注射模具材料选择：铝合金 VS 铜合金

本节介绍在制造注射模的铝合金和铜合金。与铜和铝合金相比，铸造锌合金的熔点最低（390℃），能方便铸造模具零件。尽管锌合金的力学性能接近铝合金，但锌合金模具的工作温度低于150～170℃，而且易腐蚀和蠕变，不能长期使用，只能用于可小批量生产的吹塑和热成型模具。铝合金在低温低压的注射模具制造中应用得较多。铍青铜已经广泛用来制造注射模中的传热零件。

1.铝合金

纯铝加入镁、锌、铜和硅等合金元素，又通过固溶强化和时效强化等方法，提高其强度和改善铸造性能。国内外已选用铸造铝合金来制造反应注射模具。

（1）铝合金的分类和特性 根据铝合金的化学成分和生产工艺，分成变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金按性能又分成防锈铝合金、硬铝、超硬铝和锻造铝四种。这四种铝合金的代号分别用LF、LY、LC和LD字母和顺序号组成。铸造铝合金按加入的主要合金元素，分为Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Zn等合金。又用铸造ZL和三个数字来表示。如ZL101、ZL201、ZL301和ZL401等，依次是铸造铝硅合金、铸造铝铜合金、铸造铝镁合金和铸造铝锌合金。

铝合金的密度小、熔点低，加工性和导热性能优于钢，用来铸造聚氨酯反应注射模具、聚苯乙烯发泡模。铝合金的不足之处是高温强度低，且高温下模具的形状和尺寸不稳定。由于热导率比钢高，使模塑成型的周期缩短，用来制造低温、低压的注射模。

（2）铝合金和热处理

1）ZL101为热处理强化的铝-硅-镁系铸造铝合金。含Si（质量分数）6.5%～7.5%，含Mg0.20%～0.40%，余量为铝。熔体有优良的流动性，铸造方便。铸件气密性强；热裂和疏松程度低；又具有良好的耐腐蚀和焊接性能。其力学性能和热处理工艺详见表4-22和表4-23。

表4-22 ZL101合金的力学性能

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注：S—砂型铸造；R—熔模铸造；J—金属模铸造；B—变质处理；F—铸造状态；T—热处理状态（见表4-23）。

表4-23 ZL101合金的热处理工艺

2）LC9铝锌镁铜系列的高强度变形铝合金，含Zn（质量分数）5.1%～6.1%，含Mg20%～30%，含Cu12%～20%，含Cr0.16%～0.30%，余量为铝；经固溶处理，加热温度460～475℃，约80℃水冷，有390～530MPa的拉伸强度；经时效处理，加热（140±5）℃、16h，有良好的抗应力腐蚀的性能；长期使用温度不超过125℃；温度升高时，LC9铝合金的强度下降；以棒或板供货，用来制造需加快热传导的注射模零件。

2.铜合金

铜合金分成黄铜、青铜和白铜。黄铜是以锌为主的铜合金，以字母H表示。青铜是以锡、铍、锆、钛为主要合金元素的铜合金，以Q表示。白铜是以镍为主的铜合金，以B表示。铍青铜是以铍为主的青铜。

铍青铜有良好的导热性，又有足够的强度和硬度，可以制造注射模的成型零件，常用来制造型芯和镶嵌件，改善导热性能，提高注射模的冷却效率。铍铜零件表面可电镀铬，镀层10～20μm，提高防腐、耐磨性能。但铍铜合金弹性模量比较低，热膨胀系数大，零件在高温、高压下易变形，成型尺寸不稳定。铍青铜在机械切削加工时，要避免切削表面过热，温度超过290℃，会产生表面硬脆现象，切削时要确保优质乳化液供应，保证冷却效果。

铍青铜CuBe，铍含量为1.9%～2.2%（也可表示为CuBe2），含钴量为0.35%～0.65%，密度为8.3g/cm³。它以冷轧和铸造方式供应。冷轧CuBe坯料需经时效处理。选370～430℃保持温度3h，加热温度从低到高，获得硬度从高到低42～38HRC，如果以330℃加热3h，得到硬度44HRC以上，会使材料的脆性增大。在最佳的热处理工艺下，CuBe有拉伸弹性模量E=131GPa，拉伸强度σ_b=1275～1480MPa，屈服极限σ_S=1140～1380MPa，热膨胀系数17.5×10^-5℃^-1，热导率115～130W/（m·K）。另一种铸造CuBe，在铸造厂经固溶处理（600～800℃、3h），再用10～100℃的水淬火，有38HRC硬度，拉伸强度σ_b=1100～1150MPa。另一种铍青铜为CuCoBe，有较高的含钴量，密度为8.78g/cm³，热导率高达210～260W/（m·K）。