模具钢材的原因失效分析解答

由于各类模具钢材本身的特性不同，所处的加工条件不同，热处理方式不同，所加工的产品材质，类型，批量不同，对模具表面的要求不一样，因而其失效形式是多种多样的，原因也是形形色色。往往客户在加工及使用过程中碰到模具失效，首先抱怨的是原材料有问题，其实LKM每月收获并处理的钢材投诉约为50-80宗，但经理化测试和缜密分析得出结论：真正投诉成立，属于原材不良（如材料疏松/偏析/夹层/原材裂纹等）的各案只占总投诉的10%---20%。绝大多数模具失效的原因往往关乎模具的设计，加工，热处理，使用甚至选材不当。

 

Part I. 失效形式的分类

 一般而言，可将模具钢的失效分为五类：

1）塑料模具的失效：常见的失效形式有——抛光不良/皮纹效果差/开裂/腐蚀/咬合/变形/擦花/磨损/困气/散热不足等

2）压铸模具的失效：常见的失效形式有——热龟裂/侵蚀/整体破裂/塑性变形等

3）冷作模具的失效：常见的失效形式有——磨粒磨损/粘着磨损/崩角/塑性变形/爆裂等

4）热处理的失效：常见的失效形式有——翘曲变形/表面脱碳/过热过烧/淬火裂纹等

5）模具加工的失效：常见的失效形式有——机加工错误/磨削裂纹/EDM开裂/WEDM开裂/WEDM或EDM后出现黑点（腐蚀点）/焊接开裂等

 

Part II.塑料模具钢的失效

由于LKM的钢材销售对象中，塑料模具钢用家占绝大多数，故下面详细介绍塑料模具钢的失效原因和应对措施。

 

第一类、抛光不良（表现形式有）：

1．.光洁度不足（可能原因及应对措施见下表1）

表1抛光问题——光洁度不足
可能原因	应对措施	实例
材质不良	选择优质材料	国产P20 VS FINKL P20HH
选材错误	选择合适材料	NAK80 VS S-STAR
抛光不良	正确的抛光方法	正确的抛光工艺/抛光程序/抛光环境/抛光设备和磨料

 

2．针孔

抛光出现针孔，通常的反应是：材料有砂窿（孔）。其实针孔的成因一般与抛光过度有关，如客户的某一道抛光工序所花时间太长及抛光轮转速太快，抛光工具会将钢材中的微小粒子（如氧化物和碳化物）从材料中拖出来，从而在模具表面留下孔洞。针孔的形态规则，呈圆形或（椭圆形），并带有拖尾；而材料砂孔属于原材料冶金缺陷，是在炼钢时形成的，多为不规则形状并有向四方的分叉（树枝状），孔内还有一些黑色的熔渣。应对措施是掌握正确的抛光时间和抛光工艺，同时尽量选用作过VAR（ESR）的钢材。

3．料纹

抛光出现料纹有两种可能性，一是底纹未清，这类纹路往往较连续和平直，显微镜下观察与钢材表面在同一个平面，采取的应对措施是每一道抛光工序一定要将上一道抛光痕迹彻底去除后才能进行下一道工序。另一个可能原因是材料碳化物（或硫化物）偏析，这类纹路往往是断续和不规则的，凸现于钢材表面，应对措施是选用优质的，锻压比大，杂质含量低的钢材。

4．硬点：成因通常与电火花加工后白层未完全去除有关，可通过去应力回火/退火或调整EDM工艺（用高频率，低电流进行EDM加工）

5．橙皮纹：成因通常与错误的抛光手法（用力不均或用错抛光工具）或钢材表面脱碳致使表面硬度不均匀有关，多见于预硬料中，应对措施是采用正确的抛光工艺及真空热处理。（如由于材料是大料心部开出的，模具表面硬度可能不均匀，则可通过回火来改善。）

第二类、开裂（可能原因及应对措施见下表2）

表2  开裂
可能原因	应对措施	实例
设计不当	改良设计	加强壁厚/冷却水道离R位不可太近
韧性不够	选择高韧性材料	NAK80 VS MEK4
EDM白层太厚	改善制模工艺	使用前将EDM白层全部去除/去应力回火/EDM结束前用较小电流结束放电

 

第三类、咬合

相同材料制成的模具部件在磨擦时会产生咬合现象，可通过采用不同种材料制成上下模或通过表面处理及喷砂来解决这一问题。

第四类、腐蚀

腐蚀来源可能是潮湿的生产环境或塑料（如PVC/PMMA/PA等）及添加剂（如阻燃剂）加温时放出酸性气体。可通过使用不锈模具钢及表面镀铬或PVD防锈涂层，同时必须保持啤塑环境通风干燥等措施来解决该问题。

第五类、擦花（可能原因及应对措施见下表3）

表3   擦花
可能原因	应对措施	实例
模具硬度不足	采用通硬材料	S136H VS S136
模具材料不能耐受较高的模温	采用能高温回火的材料	S136 VS 236（啤塑PMMA）
锁模力不足	采用合适的注塑机	80T注塑机 VS 100T注塑机

第六类、困气：塑料模具接合时气体被困而影响产品成形，可通过采用模拟软件改变设计（成本较高）或选用透气钢做镶件（较简便易行）来解决困气问题。

 

第七类、散热不足：模具厚薄不一，热量难以带走，影响产质量量及增加生产周期；应对措施有：改良冷却水道设计或采用Be-Cu或合金Cu作镶件。

第八类、磨损（可能原因及应对措施见下表4）

表4   磨损
可能原因	表现形式	应对措施
PC，PMMA及塑料填充剂（玻纤）流动	产品表面失去光泽，皮纹变光滑	选用耐磨性佳的模具钢
脱模斜度不足	拔模面拉花（起线）	增大拔模斜度
型芯或滑块的摩擦	浇口部位严重磨损	型腔做表面氮化或PVD涂层

 

第九类、变形：当模板的屈服强度小于锁模压力时易发生永久变形，可通过提高材料硬度来改善。另一可能原因是设计不良，应对措施是更改设计。

 

第十类、皮纹效果差（可能原因及应对措施见下表5）

表5  皮纹效果差
可能原因	应对措施	实例
EDM白层的影响	改善加工工艺	蚀纹前将EDM白层彻底去除并进行去应力回火
材料硬度均匀性不够	通过热处理使材料表面硬度达到一致	P20类较大尺寸材料须于蚀纹前进行去应力回火
材料含硫量高	采用低硫含量的纯洁钢材	NAK55 VS NAK80

 

Part III. 业务员面对钢材投诉时该怎么做

以最常见的抛光问题为例：如一件S136模具经过机加工     EDM加工    热处理EDM清角抛光，结果抛光质量不佳，客户非常生气，立即向龙记投诉，抛光问题关乎的因素很多，营业员到场起码须做到以下步骤：

1．确认该料是否为LKM所售？

2．查看有问题的模具，弄清楚是属于哪一类抛光问题：抛光有纹/抛光有点/或其它？

3．具体了解其EDM加工方式和加工部位

4．具体了解其热处理方式，热处理硬度，在何处做热处理？

5．具体了解其抛光手段，是发外抛光还是自己抛光？机抛或是手抛？抛光该模花多长时间？若为自己抛光，请尽可能了解其抛光程序和抛光环境，抛光工具和磨料等细节。

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