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1簡(jiǎn)介

由此，國(guó)內(nèi)對(duì)專(zhuān)用塑料模具用鋼進(jìn)行了研制，并獲得了一定的進(jìn)展。我國(guó)已有了自己的專(zhuān)用模具鋼系列，已納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有兩種，即3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo，納入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的已有20多種，已在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用十多種新型塑料模具鋼，初步形成了我國(guó)塑料模具用鋼體系。

2特點(diǎn)

1. 塑料模具用鋼涵蓋廣泛，從普通鋼材到專(zhuān)用鋼材都有。這在塑料模具初期更加明顯，如今已日趨正規(guī)和。專(zhuān)門(mén)用鋼已自成體系，模具用鋼的化學(xué)成分和合金工具鋼的基本相同，但其冶金質(zhì)量更高，加工精良，對(duì)熱處理有利。

2. 塑料模具鋼性能要求嚴(yán)格，熱處理難度大。

3. 為避免模具零件在強(qiáng)韌化過(guò)程中的變形或其他熱處理問(wèn)題，模具鋼以預(yù)硬化形式供應(yīng)市場(chǎng)已較普遍。

4. 以石化產(chǎn)品為原料的塑料制品，某些度不同的腐蝕性，所以耐蝕鋼應(yīng)用也較多。

5. 配合預(yù)硬化鋼、非調(diào)質(zhì)剛的應(yīng)用，易切削性也是塑料模具鋼的特點(diǎn)。

3開(kāi)發(fā)應(yīng)用

1. 發(fā)展易加工、拋光性好的材料

隨著光盤(pán)、磁盤(pán)、棱鏡等精密件的生產(chǎn)，對(duì)易加工鏡面鋼的要求增加。這種鋼含非金屬雜質(zhì)少，金相組織細(xì)致均一，沒(méi)有纖維方向性。它是塑料模具鋼材的主要發(fā)展方向。

2. 耐蝕鋼

模具在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)和保持過(guò)程中，容易生銹受蝕，而且隨著塑料成型中添加各種成分，模具更容易受蝕。因此要求提高母材機(jī)體的耐腐蝕性能，開(kāi)發(fā)了一些耐蝕不銹鋼材。

3. 馬氏體時(shí)效合金鋼

這種剛才具有足夠的力學(xué)性能和突出的工藝性能，特別是有較高的強(qiáng)度、韌度、耐磨性、低的熱膨脹系數(shù)，是制造注塑模的好鋼材，但是價(jià)格貴。

4. 硬質(zhì)合金

主要用于制作壽命要求很高，制件生產(chǎn)批量大的模具。

4合理選擇

隨著塑料制品在工業(yè)及日常生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,塑料模具工業(yè)對(duì)模具鋼的需求也越來(lái)越大。在塑料成型加工中,模具的質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的保證作用是不言而喻的。塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向發(fā)展,對(duì)塑料模具鋼的性能的要求越來(lái)越高,塑模鋼的性能應(yīng)根據(jù)塑料種類(lèi)、制品用途、生產(chǎn)批量、尺寸精度和表面質(zhì)量的要求而定。

影響塑料磨具鋼選擇的因素

塑料模具的零部件分為兩大類(lèi):一類(lèi)為結(jié)構(gòu)件,包括澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向件、頂模板、頂出機(jī)構(gòu)、支承件等;另一類(lèi)為成型件:包括型腔、型芯、嵌鑲件等。其中類(lèi)零件可按機(jī)械零件的要求進(jìn)行強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),材料一般選用中低碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼和碳工鋼。而成型件由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,要求工件的尺寸精度高,表面粗糙度值低,接縫密合性好,對(duì)模具材料的力學(xué)性能、耐磨性及加工工藝都提出了專(zhuān)業(yè)要求。

1.1 模具的主要失效形式

由于模具的工作溫度較高,壓力較大,有的塑料材料易于與模具表面發(fā)生磨損和腐蝕作用,有時(shí)還會(huì)受到脫模帶來(lái)的####和碰撞。其主要失效形式有以下三種。

