影响塑料模具钢材选择的因素

　　模具的塑料件和部件分为两类:一类是结构件，包括浇注系统、导向件、顶模板、顶出机构、支撑件等。另一种是成型件，包括型腔、型芯、镶嵌件等。其中，第一类零件可根据机械零件的要求进行强度和结构设计，材料一般为中低碳结构钢、合金钢和碳钢。但由于结构复杂，成型件要求尺寸精度高、表面粗糙度低、接缝密封性好，这对模具材料的力学性能、耐磨性和加工工艺提出了专业要求。

　　1.模具的主要失效形式

　　由于模具的工作温度高、压力大，一些塑料材料容易与模具表面发生磨损和腐蚀，有时还会因脱模而发生碰撞。主要失效形式如下。

　　1）表面磨损

　　由于塑料中的增强树脂填料，模具型腔表面被冲刷、磨损和腐蚀，影响模具型腔表面粗糙度的增加和尺寸超差。

　　2）变形

　　模具的局部塑性变形导致表面损伤，如凹痕、皱纹、点蚀和拐角塌陷。

　　3）断裂

　　模具局部应力集中引起的断裂现象。

　　2.模具的制造和使用要求

　　塑料模具对强度和韧性的要求低于冷加工模具和热加工模具。根据其失效形式和工作要求，其基本性能要求总结如下:

　　1）足够的耐磨性

　　由于表面磨损是模具的主要失效形式之一，模具应具有足够的硬度，以保证模具的耐磨性和寿命。通常需要选择合适的材料和合适的热处理方法来满足硬度的要求。然而，当硬度达到一定值时，硬度对提高耐磨性的作用并不明显。

　　2）减少热处理变形的影响

　　由于注塑零件的形状往往比较复杂，硬化后的塑料模具很难加工，有时甚至无法加工。为了提高硬度，热处理是必要的。应采取适当措施减少热处理变形的影响。对于热处理后必须加工的模具，应选择热处理变形小的材料。

　　3）卓越的切割性能

　　在塑料模具的制造中，削减成本往往占大多数。为了延长刀具的使用寿命，保证加工表面的质量，要求模具材料具有良好的可加工性，淬火后要求硬化材料具有良好的可加工性。

　　4）良好的抛光性能和蚀刻性能

　　为了获得高质量的塑料制品，必须对模具中的型腔表面进行抛光，以降低表面粗糙度。为了保证模具具有良好的电加工、镜面抛光和图形蚀刻，模具钢应具有高的材料纯度、精细、均匀和致密的结构以及无纤维取向。

　　5）良好的耐腐蚀性

　　用阻燃剂等添加剂注塑PVC或塑料制品时，会分解产生腐蚀性气体，对模具表面产生一定的化学腐蚀作用。制作这种模具时，应选用具有一定耐腐蚀性的钢材。

　　常用模具钢的类型和特点

　　1.渗碳钢

　　渗碳钢由于其硬度低，退火后塑性好，可以通过冷挤压成形，从而提高工作效率，降低成本。挤压复杂型腔时，退火后硬度小于100HBS挤压浅腔时，小于160HBS。挤压后，经过渗碳、淬火和回火，表面硬度为53~62 HRC。满足高表面耐磨性和良好芯部韧性的要求。08Cr4NiMoV(LJ)是我国自行研制的特种冷挤压钢，具有成形性能优异、渗碳层深、热处理变形小、耐磨性好等优点。最佳淬火温度为850℃，回火温度可根据模具的工作条件选择。

　　2.调质模具钢

　　工艺要求是模具加工完成后，对模具进行调质处理，以达到较好的综合力学性能。一种是45、55等优质碳钢，适用于形状简单或精度低、使用寿命短的模具。可选用塑料模具专用钢(YB/T094-1997、YB/T107-1997、YB/T129-1997)，如SM45、SM55。这种钢纯度高，机械性能稳定。另一种是合金钢，淬火回火后可以进行碳氮共渗，进一步提高耐磨性和耐腐蚀性。其中，40 CrMo低温韧性好，缺口敏感性低，适合制作中型模具。4Crmo是一种疲劳极限高、低温韧性好的高强度钢，适用于制造具有一定强度和韧性的大中型塑料模具。3CrMoA1是典型的渗碳钢，淬火回火后氮化，表面硬度高(大于850HV)，有一定的耐蚀性。适用于聚氯乙烯和聚碳酸酯的塑料模具。此外，5 CrNiMo、5 CrMnMo等热作模具钢主要用于热固性塑料模具等高温高耐磨塑料模具。

　　3.塑料模具用预硬化特殊钢

　　已经预硬化的模块和扁钢可以直接用于加工(翻到第192页)(从第91页继续)，避免了后加工热处理带来的各种缺陷，从而提高了模具的制造精度，缩短了制造周期。塑料模具钢的主要品种可分为普通型、易切削型和非调质型。

　　模具钢的选择和热处理

　　加工抛光占塑料模具制造成本的70%~80%。因此，在选择模具材料时，应在保证模具使用性能要求的同时，尽可能提高加工性能。选择方法可以通过以下方式进行。

　　(1)根据塑料制品的种类和质量要求进行选择。

　　(2)根据塑料件的生产批次。在确定其他影响因素的情况下，生产批量越小，对模具的耐磨性和使用寿命要求越低。因此，可以选择性能指标低的材料。少量时，可选择淬火和回火粘合钢或碳粘合钢。P20，5NiSCa，SM2等。可选择中批次(300 ~ 100万件)，以及5NiSCa、PMS等。对于大批量。

　　(3)根据塑料件的尺寸和精度要求进行选择。对于大型、高精度的注塑模具，在大量生产塑料件时，采用预淬火钢防止热处理变形。

　　(4)根据塑料件的复杂程度进行选择。模具的加工工艺要充分考虑，尽量选用易切削、热处理后变形小、耐磨性好的材料。

　　发展

　　近年来，随着我国模具行业的快速发展，为国产模具钢提供了巨大的市场，促进了国产模具钢产量、品种、规格和质量标准的提高。我国冶金工业发展并引进了大量模具行业所需的钢种，但国产模具钢在品种和质量上仍难以完全满足国内模具市场的需求。

　　以冷加工模具钢为例。目前国内只有Cr12、Cr12MoV和CrWMn钢。我国Cr12MoV钢中钼和钒的含量低于D2钢。CrWMn含碳量高，不含钒，容易产生严重的网状碳化物，影响使用性能。如今，根据冷冲压零件向高精度和标准化发展的趋势，国外已经开发出高性能模具钢，包括二次硬化钢OCM、DC53、Vasco和Die。火焰硬化钢SX10570L空气淬火微变形钢A4等。这些新型模具钢也是我国急需研发的。

　　国内热作模具钢也有差距。目前我国通用型钢只有两种钢种。在国外，除了通用型钢外，还开发了YHD3、H26等新品种。塑料模具钢的差距更大。就品种而言，国标中只有一个钢种，而美国有7个钢种，已经形成了比较完整的钢种系列。2012年国内模具钢消费量至少150万吨，其中市场巨大。但国内模具钢厂商要想占据更大的份额，就必须在科研开发、技术改造、市场开拓等方面下更大的功夫。