塑料模具钢的性能和选用

娄美

摘 要：塑料模具钢是塑料成型的重要工具，因此考察塑料模具钢的性能并准确把握符合生产需求的塑料模具钢的选用有很大的意义。本文着重对塑料模具钢的性能和选用问题做出了细致分析，并对塑料模具钢的生产结构进行展望。

关键词：塑料模具钢 性能 塑料模具

随着轻工业的不断发展，日常生活中对于塑料件的使用也日益广泛并多元化，因此对于塑料模具钢的性能和选用提出了更高的要求。基于目前的认识，我们对于塑料模具钢的考察需要进一步深化，并对其性能做出新的判断。

1模具材料钢应具备的特性要求

塑料模具的零部件分为两大类：一类为结构件，包括浇注系统、导向件、顶模板、顶出机构、支承件等；另一类为成型件：包括型腔、型芯、嵌镶件等。其中第一类零件可按机械零件的要求进行强度和结构设计，材料一般选用中低碳素结构钢、合金钢和碳工钢。而成型件由于结构复杂，要求工件的尺寸精度高，表面粗糙度值低，接缝密合性好，对模具材料的力学性能、耐磨性及加工工艺都提出了专业的要求。

1.1模具的主要失效形式由于模具的工作温度较高，压力较大，有的塑料材料易于与模具表面发生磨损和腐蚀作用，有时还会受到脱摸带来的冲击和碰撞。其主要失效形式表现为：1）表面磨损：由于塑料中增强树脂填料，对模具型腔表面产生冲刷、磨损和腐蚀作用，从而影响到模具型腔表面粗糙度值升高，尺寸超差。2）变形：模具局部产生塑性变形，导致表面发生凹陷、皱纹、麻点和棱.角堆塌等损坏。3）断裂：由模具局部应力集中，导致出现的断裂现象。

1.2模具的制造和使用要求塑料模具对材料在强度和韧度上的要求低于冷作模和热作模。根据其失效形式和工作要求，其基本性能要求归纳为：1）保证足够的耐磨性：由于表面磨损是模具的主要失效形式之一，因此模具应当有足够的硬度，以保证模具的耐磨性，保证模具的寿命。通常需要选择合适的材料和恰当的热处理方法来满足硬度的要求，但当硬度达到一定值时，硬度对耐磨性的提高作用就不明显。2）减少热处理变形影响：由于注塑零件形状往往比较复杂，塑料模具在淬硬后很难加工，有时甚至无法加工。为了提高硬度，必须进行热处理。要采取适当的措施来减低热处理变形的影响，对于必须在热处理后进行加工的模具，应选用热处理变形小的材料。

2常用模具钢的类别及特性

2.1渗碳钢由于退火后的硬度低、塑性好，可以采用冷挤压法成型，从而提高工效，减低成本。挤压复杂型腔时，退火后的硬度小于100HBS；挤浅型腔时，小于160HBS，挤压成型后，经渗碳、淬火和回火处理，表面硬度为53～62HRC。达到表面耐磨性高，芯部韧性好的要求。08Cr4NiMoV（LJ）是国内开发的冷挤压成型专用钢，具有成型性能优良、渗碳层深、热处理变形小、耐磨性好等优点。其淬火处理的最佳温度是850℃，回火温度可视模具工作条件选择。

2.2调质型模具钢工艺要求是在完成模具机械加工后，再进行调质处理，使模具达到较好的综合机械性能。一类是45、55等优质碳素钢，适宜于形状简单或精度要求不高、使用寿命不长的模具。可以选用SM45、SM55等塑料模具专用（YB/T107-1997、YB/T129-1997），此钢材的纯净度好，力学性能稳定。另一类是合金钢，可以在调质后进行碳氮共渗，进一步提高耐磨性和抗蚀性。其中，40CrMo有良好的低温冲击韧度和低的缺口敏感性，适于制作中型模具。42CrMo属于高强度钢，且有较高的疲劳极限，低温冲击韧性好，适于制造要求一定强度和韧性的大、中型塑料模具。38CrMoAl是典型的渗碳钢，调质后渗氮处理，表面硬度高（大于850HV）并具有一定的抗蚀性。适用于PVC，PC的塑料模具。此外5CrNiMo、5CrMnMo等热作模具钢，在塑料模具中主要用于使用温度较高，耐磨性要求高的模具，如热固性塑料模。