1.1.1 表面磨損

由于塑料中增強(qiáng)樹(shù)脂填料,對(duì)模具型腔表面產(chǎn)生沖刷、磨損和腐蝕作用,從而影響到模具型腔表面粗糙度值升高,尺寸超差。

1.1.2 變形

模具局部產(chǎn)生塑性變形,導(dǎo)致表面發(fā)生凹陷、皺紋、麻點(diǎn)和棱角堆塌等損壞。

1.1.3 斷裂

由模具局部應(yīng)力集中導(dǎo)致的斷裂現(xiàn)象。

1.2 模具的制造和使用要求

塑料模具對(duì)材料在強(qiáng)度和韌度上的要求低于冷作模和熱作模,根據(jù)其失效形式和工作要求,其基本性能要求歸納為:

1.2.1 足夠的耐磨性

由于表面磨損是模具的主要失效形式之一,因此模具應(yīng)當(dāng)有足夠的硬度,以保證模具的耐磨性,保證模具的壽命。通常需要選擇合適的材料和恰當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒▉?lái)滿(mǎn)足硬度的要求。但當(dāng)硬度達(dá)到一定值時(shí),硬度對(duì)耐磨性的提高作用就不明顯。

1.2.2 減少熱處理變形影響

由于注塑零件形狀往往比較復(fù)雜,塑料模具在淬硬后很難加工,有時(shí)甚至無(wú)法加工。為了提高硬度,必須進(jìn)行熱處理。要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)減低熱處理變形的影響,對(duì)于必須在熱處理后進(jìn)行加工的模具,應(yīng)選用熱處理變形小的材料。

1.2.3 優(yōu)良的切削加工性能

塑料模具的制造中切削加工成本常占大部分,為了延長(zhǎng)切削刀具的使用壽命,保證加工表面質(zhì)量,要求模具材料具有良好的切削加工性,對(duì)于預(yù)硬性材料,要求淬火后也有好的加工性。

1.2.4 良好的拋光性能和刻蝕性

為獲得高品質(zhì)的塑料制品,模具內(nèi)型腔的表面必須進(jìn)行拋光以減小表面粗糙度值,為了保證模具具有良好的電加工性和鏡面拋光性,花紋圖案刻蝕性,模具鋼應(yīng)當(dāng)是材料的純潔度高,組織細(xì)微、均勻、致密,無(wú)纖維方向性。

1.2.5 良好的耐腐蝕性能

注塑PVC或加有阻燃劑等添加劑的塑料制品時(shí),會(huì)分解出具有腐蝕性的氣體,對(duì)模具的表面有一定的化學(xué)腐蝕作用,制作這類(lèi)模具時(shí),應(yīng)選用具有一定抗腐蝕能力的鋼材。

常用模具鋼的類(lèi)別及特性

2.1 滲碳鋼

滲碳鋼由于退火后的硬度低、塑性好,可以采用冷擠壓法成型,從而提高工效,減低成本。擠壓復(fù)雜型腔時(shí),退火后的硬度小于100HBS;擠淺型腔時(shí),小于160HBS,擠壓成型后,經(jīng)滲碳、淬火和回火處理,表面硬度為53～62 HRC。達(dá)到表面耐磨性高,心部韌性好的要求。08Cr4NiMoV（LJ）是國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的冷擠壓成型專(zhuān)用鋼,具有成型性能優(yōu)良、滲碳層深、熱處理變形小、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)。其淬火處理的佳溫度是850℃,回火溫度可視模具工作條件選擇。

2.2 調(diào)質(zhì)型模具鋼

工藝要求是在完成模具機(jī)械加工后,再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,使模具達(dá)到較好的綜合機(jī)械性能。一類(lèi)是45、55等碳素鋼,適宜于形狀簡(jiǎn)單或精度要求不高、使用壽命不長(zhǎng)的模具?？梢赃x用SM45、SM55等塑料模具專(zhuān)用鋼（YB/T094—1997、YB/T107—1997、YB/T129—1997）,此鋼材的純凈度好,力學(xué)性能穩(wěn)定。另一類(lèi)是合金鋼,可以在調(diào)質(zhì)后進(jìn)行碳氮共滲,進(jìn)一步提高耐磨性和抗蝕性。其中:40 CrMo有良好的低溫####韌度和低的缺口敏感性,適于制作中型模具。42 CrMo屬于高強(qiáng)度鋼,且有較高的疲勞極限,低溫####韌性好,適于制造要求一定強(qiáng)度和韌性的大、中型塑料模具。38 CrMoA1是典型的滲碳鋼,調(diào)質(zhì)后滲氮處理,表面硬度高（大于850HV）并具有一定的抗蝕性。適用于PVC,PC的塑料模具。此外5 CrNiMo、5 CrMnMo等熱作模具鋼,在塑料模具中主要用于使用溫度較高,耐磨性要求高的模具,如熱固性塑料模。

