是利用特殊溶解法而製成的高品質材料，係特別針對鏡面加工性而防止發生氣孔為著眼而製造的。 三、機械性質及材料 如上述，通常要求鏡面加工之模具，多用於較高精度以上之製品使用。在射出成形的過程中，為了防止分模線的產生，亦有利用高壓鎖模的方法而成形者。因此上述的各種鋼料，亦都具備適度以上的機械性質。表三中顯示各種鋼料的機械特性，作為參考資料之用。表三機械性質之一例硬度(HRC)抗拉強度()降伏強度伸長率(%)收縮率(%)4033333952531281081051191952051119592112140195182021111310445152343548何謂具備快削性的模具用鋼材：請翻至下頁 近年來由於塑膠模具已逐漸應用在類似汽車、家電器具、事務機器等大型製品上，因此在需求增加而導致模具鋼材，除了要求縮短進貨期限以外，並要求減少熱處理上的工時，結果導致預硬鋼材的大量使用。但是如果使用現有普通構造用鋼時，當施以預先硬化熱理而達到HRC3040以上時，則必大大地減少低其被削性，結果導致加工工時的提高。 施以預先硬化處理的快削性鋼材，有耐磨型的FDAC(SKD61級)、高度磨光、高級預硬化鋼的代表鋼種HPM1(HRC40)，快削性的一般泛用模具用HPM2(HRC33)等已級認定為優秀之鋼料。 圖所示，代表HPM1、HPM2、S50C、SCM440、SKD61 等材料在使用端銑刀(end mill)加工時之被削性。以下簡述快削鋼材中的FDAC、HPM1、HPM2。外緣磨損程度 ( )mm 切削長度 (mm)圖利用端銑刀顯示被削性快削鋼材一、 FDAC （預硬化鋼）請翻至下頁這是以DAC(SKD61)為基材的快削鋼，是屬於預硬化性在HRC40以上的鋼種，具備高度的機械性質，適用於要求高靭性、耐磨損性的模具上。二、 HPM1（預硬化鋼）這是以DAC(SKD61)為基材的快削鋼，是屬於預硬化性在HRC40以上的鋼種，具備高度的機械性質，適用於要求高靭性、耐磨損性的模具上。三、 HPM1（預硬化鋼）在表四所示，顯示其HRC在40度以上，工具壽命卻較SCM更佳。HPM1之機械性質如表一所示。比S50C、SCM440更具強度。用以製作之模具，可以使用高壓鎖模成形的方法。因此模具在分模線處的磨損度較低，可以達到無毛頭射出成形的目的。 其他兼具高級磨光的特性，高級飾紋的加工特性、良好的放電加工性、熔接性以及氮化熱處理特性。整體上具備均一優秀之機械特性，可以應用在各種廣泛之應用上。表四 各特性之比較(以S50C為100時的指數)HPM1HPM2S50CSCM440熱 處 理預硬化預硬化退火退火淬火回火硬度(HRC)耐壓強度耐磨耗慌性4017020033145160201001002010010530130120四、 HPM2（預硬化鋼）是為硬度在HRC33之預硬化鋼，是改良SCM鋼材之淬火性、耐磨損性(參照表四)，然後再加入提高切削性(快削性)的元素成分而製成的快削鋼。被削性可以比美S50C，而比SCM要提高30%之切削效率，在塑模具內所用的鋼材中，顯示最高的被削性。請翻至下頁最大的用途是應用在日用雜貨、玩具、電視外殼等大形的塑膠製品之上。此外，因為具備高度的快削性、機械性之故，更被利用在模具承板及模具之背板之上，廣泛應用於各種模具上。