CNC 加工塑料模具销

• 1
  这些销在模具内部的作用
• 2
  CNC 加工塑料模具销的工艺过程
• 3
  选用哪种材料与硬度更耐用
• 4
  配合、间隙与公差分配
• 5
  什么情况下不宜用 CNC 加工销
• 6
  按应用选择销的类型

塑料模具销是圆柱形的钢制或硬质合金零件，作用是把冷却后的制件从型腔中顶出，或者在树脂流动时保持孔位。销的外形像一根销轴，但它的任务并非如此。它每天要滑动数千次而不发生咬合，还必须保持模塑件所依赖的直径。

三类销覆盖了大部分用途。顶针把制件从型芯上顶出。型芯销用于成型通孔、凸台和较深的小内孔，这些孔在模具中铣削会太深。导柱和导向销保持两半模具对中，避免型腔与型芯相互摩擦而闭合。

共同点是每根销都在一个按微米级间隙加工的内孔中运行，并且要在数百万次行程后仍保持该配合。表面处理、直线度和硬度决定这一点能否做到，仅靠直径不够。

生产模具中的销尺寸通常为 Ø1 mm 至 Ø25 mm，长度可达约 300 mm。超出该范围通常要考虑套筒、型芯镶件或机加工柱，工艺也随之改变。

大多数销从棒料开始，在 CNC 车床上车削。先粗车杆部，成形头部或台肩，工作直径留 0.2–0.4 mm 余量供磨削。如果销带有法兰或退刀槽，车铣复合中心可一次装夹完成头部和杆部的加工。

仅靠车削无法达到这类零件所需的公差。精密销通过外圆磨或无芯磨完成终加工，直径和圆度不受车床影响。±0.005 mm 的精度和每 100 mm 几微米的直线度就来自这里。

热处理位于两道工序之间。整体淬火工具钢先淬火，回火后再磨削，以免成品尺寸因变形而损失。渗氮销先磨削、最后渗氮，因为渗层会增加几微米，之后无法再切削。

对于 Ø3 mm 以下的销或带台阶轮廓的销，配备 Ø400 mm 转台的五轴联动加工中心可一次装夹完成车削和杆部退刀。装夹次数越少，头部与工作端失去同轴度的机会就越少。

表面处理按功能选择，不按外观选择。滑动顶针通常做到 Ra 0.2–0.8 μm，以保持润滑膜并抵抗咬合。只用于成型塑料的型芯销可保持在 Ra 0.8–1.6 μm。

模具销分为三大材料类别。整体淬火工具钢覆盖大多数顶针和型芯销。表面硬化钢种适合渗氮，能在硬表层下保持韧性芯部。不锈钢种用于树脂具有腐蚀性的场合，例如 PVC 或含卤阻燃剂。

硬度才是关键决策。太软的销会在硬质内孔中磨成椭圆。太硬的销会在顶出板撞击的头部崩裂。大多数生产用销热处理后硬度落在 58–62 HRC 范围，头部通常略软。

对于玻纤增强 PA 或 PBT 等磨蚀性填充树脂，标准工具钢的工作端在几十万次循环内就会磨损。硬质合金或经渗氮、涂层的销寿命更长。代价是成本，以及脆性销在热模内断裂的风险。

420 和 440C 不锈钢常用于医疗和食品接触模具，因为它们耐腐蚀并能承受频繁清洗。它们在淬火前加工性良好，但热处理时变形更大，需在余量中预留。

如果销在干燥、高循环工况下运行，硬铬或化学镍层可降低摩擦。我们工厂在精加工工序中应用这两种镀层，并控制镀层厚度，使最终直径保持在公差内。

销的性能取决于它运行的内孔。内孔通常铰削或线切割到比销本身更紧的公差。如果两者都做到 ±0.005 mm，在计入热膨胀之前，最坏情况间隙就可达 0.01 mm。

模具温度会改变这些数值。在某些设计中，200 °C 下的钢销比周围模板膨胀更多，在另一些设计中则更少，取决于模板材料。对于长度超过 150 mm 的销，应在工作温度而非室温下核算膨胀量。

排气是配合的一部分。如果空气无法从销旁排出，销就像活塞一样，要么拖慢顶出行程，要么把一团滞留气体吹入制件。在销杆上磨一个小平面通常就够了。

头部与工作直径之间的同轴度比大多数图纸所体现的更重要。头部偏心会使顶出板受力不均，并在每次行程中使销弯曲。这是迟早会发生的疲劳失效。

在 Ø6 mm 的销上，直径误差 0.01 mm 约为尺寸的 0.17%。在 Ø1.5 mm 的销上，同样的误差为 0.67%。小销对工艺控制的要求按比例更严，因此单件成本更高。

CNC 车削和磨削在小批量、非标尺寸以及目录无法供货的带特征销上占优。当几何形状为简单圆柱且数量很大时则不划算。目录中的标准 Ø5 × 150 mm 顶针，价格低于加工一件所需的装夹时间。

很长很细的销是另一个薄弱点。Ø2 mm、长 300 mm 的销，无论切削多轻，都会在切削力下让刀。无心磨削有帮助，但毛坯仍须先车削。小于 Ø1 mm 时，考虑线切割或购买磨到尺寸的毛坯。

带复杂头部、螺纹或横孔的销值得加工，因为替代方案是多件装配，而装配本身有其失效模式。单件加工销消除了接合处，而接合处正是疲劳裂纹的起点。

当孔可由型芯本身成形时，模具销也不是正确答案。如果特征是低产量零件上的通孔，加工型芯柱更简单，并消除一对磨损副。

最后，表面处理无法弥补配合不良。如果内孔不圆，给销镀层只是转移问题。先修内孔，再决定涂层。