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塑料模具钢的种类与应用现况

摘要:从化学成分、组织结构、力学性能和应用等方面介绍了塑料模具专用钢预硬型塑料模具钢、易切削预硬型塑料模具钢、耐蚀塑料模具钢的分类及性能。
并讲述了我国塑料模具钢的应用现状和发展概况。
关键词：塑料模具钢  种类  应用
1.引言
随着我国塑料工业发迅速，需求也越来越大，对塑料模具提出了越来越高的要求。这促进了塑料模具的不断发展。模具材料是制造生产模具的基础。 目前塑料模具正朝着高效率、高精度、高寿命方向发展。尽管如此，我国的模具技术及模具寿命仍落后于一些工业发达国家，模具用材和热处塑料模具结构复杂，对塑料模具型尺寸精度和表面粗糙度要求很高，对塑料模具型腔材料的要求比较苛刻。因此正确选用模具材料及其热处理方法，对于提高模具质量，延长模具使用寿命是非常重要的。
2.塑料模具的性能要求
塑料模具的组成零件按其用途可分为两大类，一类为结构零件，包括浇注系统、导向件、定(动)模板、顶出机构件、支承件等，选用材料一般为中、低碳的碳素结构钢或合金。另一类为成型零件。包括型腔、型芯、镶嵌件等，是直接成型塑料制件的关键零部件。塑料模具的工作温度在200一 300℃。塑料模具型腔复杂，尺寸精度和表面粗糙度要求高，对塑料模具钢的机械加工性能、镜面抛光研磨性能、热处理变形和尺寸稳定性等方面都提出了相应的要求。因此在选用模具材料时，应在保证模具使用性能要求的同时，尽可能地高其加工工艺性能.其选用原则主要有以下几点： 1)具有一定的综合力学性能.成型零件在工作过程中要承受温度、压力、侵蚀和磨损，因而要求具有一定的强度和塑性、韧性。(2) 模具型腔表面应具有足够厚的硬化层，有一定的硬度和耐磨性。(3)切削加工性好。塑料模形状往往比较复杂，切削加工成本常占到模具的绝大部分(一般约75% )，因而要求具有良好的切削加工性。(4)根据塑料件的尺寸大小及精度要求选用.对大型高精度的注射模，当塑料件生产批量大时，采用预硬化钢，以防止热处理变形.
3.塑料模具钢的类型
对于我国传统常用模具钢的性能，已有很多书藉资料作过论述，本文主要介绍我国近年研制和从国外引进并已(或即将)在生产中推广使用的塑料模具钢。    常见的几种塑料模具钢的化学成分如表1。

表1   几种典型塑料模具专用钢的成分

3.1预硬型塑料模具钢

这类钢是在含碳的基础上加入适当的铬锰镍等元素制成，一般经过充分锻打后制成模块，预先热处理至要求的硬度后，供使用单位制模。在硬度为30至 40 H RC状态下可以直接进行车削、钻孔、铣削、雕刻、精锉等加工，精加工后可直接交付使用，不再进行热处理，以保证模具的制造精度。精加工后可直接交付使用，这就完全避免了热处理变形的影响，从而保证了模具的制造精度.同时还具有高耐磨性超高抛光性和图案蚀刻性，常用于特大型复杂长寿命的塑料模具。预硬型塑料模具钢主要有P20,P20S,P20BS钢等，P20钢具有较好的淬透性及一定的韧度，可以进行渗碳、渗氮或碳氮共渗，渗碳淬火后表面硬度可达65 HRC，具有较高的热硬度及耐磨性。
表2  典型预硬钢的化学成分

