探讨塑料模具制造技术发展的新视点（二）

刘道春

探讨塑料模具制造技术发展的新视点（二）

刘道春

（上接《塑料包装》2015年第六期）

4 .新型塑料模具用钢的开发应用动向

近几年来，机械、汽车及电子信息产业等模具需求大户的持续快速发展，是我国模具行业高速增长的最强劲的助力，我国中低端模具有着较强的竞争力，国际采购商到我国采购的比例逐年增大，另一方面是发达国家模具生产向我国转移的步伐进一步加快，预计未来几年年我国模具行业产需两旺，今后仍将持续快速增长。随着模具工作条件的日益苛刻，对模具钢的质量，特别是钢的纯净度、等向性提出了更高的要求。

随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛，塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。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而喻的。

塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向发展，对塑料模具钢的性能的要求越来越高，塑模钢的性能应根据塑料种类、制品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。

据了解，国外模具钢出现了高合金、高质、优化、低级钢强化和扩充材料领域的趋向。模具材料由低级向高级发展，发展的趋势是由碳素工具钢到低合金工具钢再到高合金工具钢。因而相继出现了一系列新型模具钢，模具标准钢号的合金化程度也日趋提高。目前，国外相继开发的新型热轧模具钢包括：高淬透性特大型锻压模具钢，如国际标准ISO中的40NiCrMoV7等。高热强性模具钢，如美国的H10A、日本日立金属公司的YHD3等。高温热作模具钢，如美国的T2M、T2C，日本的Nimowal等。为了满足冷作模具的特殊要求，各国发展的新型冷轧模具钢有：高韧性、高耐磨性模具钢，如美国钒合金钢公司的8Cr8Mo2Vsi钢；低合金空淬微变形钢，如美国ASTM标准钢号A14、A16，日本的G04和ACD37等。火焰淬火模具钢，如日本爱知的SX5、SX105V等钢。粉末冶金冷作模具钢，如美国的CPM10V、德国的320CrVMo13.5等。据了解，国外新型塑料模具钢的发展趋势主要有以下几个方面：易切削、抛光性好的塑料模具钢，如美国的412、M－300，瑞典的STAVAX－13等；预硬化型塑料模具钢，如美国的P20、445，德国的MOVTREX－A（2312）等；整体淬硬型塑料模具钢，如美国的A2、D3和H13等；耐腐蚀塑料模具钢，如国标ISO中的110CrMo17，瑞典ASSAB公司的4Cr13等；无磁塑料模具钢，如日本大同特殊钢公司的NAK301等。

近几年，随着中国模具产业的迅猛发展，为国产模具钢提供了一个巨大的市场，带动了国内模具钢的产量、品种、规格及品质水准的提高。我国冶金行业研制开发和引进了大量模具行业所需的钢种，但国产模具钢无论在品种还是质量上仍难以全部满足国内模具市场的需求。以冷轧模具钢为例，目前我国只有Cr12、Cr12MoV、CrWMn钢。我国的Cr12MoV钢中，钼和钒的含量较低，比D2钢综合性能差。CrWMn含碳量较高，且不含钒，容易产生严重的网状碳化物，影响使用性能。如今国外根据冷冲压件向高精度、标准化发展的趋势，早已开发了高性能模具钢，其中有二次硬化钢OCM、DC53、Vasco、Die，火焰淬火钢SX10570L，空淬微变形钢A4等。这些新型模具钢我国也急需研制开发。国产热轧模具钢同样存在差距，目前我国通用型钢种中只有2个钢号。而国外除了通用型钢种外，还新发展了YHD3、H26等品种。塑料模具钢的差距则更大。就品种而言，国家标准仅1个钢号，而美国有7个钢号，且形成了较完整的用钢系列。国内模具钢消费市场是巨大的，但国内模具钢制造企业要想在其中占据更大的份额，就必须在科研开发、技术改造、市场开拓上下更大的功夫。

我国过去无专用的塑料模具钢，一般塑料模具用淬火的45和40Cr经调质后制造，因而模具硬度低、耐磨性差，表面粗糙度值高，加工出来的塑料产品外观质量较差，而且模具使用寿命低。.精密塑料模具及硬度高塑料模具采用CrWMo、Cr12MoV等合金工具钢制造，不仅机械加工性能差，而且难以加工复杂的型腔，更无法解决热处理变形问题。由此，国内对专用塑料模具用钢进行了研制，并获得了一定的进展。我国已有了自己的专用模具钢系列，已纳入国家标准的有两种，即3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo，纳入行业标准的已有20多种，已在生产中推广应用十多种新型塑料模具钢，初步形成了我国塑料模具用钢体系。

