塑料模具鋼的性能和選用

婁美

摘 要：塑料模具鋼是塑料成型的重要工具，因此考察塑料模具鋼的性能并準(zhǔn)確把握符合生產(chǎn)需求的塑料模具鋼的選用有很大的意義。本文著重對(duì)塑料模具鋼的性能和選用問題做出了細(xì)致分析，并對(duì)塑料模具鋼的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：塑料模具鋼 性能 塑料模具

隨著輕工業(yè)的不斷發(fā)展，日常生活中對(duì)于塑料件的使用也日益廣泛并多元化，因此對(duì)于塑料模具鋼的性能和選用提出了更高的要求。基于目前的認(rèn)識(shí)，我們對(duì)于塑料模具鋼的考察需要進(jìn)一步深化，并對(duì)其性能做出新的判斷。

1模具材料鋼應(yīng)具備的特性要求

塑料模具的零部件分為兩大類：一類為結(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；另一類為成型件：包括型腔、型芯、嵌鑲件等。其中第一類零件可按機(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業(yè)的要求。

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)受到脫摸帶來的沖擊和碰撞。其主要失效形式表現(xiàn)為：1）表面磨損：由于塑料中增強(qiáng)樹脂填料，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。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。3）斷裂：由模具局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致出現(xiàn)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）保證足夠的耐磨性：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▉頋M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。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﹣頊p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。

2常用模具鋼的類別及特性

2.1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53～62HRC。達(dá)到表面耐磨性高，芯部韌性好的要求。08Cr4NiMoV（LJ）是國(guó)內(nèi)開發(fā)的冷擠壓成型專用鋼，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)。其淬火處理的最佳溫度是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。一類是45、55等優(yōu)質(zhì)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等塑料模具專用（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，40CrMo有良好的低溫沖擊韌度和低的缺口敏感性，適于制作中型模具。42CrMo屬于高強(qiáng)度鋼，且有較高的疲勞極限，低溫沖擊韌性好，適于制造要求一定強(qiáng)度和韌性的大、中型塑料模具。38CrMoAl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5CrNiMo、5CrMnMo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)硬性塑料模具專用鋼可以直接使用已經(jīng)預(yù)硬處理的模塊、扁鋼進(jìn)行加工，避免了加工后再熱處理所造成的各種缺陷，從而提高模具制作精度，縮短制造周期。

3塑料模具鋼的選用

在塑料模具鋼的應(yīng)用中，一般遵循的原則是：在塑料零件成型的模具中，被成型塑料的種類、生產(chǎn)批量、工作復(fù)雜程度、尺寸精度和表面粗糙度值等質(zhì)量要求是選擇塑料模具鋼的主要因素。（1）根據(jù)塑料制品的生產(chǎn)，批量應(yīng)用模具鋼材料。選用模具鋼種類和塑料制品的生產(chǎn)批量大小有關(guān)。生產(chǎn)批量小，對(duì)模具的耐磨性及使用壽命要求不高，為了降低模具造價(jià)，不必選用高級(jí)優(yōu)質(zhì)模具鋼，只選用普通模具鋼即可滿足使用要求。（2）根據(jù)塑料制品的種類和質(zhì)量要求選用模具材料。a.對(duì)型腔表面要求耐磨性好、芯部要求韌性好，但形狀不復(fù)雜的塑料注射模，可選用低碳結(jié)構(gòu)鋼和低碳合金結(jié)構(gòu)鋼。這類鋼在退火狀態(tài)下塑性很好硬度低，退火后硬度為85-135HBS，其變形抗力小，可用冷擠壓成形，大大減少了切削用量。例如20鋼、20Cr均屬于此類鋼。對(duì)于大、中型且型腔復(fù)雜的模具，可選用U鋼和12CrNi3A、12Cr2Ni4A等優(yōu)質(zhì)滲鋼。這類鋼經(jīng)滲碳、淬火、回火處理后，型腔表面有很好的耐磨性，基體又有較高的強(qiáng)度和韌性。b.對(duì)聚氯乙烯、氟塑料及阻燃ABS塑料制品，所用模具鋼必須有較好的抗腐蝕性。因?yàn)檫@些塑料在熔融狀態(tài)會(huì)分解出HCl、HF和S02等氣體，對(duì)模具型腔有一定的腐蝕性。這類模具中的成型件常用耐蝕塑料模具鋼，例如2Crl3、4Crl3、PCR、18Ni、AFC一77等。c.對(duì)生產(chǎn)以玻璃纖維作增強(qiáng)材料的塑料制品的注射?；驂嚎s模，要求有高的硬度、高耐磨性、高的抗壓強(qiáng)度和較高韌性，以防止模具型腔表面被過早磨損壞，或因模具受高壓而發(fā)生局部變形，故常用淬硬模具鋼制造，經(jīng)淬火、回火后得到所需的模具性能。例如選用T8A、TIOA、Cr6W、Crl2、Crl2MolVl、9Mn2V、CrWMn以及基體鋼等。d.制造透明塑料制品的模具，要求模具鋼材有良好的鏡面拋光性能和高耐磨性，所以要采用時(shí)效硬化.鋼，如18Ni、PMS、PCR等，也可選用預(yù)硬型鋼，如SM3Cr2Mo、SM3Cr2NiMnMo及8CrMn、5NiSCa等。

4小結(jié)

雖然我國(guó)模具總量已居世界第三，但國(guó)產(chǎn)模具鋼由于冶煉工藝，熱處理設(shè)備狀況的差距，總體質(zhì)量水平很難與國(guó)外模具鋼相抗衡。納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的塑料模具鋼不多，國(guó)內(nèi)模具鋼特鋼企業(yè)主要有長(zhǎng)城特鋼、撫順特鋼、上鋼五廠、大冶特鋼等8家企業(yè)；產(chǎn)品質(zhì)量已較穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)塑模材料主要以大模塊及方扁型材為主。近年來，隨著模具行業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)一些廠家也生產(chǎn)了P4410，PMs等較高檔次的模具鋼。但總得說來，在高端模具生產(chǎn)中，國(guó)產(chǎn)模具鋼在質(zhì)量穩(wěn)定性和尺寸規(guī)格上還不能很好的滿足生產(chǎn)的要求。

參考文獻(xiàn)：

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