淺析塑料模具材料的選用及發(fā)展

許 浩，蘇東艷

（天津科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300222）

1 塑料模具的工作條件

塑料及塑料成型工業(yè)的發(fā)展速度越來(lái)越快，塑料模具的質(zhì)量要求也隨之提高，所以分析塑料模具材料的選擇是否合理變得尤為重要。塑料可以分為熱固性塑料和熱塑性塑料，熱固性塑料[1]的工作溫度一般為150～250℃，受熱后不能

夠再次發(fā)生熔融且不具有可塑性，具有優(yōu)異的保溫絕熱性能、抗腐蝕性能、耐高溫性能等，硬度高；熱塑性塑料加熱時(shí)變軟乃至熔融流動(dòng)，冷卻時(shí)凝固變硬，與熱固性塑料的不同之處在于此過(guò)程可逆，可以反復(fù)進(jìn)行，具有剛硬性低、耐熱性差、成型加工簡(jiǎn)單、應(yīng)用溫度范圍廣等特點(diǎn)。凹模（成型塑件外部形狀）、凸模（成型塑件內(nèi)部形狀）、型芯或成型桿、鑲塊等成型零部件是塑料模具的主要工作零件，塑料模的型腔由它們所構(gòu)成，以成型塑料制件的各個(gè)表面，與塑料原材料進(jìn)行直接性的接觸，需要經(jīng)受溫度、壓力、摩擦和腐蝕等作用，因此對(duì)其質(zhì)量要求較高。

2 塑料模具鋼的性能要求

塑料模具除了受到一定的壓力作用外，還受溫度的影響。同一種塑料模具會(huì)出現(xiàn)多種失效形式，并且多種損傷也有可能出現(xiàn)在同一模具上，因此應(yīng)合理選擇模具材料，材料性能的好壞會(huì)直接影響模具的使用壽命[2]。因此在模具鋼的性能方面，根據(jù)塑料模具的工作條件，選擇的時(shí)候應(yīng)當(dāng)綜合考慮耐熱性能、熱處理性能、耐磨性、切削加工性、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性等。模具鋼的耐熱性能較好，可以保證模具鋼在使用過(guò)程中滿足精度要求；模具鋼的熱處理性能較高，可以有效地防止模具失效。

熱處理在整個(gè)模具的制造過(guò)程中所占的地位十分重要，所以在選擇的時(shí)候應(yīng)當(dāng)選擇熱處理變形小、淬火溫度范圍寬和過(guò)熱敏感性小的模具鋼。將一些無(wú)機(jī)材料加入塑料中雖然可以增加塑性，但同時(shí)也對(duì)模具造成了磨損，因此對(duì)模具鋼的耐磨性有一定的要求。在透明塑件[3]成型過(guò)程中，對(duì)材料性能的要求較高，要求所選用的模具材料必須具有較高的鏡面加工性，且材料中的非金屬夾雜和氣孔較少，同時(shí)微觀金相組織均勻。超純凈鋼滿足上述要求，熱處理后硬度高，是一種成型透明塑件較好的塑料模具材料。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的增加和人民物質(zhì)文化需求的日益增長(zhǎng)，購(gòu)買者都希望塑料制品表面能夠有好看、復(fù)雜的花紋裝飾，并且希望所使用塑料模具材料的花紋圖案蝕刻性較好。