塑料模具用钢涵盖广泛，从普通钢材到专用钢材都有。这在塑料模具初期更加明显，如今已日趋正规和高级。专门用钢已自成体系，模具用钢的化学成分和合金工具钢的基本相同，但其冶金质量更高，加工精良，对热处理有利。塑料模具钢性能要求严格，热处理难度大。

随着光盘、磁盘、棱镜等精密件的生产，对易加工镜面钢的要求增加。这种钢含非金属杂质少，金相组织细致均一，没有纤维方向性，它是塑料模具钢材的主要发展方向。

为避免模具零件在强韧化过程中的变形或其他热处理问题，模具钢以预硬化形式供应市场已较普遍。以石化产品为原料的塑料制品，具有某种程度不同的腐蚀性，所以耐蚀钢应用也较多。配合预硬化钢、非调质刚的应用，易切削性也是塑料模具钢的特点。模具在长期运转和保持过程中，容易生锈受蚀，而且随着塑料成型中添加各种成分，模具更容易受蚀。因此要求提高母材机体的耐腐蚀性能，开发一些耐蚀不锈钢材。马氏体时效合金钢这种钢材具有足够的力学性能和突出的工艺性能，特别是有较高的强度、韧度、耐磨性、低的热膨胀系数，是制造注塑模的好钢材，硬质合金主要用于制作寿命要求很高，制件生产批量大的模具。

近年来我国模具钢材发展较快，已初步形成了我国的模具钢系列，其中一些模具材料的性能优越，达到国际先进水平。国产模具用钢适应模具行业的发展需求，开展模具钢强韧化机理及模具失效机理的研究工作，指导材料研究，并相应地开展测试手段和测试技术的开发工作。因此，采用先进的工艺装备、建立先进的生产线、开发先进的冶金方法是我们当前的首要任务。只有这样我们才能不断提高产品质量，才能研制出高性能、长寿命、高性价比和高效的新型模具材料。

5 .塑料模具制造技术的发展趋势

在我国塑料模具市场中，以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。有关数据表明，目前仅汽车行业就需要各种塑料制品36万吨。电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台。彩电的年产量已超过3000万台。在建材行业，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%。这些都会导致对模具的需求量大幅度增长。统计表明，家电行业所需模具量年增长率约为10%。一台电冰箱约需模具350副，价值约4000万元；一台全自动洗衣机约需模具200副，价值3000万元。一台空调器仅塑料模具就有20副，价值150万元。单台彩电大约共需模具约140副，价值约700万元，仅彩电模具每年就有约28亿元的市场。随着汽车制造业和IT制造业的飞速发展，国内模具工业近年来取得了飞速发展。目前，我国塑料工业的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求。塑料模具在整个模具行业中所占比例已达30%左右，预计在未来模具市场中，塑料模具占模具总量的比例仍将逐步提高，且发展速度将快于其他模具。随着家电市场竞争的白热化，外壳设计成为重要的一环，对家电外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新要求。业内人士普遍认为，大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品）的注塑模具将得到市场的欢迎。

目前，由于中国经济的高速发展对塑料模具工业的要求是越来越严格，因此为塑料模具工业的发展提供了巨大的动力。据目前准确数据统计，中国全年塑料模具产值高达534亿元，这是一个已经存在的事实。由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、PVC塑料管材接头模具成为模具市场新的经济增长点，以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大。家用电器行业在十二五期间将有较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大。同时，塑料模具行业结构调整步伐在不断加快，面向市场的专业塑料模具厂家得数量及能力也在较快增长。汽车工业近年来增长快速，也拉动了模具档次的提高，精良的模具制造装备为模具技术水平的提升提供了保障。汽车模具潜在市场巨大。每一种型号的汽车都需要几千副模具，价值上亿元，而我国大型精密模具的制造能力不足。据介绍，目前我国高档轿车的覆盖件模具几乎全部为进口产品。高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展也将高于总平均水平。有专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将步提高，其发展速度将高于其他模具。

