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確把握符合生產需求的塑料模具鋼的選用有很大的意義。本文著重對塑料模具鋼的性能和選用問題做出了細致分析，并對塑料模具鋼的生產結構進行展望。

關鍵詞：塑料模具鋼 性能 塑料模具

隨著輕工業的不斷發展，日常生活中對于塑料件的使用也日益廣泛并多元化，因此對于塑料模具鋼的性能和選用提出了更高的要求。基于目前的認識，我們對于塑料模具鋼的考察需要進一步深化，并對其性能做出新的判斷。

1模具材料鋼應具備的特性要求

塑料模具的零部件分為兩大類：一類為結構件，包括澆注系統、導向件、頂模板、頂出機構、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械零件的要求進行強度和結構設計，材料一般選用中低碳素結構鋼、合金鋼和碳工鋼。而成型件由于結構復雜，要求工件的尺寸精度高，表面粗糙度值低，接縫密合性好，對模具材料的力學性能、耐磨性及加工工藝都提出了專業的要求。

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生磨損和腐蝕作用，有時還會受到脫摸帶來的沖擊和碰撞。其主要失效形式表現為：1）表面磨損：由于塑料中增強樹脂填料，對模具型腔表面產生沖刷、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：模具局部產生塑性變形，導致表面發生凹陷、皺紋、麻點和棱.角堆塌等損壞。3）斷裂：由模具局部應力集中，導致出現的斷裂現象。

1.2模具的制造和使用要求塑料模具對材料在強度和韌度上的要求低于冷作模和熱作模。根據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，因此模具應當有足夠的硬度，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的熱處理方法來滿足硬度的要求，但當硬度達到一定值時，硬度對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雜，塑料模具在淬硬后很難加工，有時甚至無法加工。為了提高硬度，必須進行熱處理。要采取適當的措施來減低熱處理變形的影響，對于必須在熱處理后進行加工的模具，應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。擠壓復雜型腔時，退火后的硬度小于100HBS；擠淺型腔時，小于160HBS，擠壓成型后，經滲碳、淬火和回火處理，表面硬度為53～62HRC。達到表面耐磨性高，芯部韌性好的要求。08Cr4NiMoV（LJ）是國內開發的冷擠壓成型專用鋼，具有成型性能優良、滲碳層深、熱處理變形小、耐磨性好等優點。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調質型模具鋼工藝要求是在完成模具機械加工后，再進行調質處理，使模具達到較好的綜合機械性能。一類是45、55等優質碳素鋼，適宜于形狀簡單或精度要求不高、使用壽命不長的模具。可以選用SM45、SM55等塑料模具專用（YB/T107-1997、YB/T129-1997），此鋼材的純凈度好，力學性能穩定。另一類是合金鋼，可以在調質后進行碳氮共滲，進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度和韌性的大、中型塑料模具。38CrMoAl是典型的滲碳鋼，調質后滲氮處理，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預硬性塑料模具專用鋼可以直接使用已經預硬處理的模塊、扁鋼進行加工，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、生產批量、工作復雜程度、尺寸精度和表面粗糙度值等質量要求是選擇塑料模具鋼的主要因素。（1）根據塑料制品的生產，批量應用模具鋼材料。選用模具鋼種類和塑料制品的生產批量大小有關。生產批量小，對模具的耐磨性及使用壽命要求不高，為了降低模具造價，不必選用高級優質模具鋼，只選用普通模具鋼即可滿足使用要求。（2）根據塑料制品的種類和質量要求選用模具材料。a.對型腔表面要求耐磨性好、芯部要求韌性好，但形狀不復雜的塑料注射模，可選用低碳結構鋼和低碳合金結構鋼。這類鋼在退火狀態下塑性很好硬度低，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。對于大、中型且型腔復雜的模具，可選用U鋼和12CrNi3A、12Cr2Ni4A等優質滲鋼。這類鋼經滲碳、淬火、回火處理后，型腔表面有很好的耐磨性，基體又有較高的強度和韌性。b.對聚氯乙烯、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。因為這些塑料在熔融狀態會分解出HCl、HF和S02等氣體，對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.對生產以玻璃纖維作增強材料的塑料制品的注射模或壓縮模，要求有高的硬度、高耐磨性、高的抗壓強度和較高韌性，以防止模具型腔表面被過早磨損壞，或因模具受高壓而發生局部變形，故常用淬硬模具鋼制造，經淬火、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，所以要采用時效硬化.鋼，如18Ni、PMS、PCR等，也可選用預硬型鋼，如SM3Cr2Mo、SM3Cr2NiMnMo及8CrMn、5NiSCa等。

4小結

雖然我國模具總量已居世界第三，但國產模具鋼由于冶煉工藝，熱處理設備狀況的差距，總體質量水平很難與國外模具鋼相抗衡。納入國家標準的塑料模具鋼不多，國內模具鋼特鋼企業主要有長城特鋼、撫順特鋼、上鋼五廠、大冶特鋼等8家企業；產品質量已較穩定，國內塑模材料主要以大模塊及方扁型材為主。近年來，隨著模具行業的發展，國內一些廠家也生產了P4410，PMs等較高檔次的模具鋼。但總得說來，在高端模具生產中，國產模具鋼在質量穩定性和尺寸規格上還不能很好的滿足生產的要求。

參考文獻：

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[2]洪慎章. 塑料模具鋼的選用[J]. 模具工程， 2005（6）：13-15.