3 塑料模具材料的選用

塑料模具材料的選用需要依據(jù)模具工作條件等多方面進(jìn)行綜合性的考慮，盡可能地避免塑料模具在工作中失效，保證生產(chǎn)效率。在成型生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于生產(chǎn)批量小、精度要求不高的塑件，可選用45號(hào)鋼等低碳鋼；對(duì)于生產(chǎn)批量較大、質(zhì)量要求較高的塑件，模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)選用技術(shù)要求高的低硬化鋼。在某些塑件成型過(guò)程中，達(dá)到成型溫度時(shí)會(huì)有大量的腐蝕性氣體產(chǎn)生，因此在處理這類成型塑料模具的時(shí)候，會(huì)對(duì)與腐蝕性氣體接觸的制件材料的選擇更加嚴(yán)格，要求必須要具有較好的抗腐蝕性。此外，若想用普通材料來(lái)代替抗腐蝕性材料，則需對(duì)加工后的普通材料進(jìn)行鍍鉻處理，這樣可以保證其不會(huì)被腐蝕性氣體腐蝕，不影響塑料模具的使用。塑料模具在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用和生產(chǎn)中的需求量較大，并且大部分是利用低碳鋼或者低碳、低合金鋼通過(guò)冷擠壓成型的標(biāo)準(zhǔn)件。

選擇模具材料時(shí)需要考慮模具的生產(chǎn)和使用條件，并且與模具材料的性能及其他因素相結(jié)合[4]，針對(duì)不同種類的塑料模具，在選材的時(shí)候也不盡相同。若想使塑料模具的耐磨性標(biāo)準(zhǔn)較高，在經(jīng)過(guò)冷擠壓作用后應(yīng)進(jìn)行滲碳與淬、回火處理；對(duì)一些鑄造成型的塑料模具，選材時(shí)應(yīng)當(dāng)選鑄造性能較好的材料，比如鋁合金、鋅合金、青銅以及鑄鐵材料等。另外，值得關(guān)注的是，一些低熔點(diǎn)、具有較好流動(dòng)性的材料，比如硅鋁合金和鋅基合金，能夠有效地提高塑料模具的鑄造性能；部分塑料模具是通過(guò)超塑性方法實(shí)現(xiàn)成型的，要想使這種塑料模具獲得更好的塑性，在選材時(shí)應(yīng)當(dāng)選用共析合金或者共晶合金；有些塑料模具是經(jīng)過(guò)電火花加工、線切割加工或機(jī)械切削加工成型的，對(duì)材料的可切削性要求較高，材料切削性能的好壞影響到模具的制造周期及加工費(fèi)用；對(duì)于電化學(xué)加工成型的塑料模具，除以上要求之外，在選用材料的時(shí)候還應(yīng)當(dāng)選取導(dǎo)電性較好的材料。

4 塑料模具材料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

近幾年來(lái)，隨著我國(guó)制造業(yè)進(jìn)程的加快，模具鋼材料得到了很大的發(fā)展空間，其中一些模具材料的性能研究處于世界領(lǐng)先水平[5]。國(guó)產(chǎn)模具用鋼應(yīng)當(dāng)滿足行業(yè)發(fā)展的要求，積極加強(qiáng)新材料的研究和新技術(shù)的開(kāi)發(fā)工作，利用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備、建立先進(jìn)的生產(chǎn)線以及研究更先進(jìn)的冶金方法，對(duì)于模具鋼材料的發(fā)展有著重大的意義。在以后的發(fā)展中，應(yīng)不斷探索塑料模具新型材料，發(fā)展預(yù)硬型鋼、易切削預(yù)硬鋼、時(shí)效硬化鋼、塑料模具耐腐蝕鋼、無(wú)磁性模具鋼等材料，朝著加速模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化以及提高模具鋼質(zhì)量的方向前進(jìn)。只有不斷提高產(chǎn)品的質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)，才能夠制造出性能更高、壽命更長(zhǎng)、性價(jià)比更高的新型模具材料。

5 總結(jié)

綜上所述，塑料及塑料成型工業(yè)發(fā)展腳步的加快對(duì)模具材料提出了更嚴(yán)格的要求和更高的標(biāo)準(zhǔn)。塑料模具材料影響著模具的使用性能、壽命以及性價(jià)比等，模具結(jié)構(gòu)、塑料種類和性質(zhì)以及制品形狀、質(zhì)量要求等都制約著塑料模具材料的選用。鑒于此，應(yīng)不斷發(fā)展、探索新型材料，豐富塑料模具材料的種類，為模具制造業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。