近几年，模具中高端市场由替代进口转向开始出口，向发达国家市场拓展。国内模具技术发展迅速，大型精密模具水平节节攀升，大型模具、精密模具、大型汽车结构件冲压级进模、先进新型复合模具以及复杂多功能模具等纷纷涌现出来，引领着国内模具技术飞速发展。

模具技术的特点注定创新能力是模具企业生存的关键，目前出现的大量新结构、新方法、新工艺以及新技术，已经成为我国的模具技术发展的新动力，许多新结构、新方法、新工艺以及新技术技术水平处于国际领先水平，必将形成我国模具技术新的核心竞争力。

近年模具生产过程中出现的温度控制、熔接痕控制、流量控制、冷却过程控制等模具信息控制应用技术，及塑料膜成形过程在线控制、压铸模成形过程在线控制、冷冲模成形过程在线控制等一大批成形过程在线控制模具。而这种模具成形过程的在线智能化控制必将成为我国乃至世界模具发展的里程碑。随着市场需求的变化以及竞争的加剧，模具企业单纯的模具设计制造模式已经不能满足市场竞争的需要，部分企业已经开始主动配合产品生产企业工作，参与产品生产企业的研发、设计和生产服务，提供全过程的模具、工装甚至产品服务，使模具企业由制造业向制造服务型企业转变。经过多年的发展，模具产业的集群效应已经显现出来，无论从企业规模还是技术水平都显现出模具产业集群的成效，说明模具产业集群是一条模具发展的有效途径。许多专业化模具企业因其专、特而发展迅速，水平直追国际先进水平。但大多数模具企业还是“大而全”、“小而全”。必须摆脱“大而全”、“小而全”的模具企业形式，专业化发展仍然是模具企业的必由之路。努力发展自己的专有模具技术，形成核心竞争力，使企业在未来的市场竞争中占有一席之地。精冲工艺与冲裁工艺相结合的冲压模具，与国际先进水平相差甚远，精密冲裁模具还是国内模具技术的短板因而任重而道远。随着国内模具行业的日趋发展，模具日趋大型化，这主要是由于高生产效率要求而决定的。为了提高生产效率而发展起来的“一模多腔”技术正在等到越来越广泛的应用。很显然，同样的一次注塑过程可以同时制造多个产品，生产效率自然翻番了。而另外一个原因则是零部件也日趋大型化了，也这直接导致了模具必须大型化。面对这样的现象，怎样满足大型模具和零部件越来越高的表面精度要求一直困扰着国内模具行业。而要顺利突破这个瓶颈，就必须要突破人才、技术和资金的困扰。有条件的企业要投入高精尖的新型数控设备，另外还要积极举办各种培训班，积极培养专业人才，为模具产业的发展奠定一定的基础。

综上所述，随着我国先进制造业的发展和制造业的国际化，我国模具行业正在经历着有进口替代转向出口，技术水平快速与国际接轨。但国内激烈的市场竞争日趋白热化，已经严重影响了模具企业的生存，种种迹象表明，模具行业面临重新洗牌的问题，模具企业必须认识和充分重视核心竞争力的形成，利用模具产品的专业化和差异化发展，为产品企业提供更好地服务。因此，创新能力是模具企业生存的关键，专业化发展是模具企业的必由之路。

6 结束语

近年来，随着汽车、电子、IT、家电等行业的快速发展，人们对塑料制品的精度、形状、功能、成本等提出了更高的要求，作为重要生产装备的模具技术也发生了翻天覆地的变化，无论是设计理念、制造手段还是先进模具材料的采用都在飞速地发展和不断地更新。模具技术正向着更精密、更复杂、更大型、更可靠及低材耗、低能耗的方向发展。我国部分精密、大型、复杂、长寿命塑料模具仍存在缺口，当下塑料模具制造企业必须着眼提高产品档次和降低制造成本，实现从模具大国向模具强国的战略转变，我国的模具水平很快就能与跻身世界先进行业。

［1］袁根华.个性化产品需求下的塑料模具绿色设计.塑料2014年第43卷第3期17－20页.

［2］李进卫.谈塑料模具钢材的性能特点及其应用.重钢技术2013年第56卷第4期25－31页.

［3］缪睿.浅谈塑料模具的发展现状.中国化工贸易2013年第5卷第3期269－269页.

（完）