鋼料表面處理之種類及其特性：請翻至下頁 隨著最近樹脂材本身高強度化、耐熱化等特性長足的進步，模具鋼料則更被要求比以往更高的耐磨性、耐蝕性，但是。由於要在耐磨性及耐蝕性達到兩全其美的境界，仍舊非常困難之故，最終的作法，只好依靠合併使用表面處理的方法。很幸運的是，最近的表面處理技術顯示飛躍的進步，種種表面處理上的技術問題，如耐磨性、耐蝕性、耐氧化性、密著性、因表面處理加熱引起的變形、耐燒焦性、耐疲勞強度等已逐漸地被解決。 表五顯示表面處理法之種類，碳化物皮膜鍍膜處理法之比較，表面處理之硬及硬化深度等表面處理方法之特性比較。表五表面熱處理的方法分類表面處理法供給物形成層化學的方法廣散滲碳固體滲碳、氣體滲碳、離子滲碳、氯酸鹽滲碳、真空滲碳。C碳化物+擴散層氮化氣體氮化、氣體軟氮化、氯酸鹽化、離子氮化。N氮化物+擴散層滲碳S硫化物滲硫氮化硫化法S+N硫化物+氮化物水蒸氣處理O氧化物滲硼滲矽滲鋁滲鉻粉末法，塗附法溶融氯化鹽浸漬，溶融氯化鹽電解BSiAlCr硼擴散層矽擴散層鋁擴散層鉻固溶體溶融氯酸鹽法(厚膜)(TD程序)金屬碳化物表五表面熱處理的方法（續）物理的方法蒸 著化學蒸著(CVD)金屬鹽碳酸氣+氮氣氧氣碳化物氮化物氧化物電 鍍電氣鍍膜，無電解鍍膜金屬電鍍金屬層蒸 著真空蒸著噴射法離子鍍膜(PVD)活性化反應蒸著反應性噴射高週波噴射RF離子鍍膜HCD離子鍍膜金 屬碳酸氣+氮 氣氧 氣碳化物氮化物氧化物放電硬化浸透處理WCWC+擴散層溶 射氣體溶射、電弧溶射、電氣溶線溶射、粉未溶射。金屬、碳化物、氧化物金屬、碳化物、氧化物鍍 金金屬混合物離子注入金屬合金層表面熱處理高週波淬火、火焰淬火、電射淬火硬化層一、 表面處理方法之種類現在，較被採用於塑膠模具上鋼材的表面處理方法以屬於擴散法的氮化表面處理，及溶融鹼性槽浸透法為主。其他如物理的蒸著鍍模之PVD法及化學蒸著鍍膜的CVD法也漸漸被採用。二、 碳化物皮膜處理法之比較請翻至下頁溶融氯化鹽法，CVD，PVD之表面皮膜處理法之比較如表所示。三、 表面處理之硬度及硬化深度 基本上使用浸透處理法所得到的多為較低硬度之表面。但是硬化深度卻較深。相反的，蒸著處理法之硬度較高，但硬化深度卻較淺。（如圖）四、 表面處理方法之比較請翻至下頁塑模鋼材表面處理之結論如表七敘述一般，對於需要良好耐磨損，耐腐蝕等塑膠模具，以碳化物被覆的處理法較為適當，而一般耐磨損，一般耐腐蝕的塑膠模具來說則可以使用通常採用的氮化表面處理法。表七 碳化物被覆處理法之比較溶融鹽法CVDPVD方法處理溫度8001100°C8001100°C600°C以下處理時間28hr13hr約1hr被覆物質VC，NbC，Fe-Cr碳化物、氮化物氧化物、硼化物碳化物、氮化物氧化物、硼化物被處理材形 狀複雜形狀可複雜形狀可對蒸發源言，陰極部份無法產生著之作兼用化學成分銅(0.3%C以上)低融點物質不同玻璃、非鐵等均可後處理可處理並同時淬火，高速鋼要再淬火再回火。必須再淬火再回火(工具鋼使用時)高速鋼處理後即可使用。不必高溫回火(500°C以上)之鋼種需要再淬火再回火。