2.3 預(yù)硬性塑料模具專(zhuān)用鋼

可以直接使用已經(jīng)預(yù)硬處理的模塊、扁（下轉(zhuǎn)第192頁(yè)）（上接第91頁(yè)）鋼進(jìn)行加工,避免了加工后再熱處理所造成的各種缺陷,從而提高了模具的制作精度,同時(shí)縮短了制作周期。塑料模具鋼的主流品種,可以劃分為一般型和易切削型以及非調(diào)質(zhì)型等幾類(lèi)。

模具鋼的選用及熱處理

塑料模具的制作成本中,加工和拋光占到了70%～80%,因此在選用模具材料時(shí),應(yīng)在保證模具使用性能要求的同時(shí),盡可能地提高其加工工藝性能。其選用方法可按以下方式進(jìn)行。

（1）根據(jù)塑料制品的種類(lèi)和質(zhì)量要求選用。

（2）根據(jù)塑料件的生產(chǎn)批量選用。在其它影響因素確定時(shí),生產(chǎn)批量越小,對(duì)模具的耐磨性和使用壽命要求越低。因此,可選用性能指標(biāo)低的材料。小批量時(shí),可以選用調(diào)質(zhì)型合結(jié)鋼或碳結(jié)鋼。中等批量（30～100萬(wàn)件）時(shí),可以選用P20,5NiSCa,SM2等,大批量時(shí),5NiSCa,PMS等。

（3）根據(jù)塑料件的尺寸大小及精度要求選用。對(duì)大型高精度的注射模,當(dāng)塑料件生產(chǎn)批量大時(shí),采用預(yù)硬化鋼,以防止熱處理變形。

（4）根據(jù)塑料件的復(fù)雜程度選用。應(yīng)充分考慮模具的加工工藝性,盡量選用易切削,熱處理變形小,耐磨性好的材料。

5發(fā)展

近幾年，隨著中國(guó)模具工業(yè)的迅猛發(fā)展，為國(guó)產(chǎn)模具鋼提供了一個(gè)巨大的市場(chǎng)，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)模具鋼的產(chǎn)量、品種、規(guī)格及品質(zhì)水準(zhǔn)的提高。我國(guó)冶金行業(yè)研制開(kāi)發(fā)和引進(jìn)了大量模具行業(yè)所需的鋼種，但國(guó)產(chǎn)模具鋼無(wú)論在品種還是質(zhì)量上仍難以全部滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)的需求。

以冷作模具鋼為例，目前我國(guó)只有Cr12、Cr12MoV、CrWMn鋼。我國(guó)的Cr12MoV鋼中，鉬和釩的含量較低，比D2鋼綜合性能差。CrWMn含碳量較高，且不含釩，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物，影響使用性能。如今國(guó)外根據(jù)冷沖壓件向高精度、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的趨勢(shì)，早已開(kāi)發(fā)了高性能模具鋼，其中有二次硬化鋼OCM、DC53、Vasco、Die；火焰淬火鋼SX10570L；空淬微變形鋼A4等。這些新型模具鋼我國(guó)也急需研制開(kāi)發(fā)。

國(guó)產(chǎn)熱作模具鋼同樣存在差距，目前我國(guó)通用型鋼種中只有2個(gè)鋼號(hào)。而國(guó)外除了通用型鋼種外，還新發(fā)展了YHD3、H26等品種。塑料模具鋼的差距則更大。就品種而言，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)僅1個(gè)鋼號(hào)，而美國(guó)有7個(gè)鋼號(hào)，且形成了較完整的用鋼系列。2012年國(guó)內(nèi)模具鋼消費(fèi)量至少150萬(wàn)噸，其中，市場(chǎng)是巨大的，但國(guó)內(nèi)模具鋼制造企業(yè)要想在其中占據(jù)更大的份額，就必須在科研開(kāi)發(fā)、技術(shù)改造、市場(chǎng)開(kāi)拓上下更大的功夫。