淺析塑料模具材料的選用及發展

許 浩，蘇東艷

（天津科技大學 機械工程學院，天津 300222）

1 塑料模具的工作條件

塑料及塑料成型工業的發展速度越來越快，塑料模具的質量要求也隨之提高，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

夠再次發生熔融且不具有可塑性，具有優異的保溫絕熱性能、抗腐蝕性能、耐高溫性能等，硬度高；熱塑性塑料加熱時變軟乃至熔融流動，冷卻時凝固變硬，與熱固性塑料的不同之處在于此過程可逆，可以反復進行，具有剛硬性低、耐熱性差、成型加工簡單、應用溫度范圍廣等特點。凹模（成型塑件外部形狀）、凸模（成型塑件內部形狀）、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成，以成型塑料制件的各個表面，與塑料原材料進行直接性的接觸，需要經受溫度、壓力、摩擦和腐蝕等作用，因此對其質量要求較高。

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。同一種塑料模具會出現多種失效形式，并且多種損傷也有可能出現在同一模具上，因此應合理選擇模具材料，材料性能的好壞會直接影響模具的使用壽命[2]。因此在模具鋼的性能方面，根據塑料模具的工作條件，選擇的時候應當綜合考慮耐熱性能、熱處理性能、耐磨性、切削加工性、熱穩定性、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。

熱處理在整個模具的制造過程中所占的地位十分重要，所以在選擇的時候應當選擇熱處理變形小、淬火溫度范圍寬和過熱敏感性小的模具鋼。將一些無機材料加入塑料中雖然可以增加塑性，但同時也對模具造成了磨損，因此對模具鋼的耐磨性有一定的要求。在透明塑件[3]成型過程中，對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。隨著社會生產力的增加和人民物質文化需求的日益增長，購買者都希望塑料制品表面能夠有好看、復雜的花紋裝飾，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模具工作條件等多方面進行綜合性的考慮，盡可能地避免塑料模具在工作中失效，保證生產效率。在成型生產過程中，對于生產批量小、精度要求不高的塑件，可選用45號鋼等低碳鋼；對于生產批量較大、質量要求較高的塑件，模具結構比較復雜，應選用技術要求高的低硬化鋼。在某些塑件成型過程中，達到成型溫度時會有大量的腐蝕性氣體產生，因此在處理這類成型塑料模具的時候，會對與腐蝕性氣體接觸的制件材料的選擇更加嚴格，要求必須要具有較好的抗腐蝕性。此外，若想用普通材料來代替抗腐蝕性材料，則需對加工后的普通材料進行鍍鉻處理，這樣可以保證其不會被腐蝕性氣體腐蝕，不影響塑料模具的使用。塑料模具在工業實際應用和生產中的需求量較大，并且大部分是利用低碳鋼或者低碳、低合金鋼通過冷擠壓成型的標準件。

選擇模具材料時需要考慮模具的生產和使用條件，并且與模具材料的性能及其他因素相結合[4]，針對不同種類的塑料模具，在選材的時候也不盡相同。若想使塑料模具的耐磨性標準較高，在經過冷擠壓作用后應進行滲碳與淬、回火處理；對一些鑄造成型的塑料模具，選材時應當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，值得關注的是，一些低熔點、具有較好流動性的材料，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超塑性方法實現成型的，要想使這種塑料模具獲得更好的塑性，在選材時應當選用共析合金或者共晶合金；有些塑料模具是經過電火花加工、線切割加工或機械切削加工成型的，對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用；對于電化學加工成型的塑料模具，除以上要求之外，在選用材料的時候還應當選取導電性較好的材料。

4 塑料模具材料未來的發展趨勢

近幾年來，隨著我國制造業進程的加快，模具鋼材料得到了很大的發展空間，其中一些模具材料的性能研究處于世界領先水平[5]。國產模具用鋼應當滿足行業發展的要求，積極加強新材料的研究和新技術的開發工作，利用先進的生產設備、建立先進的生產線以及研究更先進的冶金方法，對于模具鋼材料的發展有著重大的意義。在以后的發展中，應不斷探索塑料模具新型材料，發展預硬型鋼、易切削預硬鋼、時效硬化鋼、塑料模具耐腐蝕鋼、無磁性模具鋼等材料，朝著加速模具鋼生產的制品化、精料化以及提高模具鋼質量的方向前進。只有不斷提高產品的質量和標準，才能夠制造出性能更高、壽命更長、性價比更高的新型模具材料。

5 總結

綜上所述，塑料及塑料成型工業發展腳步的加快對模具材料提出了更嚴格的要求和更高的標準。塑料模具材料影響著模具的使用性能、壽命以及性價比等，模具結構、塑料種類和性質以及制品形狀、質量要求等都制約著塑料模具材料的選用。鑒于此，應不斷發展、探索新型材料，豐富塑料模具材料的種類，為模具制造業的發展和進步打下堅實的基礎。