變 形小徑材 ±5m大徑材 ±10m(有熱理處變形)±35m(有熱處理變形)很少被覆模特性膜 厚數m10數m數m數mm程度A數m硬 度HV1000以上(依鍍膜物質而不同)HV1000以上(依鍍膜物質而不同)HV1000以上(依鍍膜物質而不同)密 著 性良好(有擴散層)良好(有擴散層)密著性仍有不安定之現象 請翻至下頁對於精密耐磨損，耐蝕型的塑膠模具，可以使用PVD表面處理方法，但是對於一些在射出成形時局部感受大熱量之沖擊時的大型模具，由於模具構造複雜之故，於鎖模時，在合模線上極易產生偏負載而發生應力集中的現象。此種狀況，以使用浸透處理法或CVD方法較佳。00.20.44000300020001000碳化物被膜處理放電硬化滲硼處理 浸 透硬度 ( )HV硬 化 深 度 ( mm )圖各種表面處理法之硬度及硬化深度之關係表八 各種表面處理方法之特性比較 處理法特性氮化碳化物被覆浸硼電鍍鉻浸透溶融鹽CVDPVD耐磨損性¡¤PPP¡¡¤¡耐燒焦性¡¤PPP¡¡¡¤¡靭性5¤¤¤5¤¤疲勞強度P¤5¤5¤5¤¤5耐熱性¡¡¤¡¤¤¤5¤¤耐蝕性¡¤PPPP¡¡耐剝離性P¡¡¤¡55熱處理變形¡55¡5PP形狀、大小之限制¡¡¡5¡¡P請翻至下頁進行測驗 (P最佳，¡良好、¤普通、5不佳)學習評量二：請翻至34頁校對你的答案一、 能查表得知一般ABS塑料所使用的模具材料為何？有哪些適用的模具材料？二、 能查表得知一般鏡面用壓克力有哪些適用的模具材料？三、 能查表得知一般為防止材料導磁，適用的防磁材料有哪些？四、 蝕刻加工的鋼材特性有哪些？請翻至下頁學習評量二答案：一、 經查表一得知： 一般用HPM2、 HPM1、 FDAC、DAC、HPM31。蝕紋用HPM2、 HPM1、HPM17、 HPM50。混入玻璃纖維可塑性，熱硬化性樹脂用HPM1、DAC、HPM31、SLD、 HAP、UL規格用(添加難燃劑型等) 用PSL、HPM38假如你的答案與上述重點相類似，請翻至第35頁，假如你的答案沒有相類似，請翻回第13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35頁繼續學習。二、 鏡面加工鋼材依等級排序： HPM1®MPM17HPM31®HPM50®HPM38®YAG(光學鏡片用)三、 適當之鋼料有YHD50(HRC42-47)、(SUS304+氮化)等良好的非磁性及高耐磨損性。四、 蝕刻加工用的鋼材特性條件有：(一) 良好的淬火特性，可以獲得由外至內均一的熱處理硬度。(二) 鋼材中所含一次析出碳化物粒子應當分布均勻且細小。(三) 鋼材中偏析存在的非金屬介在物成分應保持最低限度，亦即鋼料應採用特殊溶解法之製造材料。(四) 鋼料中應不存有快削之元素。或是調節快削成分元素及各合金成分之含量，以使快削之特性消失時亦可。本教材的第三個學習目標是：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39頁作測驗。假如你需要更多學習的話，請翻至第36頁。非鐵金屬模具的材料、特性和用途： 非鐵金屬模具由材料面看來有鋅合金、鋁合金、鎳合金、鈹銅等，製作方法則有精密鑄造、壓力鑄造、熔射、電鑄、切削加工等。無論那一種都須由製品諸條件選擇適當的材料與加工法，這些都是能擴大非鐵金屬模具的用途及發揮其特性的種要因素。一、 鋅合金模具鋅合金模具的製作法有精密鑄造（石膏鑄造、陶瓷鑄造）、由素材切削加工 （不需要模型的形狀）及利用鑄造與切削加工