3.2易切削型塑料模具钢
易切削钢是在预硬钢的基础上加入易切削元素，以克服不易切削的困难. 加入易切削元素S, B和Ca。国外易切削预硬钢主要是S系，也有S-S e系，但Se价格较贵。S系易切削钢在低、中速切削条件下具有良好的被切削性，但热变形后沿变形方向伸长的MnS增加了韧性，在截面增大时，硫化物的偏析比较严重。我国研制了一些含硫易切削预硬塑料模具钢，如8Cr2MnWMoVS和S-Ca复合易切削塑料模具钢SCrNiMnMoVSCa(简称SNiSCa) 。8Cr2.S属易切削精密塑料成型模具钢是为适应精密塑料模和薄板无间隙精密冲模之急需而研制的。其特点是钢中含碳量高，主要是为了使淬火后钢的基体中具有一定的碳，并保留一定量的细小而弥散的残留碳化物，既可抑制淬火加热时奥氏体晶粒的长大，又同时保证模具具有一定的耐磨性。钢中加入Cr, W, Mo, V是为了提高淬透性，细化奥氏体晶粒，形成合金化合物，提高钢的耐磨性。
8Cr2.S钢热处理工艺简便，淬透性好，在860900℃加热，油冷淬火、空冷淬火或在240 280℃硝酸盐中等温淬火都可以，直径X100~的钢材空冷淬火可以淬透，淬火后硬度为62} 64 HRC，在550620℃回火时，回火硬度为40} 48 H RC，其力学性能见表3。

表3  8Cr2S钢的力学性能

3.3时效硬化型塑料钢
时效硬化钢有二类，即马氏体时效钢和低镍时效钢，马氏体时效钢含高镍，价格昂贵，我国极少使用。25CrNi3MoA1是低镍时效钢，经8800C淬火和6800C-7000C高温回火后，硬度为HRC20-25，可进行机械加工，再经5200C一5400C时效，硬度达到HRC38-42 ,时效是靠析出与基体共格的有序金属间化合物NiAI得到强化。 PMS钢是一种新型析出硬化型塑料模具钢，具有良好的冷热加工性能和综合力学性能，热处理工艺简便，变形小，淬透性高，适宜进行表面强化处理，在软化状态下可进行模具型腔的挤压成形。锻造空冷后不需退火，即可进行机械加工。SM2钢中加入铝，时效时可以析出硬化相Ni3A1，加入铬可以提高钢的淬透性，加入硫和锰，可以形成易切削相Mn.S，因此，SM2钢比PMS钢的淬透性稍高，切削性能好。
表4一些时效钢的化学成分

4.我国塑料模具钢的发展及前景
我国模具钢生产技术发展迅速，形成了我国自己的模具钢系列，随着全球产业结构调整，造业等传统工业由于欧美市场的日趋饱和，劳动成本逐年提高，利润减少，重心向发展中国家转移.由于劳动力资源丰富、便宜，所以，中国的模具潜在市场很大，决定了中国必将发展成为模具制造大国。在塑料成型加工中，模具的质量对产品质量的保证作用是不言喻。但是同时，我国在模具钢的生产技术、产品质量方面还存在着许多不足。很多制造大型、精密、长寿命模具的钢材仍需从国外进口，已成为世界上进口模具最多的国家，展望未来急待
开展以下工作。
4.1提高模具钢的质量
现在国内许多模具钢厂都已采用先进的冶金设备和工艺生产模具钢，但与国外先进水平相比尚有差距，且采用先进工艺的模具钢产量很少。为了提高模具钢的质量，钢厂不但要加大采用先进工艺生产模具钢的比例，而且要改善管理，以利大量生产纯净度高、均匀性好、质量稳定的模具钢。我国某些特殊钢厂已采用炉外精炼、真空冶炼、快锻机和精锻机等生产模具钢，模具钢的质量有大幅度提高，如D2, P20等，出口产品的质量可以达到国际先进水平。但国外对纯度要求较高的模具钢大部分采用电渣重熔，进一步提高了钢的纯净度、致密度、等向性和均匀性，减少偏析我国还需要在这方面进一步开展工作。
4.2 推广应用性能优良的新型模具钢

我国已开发出性能优异，达到或超过国外同类水平的特色新型模具钢，但这些新钢的推广数量和应用范围不够大，有选择地开发先进模具钢，例如开发粉末冶金模具钢，多元易切削系塑料模具钢，开发玻璃、陶瓷，耐火砖和地砖等成形模具用钢，完善中国的模具钢系列。
5结语
随着我国模具工业的发展，塑料模具正朝着多样化、复杂化、精密化和多腔化方向发展，并逐步向高技术含量的大型、长寿命的方向转变。通过合理选择塑料模具改善模具的加工工艺性和质量，可提高塑料模具的使用寿命。为了满足塑料制品向大型化、精密化方向的发展要求，应注意加强采用新型塑料模具，同时能源节约型非调质预硬型塑料模具钢将具有广阔的应用前景。
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