2.3预硬性塑料模具专用钢可以直接使用已经预硬处理的模块、扁钢进行加工，避免了加工后再热处理所造成的各种缺陷，从而提高模具制作精度，缩短制造周期。

3塑料模具钢的选用

在塑料模具钢的应用中，一般遵循的原则是：在塑料零件成型的模具中，被成型塑料的种类、生产批量、工作复杂程度、尺寸精度和表面粗糙度值等质量要求是选择塑料模具钢的主要因素。（1）根据塑料制品的生产，批量应用模具钢材料。选用模具钢种类和塑料制品的生产批量大小有关。生产批量小，对模具的耐磨性及使用寿命要求不高，为了降低模具造价，不必选用高级优质模具钢，只选用普通模具钢即可满足使用要求。（2）根据塑料制品的种类和质量要求选用模具材料。a.对型腔表面要求耐磨性好、芯部要求韧性好，但形状不复杂的塑料注射模，可选用低碳结构钢和低碳合金结构钢。这类钢在退火状态下塑性很好硬度低，退火后硬度为85-135HBS，其变形抗力小，可用冷挤压成形，大大减少了切削用量。例如20钢、20Cr均属于此类钢。对于大、中型且型腔复杂的模具，可选用U钢和12CrNi3A、12Cr2Ni4A等优质渗钢。这类钢经渗碳、淬火、回火处理后，型腔表面有很好的耐磨性，基体又有较高的强度和韧性。b.对聚氯乙烯、氟塑料及阻燃ABS塑料制品，所用模具钢必须有较好的抗腐蚀性。因为这些塑料在熔融状态会分解出HCl、HF和S02等气体，对模具型腔有一定的腐蚀性。这类模具中的成型件常用耐蚀塑料模具钢，例如2Crl3、4Crl3、PCR、18Ni、AFC一77等。c.对生产以玻璃纤维作增强材料的塑料制品的注射模或压缩模，要求有高的硬度、高耐磨性、高的抗压强度和较高韧性，以防止模具型腔表面被过早磨损坏，或因模具受高压而发生局部变形，故常用淬硬模具钢制造，经淬火、回火后得到所需的模具性能。例如选用T8A、TIOA、Cr6W、Crl2、Crl2MolVl、9Mn2V、CrWMn以及基体钢等。d.制造透明塑料制品的模具，要求模具钢材有良好的镜面抛光性能和高耐磨性，所以要采用时效硬化.钢，如18Ni、PMS、PCR等，也可选用预硬型钢，如SM3Cr2Mo、SM3Cr2NiMnMo及8CrMn、5NiSCa等。

4小结

虽然我国模具总量已居世界第三，但国产模具钢由于冶炼工艺，热处理设备状况的差距，总体质量水平很难与国外模具钢相抗衡。纳入国家标准的塑料模具钢不多，国内模具钢特钢企业主要有长城特钢、抚顺特钢、上钢五厂、大冶特钢等8家企业；产品质量已较稳定，国内塑模材料主要以大模块及方扁型材为主。近年来，随着模具行业的发展，国内一些厂家也生产了P4410，PMs等较高档次的模具钢。但总得说来，在高端模具生产中，国产模具钢在质量稳定性和尺寸规格上还不能很好的满足生产的要求。

参考文献：

[1]翁松林. 塑料模具钢的性能和选用探讨[J]. 华章， 2013（19）.

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