作者：趙昌盛
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
我國塑料成形模具產(chǎn)值已占模具工業(yè)總產(chǎn)值的首位，相對應(yīng)的塑料模具鋼已占全部模具用鋼量的50﹪以上。我國過去無專用的塑料模具鋼，一般塑料模具鋼用正火的45鋼或40Cr鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后制造，因而模具硬底低、耐磨性差和表面粗糙度值高，加工出來的塑料制品外觀質(zhì)量差，而且模具使用壽命低；精密塑料模具及硬度高的塑料模具由CrWMn、Cr12MoV等合金工具鋼制造，不僅機(jī)械加工性能差，而且難于加工形狀復(fù)雜的型腔,更無法解決熱處理變形問題。
近年來，在引進(jìn)國外塑料模具鋼的同時(shí)，我國自行研制和開發(fā)了一系列新型塑料模具專用鋼，形成了我國特色的塑料模具鋼系列。
1、碳素塑料模具鋼的應(yīng)用
由于碳素塑料模具鋼具有加工性能好、價(jià)格便宜、原料來源方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于形狀簡單的小型模具或精度不高、使用壽命不需很長的模具。
YB/T074-1997中列出的有SM45、SM50和SM55等鋼號(hào)，這類鋼與優(yōu)質(zhì)碳素鋼相比，鋼中的S、P含量低，鋼材的純凈度好，且碳含量波動(dòng)范圍窄，力學(xué)性能更穩(wěn)定。
對于硬度要求較高，尺寸較小的熱固性塑料模具，一般采用wC=0.7﹪~1.3﹪的高碳碳素工具鋼制造，如T7、T8、T9、T10、T11、T12等鋼。該類鋼熱處理后可以得到高的硬度和高的耐磨性。
2、滲碳型塑料模具鋼的應(yīng)用
一些復(fù)雜的塑料模具型腔采用冷擠壓的方法，在淬硬的方法直接壓制出來，省去型腔的切削加工，這對于成批生產(chǎn)的模具是一種十分經(jīng)濟(jì)的加工方法。模具加工后經(jīng)過滲碳、淬火、低溫回火后具有高硬度、高耐磨性的表面和韌度良好的心部組織，可以制作各種要求表面高耐磨性、心部韌性好的模具。這就需要選用滲碳型塑料模具鋼。
滲碳型塑料模具鋼碳含量很低，一般為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1﹪~0.2﹪，塑性變形抗力很小，軟化退火后硬度≤160HBW，復(fù)雜型腔≤130HBW，以便型腔的冷擠壓。過去我國一般采用低碳鋼和低碳合金鋼，如15、20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、20Cr2Ni4和20CrMnTi等鋼。我國近年來研制的冷擠壓成形塑料模具專用鋼LJ（0Cr4NiMoV），該鋼經(jīng)冷擠壓成形后經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火后，表面硬度達(dá)58~62HRC，心部硬度28HRC，模具耐磨性好，無塌陷及表面剝落現(xiàn)象，可用于制造形狀復(fù)雜和承受載荷較高的塑料成形模具。
3、預(yù)硬型塑料模具鋼的應(yīng)用
對于形狀復(fù)雜、精密的大中型塑料模具，為了避免其在淬火熱處理過程中產(chǎn)生變形，因此模具鋼以預(yù)化狀態(tài)供應(yīng)市場。
該類鋼一般為中碳低合金鋼，在鋼廠經(jīng)過鍛打后制成模塊，預(yù)先熱處理，使之達(dá)到模具使用時(shí)的硬度，從而可避免由于熱處理而引起的模具變形和裂紋問題，從而保證了模具的制造精度。
已納入國家標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)硬化型塑料模具鋼有：SM3Cr2Mo鋼、SM3Cr2MnNiMo鋼，供貨硬度一般為28~36HRC，適于制造大中型和精度高的塑料模具。
為了改善預(yù)硬化型塑料模具鋼的加工性能，往往在預(yù)硬鋼中加入易切削元素S、Ca、Pb、Sb等。我國先后研制了一些易切削預(yù)硬型塑料模具鋼，如5CrNiMnMoVSCa鋼、8Cr2MnWMoVS鋼、4CrMnVBSCa鋼、5CrNiMnMoVS鋼等，使鋼在較高硬度下的切 削加工性能顯著改善。預(yù)硬化易切削塑料模具鋼不僅可以用于制造大、中型精密注塑模具，而且也可以用于制造精密復(fù)雜的冷作模具。
4、時(shí)效硬化型塑料模具鋼的應(yīng)用
模具熱處理后變形是模具熱處理三大難題之一（變形、開裂、淬硬）。對于復(fù)雜、精密等高檔次的塑料模具，要保證高的使用壽命，模具材料必須具有高的綜合力學(xué)性能。預(yù)硬型塑料模具鋼雖然解決了模具熱處理變形問題，但模具要求硬度高又給加工造成困難，為此開發(fā)了一系列的時(shí)效硬化型塑料模具鋼。模具鋼經(jīng)淬火（固溶）后變軟（硬度約為28~34HRC），便于切削加工，待模具制造成形后再進(jìn)行時(shí)效處理，獲得所需要的綜合力學(xué)性能。另外，由于時(shí)效溫度低，模具變形較小，因此是精密復(fù)雜模具的理想用鋼。
國內(nèi)典型的時(shí)效硬化鋼有PMS（lNi3Mn2CuAlMo）鋼、06Ni（06Ni6CrMoVTiAl）鋼、25CrNi3MoAl鋼、SM2（20CrNi3AlMnMo）鋼等。
5、耐蝕塑料模具鋼的應(yīng)用
在生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生腐蝕介質(zhì)的塑料制品時(shí)，模具材料必須具有較好的抗腐蝕性能。因此模具需選用耐蝕塑料模具鋼制造，常用的耐蝕性塑料模具鋼有：SM2Cr13、SM3Cr17Mo、SM4Cr13，另外還有9Cr18高碳高鉻馬氏體不銹鋼、1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼及0Cr17Ni4Cu4Nb馬氏體沉淀硬化不銹鋼等。
為了提高耐腐蝕模具鋼的加工精度，國內(nèi)又研制了馬氏體時(shí)效鋼P(yáng)CR（0Cr16Ni4Cu3Nb）和AFC-77(1Cr14Cu13Mo5V)鋼，這類鋼適合制造要求高耐磨、高精度和耐腐蝕的塑料模具時(shí)，提高了耐腐蝕模具鋼的產(chǎn)品質(zhì)量，延長了模具的使用壽命。
6、高耐磨塑料模具鋼的應(yīng)用
用于壓制熱固性塑料、復(fù)合強(qiáng)化塑料產(chǎn)品的模具，以及生產(chǎn)批量很大，要求模具使用壽命很長，一般選用高耐磨塑料模具鋼，如SM4Cr5MoSiV鋼、SM4Cr5MoSiV1鋼、SMCr12MoV1鋼等。對于大型、精密和形狀復(fù)雜的型腔及嵌件，要求熱處理后有優(yōu)良耐磨性的模具可選擇基體鋼和高速鋼。
另外對于制造磁性塑料制品的模具可選用無磁模具鋼。
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