【摘要】簡(jiǎn)要介紹了塑料模具鋼應(yīng)具備的基本性能，并闡述了塑料模具鋼的分類及應(yīng)用情況。                                    
        ChooseandApplicationofPlasticsmoldSteel      
        A【bstract】Introducedbrieflythebasicperformancethatplasticsmoldsteelneedhave，and   elaboratedclassificationandapplicationofplasticsmoldstee1．      
        Keywords：plasticsmoldsteel；performancerequirement；choose；application

 1 引言                                 
       塑料制品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門的應(yīng)用日益廣泛，塑料的產(chǎn)量按體積計(jì)算在世界上已超過(guò)鋼鐵的產(chǎn)量。塑料模具是塑料制品成形加工工業(yè)不可缺少的工具，塑料模具的結(jié)構(gòu)和形狀比較復(fù)雜、品種規(guī)格多、要求低的表面粗糙度值、制造難度大，因此探討塑料模具制造中的選材問(wèn)題，綜合考慮其工作條件、失效、性能等情況，合理地選用材料以提高模具使用壽命就顯得極其重要。
       塑料模具一般要在 200～300℃溫區(qū)內(nèi)服役，模具要承受較大的機(jī)械負(fù)荷，易磨損，型腔會(huì)有腐蝕氣體腐蝕，因此塑料模具鋼應(yīng)具備以下基本性能。
      (1)較高的硬度、良好的耐磨性、足夠的硬化深度、心部要有足夠的強(qiáng)韌性，以免發(fā)生脆斷及塑性變形。
      (2)機(jī)械加工性能好，并具有良好的鏡面拋光性 能和表面圖案光蝕性。
      (3)導(dǎo)熱性能好，線脹系數(shù)小，熱處理變形小，金相組織和模具尺寸穩(wěn)定。
      (4)有的塑料模具鋼還要求有一定的耐蝕性和良好的耐熱性。
 2 常用塑料模具鋼的分類 

      我國(guó)塑料成型模具產(chǎn)值已占模具工業(yè)總產(chǎn)值的首位，相對(duì)應(yīng)的塑料模具鋼已占全部模具用鋼量的50％以上。我國(guó)過(guò)去無(wú)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，因而模具硬度低、耐磨性差，表面粗糙度值高，加工出來(lái)的塑料制品外觀質(zhì)量較差，而且模具使用壽命低；精密 塑料模具及硬度高的塑料模具采用CrWMn、Crl2MoV 等合金工具鋼制造，不僅機(jī)械加工性能差，而且難于加工性狀復(fù)雜的型腔，更無(wú)法解決熱處理變形問(wèn)題。       近年來(lái)在引進(jìn)國(guó)外塑料模具鋼的同時(shí)，我國(guó)自行研制和開(kāi)發(fā)了一批新型塑料模具專用鋼，形成了具有我國(guó)特色的塑料模具鋼系列。
      (1)碳素塑料模具鋼。
      由于碳素塑料模具鋼具有加工性能好、價(jià)格便宜、 原料來(lái)源方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于制造形狀簡(jiǎn)單的小型模具或精度要求不高、使用壽命不需很長(zhǎng)的模具。       YB／T074—1997中列出的有SM45、SM50、SM55等鋼號(hào)，這類鋼與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，鋼中的實(shí)際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(duì)于硬度要求較高的、尺寸較小的熱固性塑料模具，一般采用含碳量為0．7％～1．3％的高碳碳素工具鋼 制造，如，r7、T8、T10、T11、T12等鋼，該類鋼熱處理后可以得到高硬度和高耐磨性。     
    (2)滲碳型塑料模具鋼。       
       滲碳型塑料模具鋼主要用于冷擠壓成型塑料模具，一般要求較低的含碳量，同時(shí)鋼中加入能提高淬透性而固溶強(qiáng)化鐵素體效果又小的合金元素，Cr、Ni 是比較理想的元素，Si含量應(yīng)盡量低。這類鋼首先要冷擠壓成形，因此其退火態(tài)必須有低的硬度、高的塑性和低的變形抗力。為了提高模具的耐磨性，這類鋼在冷擠壓成型后一般需進(jìn)行滲碳和淬火、回火處理，使模具有一定的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，表面硬度可達(dá) 58-62HRC，而心部仍有較好的韌性。
       滲碳型塑料模具鋼在國(guó)外有專用鋼種，如美國(guó)的 P1、P2、P4、P6。日本的CH1、CH2、CH4，瑞典的8416 等，國(guó)內(nèi)納入標(biāo)準(zhǔn)的有SM1CrNi3、SM2CrNi3MoAIS。另 外常用 的鋼 種還 有 ：20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、 20CrMnTi、20CrMnMo、20Cr2Ni4A、0Cr4NiMoV(LJ)等。      
(3)預(yù)硬型塑料模具鋼。       
對(duì)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(guò)程中產(chǎn)生變形，因此模具鋼以預(yù)硬化狀態(tài)供應(yīng)市場(chǎng)。
       所謂預(yù)硬化型塑料模具鋼是由鋼廠在供貨時(shí)已預(yù)先對(duì)模具進(jìn)行了熱處理，使之達(dá)到了模具使用時(shí)的硬度，根據(jù)模具工作條件這個(gè)硬度范圍變化較大，較低硬度為25-35HRC，較高硬度為40～45HRC，在這種硬度條件下，可以把模具加工成形不再進(jìn)行熱處理而直接使用，從而可避免模具加工后再進(jìn)行淬火、回火熱處理操作所造成的氧化、脫碳、變形和開(kāi)裂，從而保證了模具的制造精度。        已納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)硬化型塑料模具鋼有： SM3Cr2Mo、SM3Cr2MnNiMo (GB／T1299—2000中的3Cr2Mo、3Cr2MnNiMo)。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。        另外調(diào)質(zhì)硬化型塑料模具鋼號(hào)有：40Cr、42CrMo、 38CrMoA1、3CrMnSiNi2A、5CrMnMo、5CrNiMo等。       
(4)易切削硬化型塑料模具鋼。
        塑料模具的形狀復(fù)雜，價(jià)格較高，在其成本的構(gòu)成中切削加工所占比例較大，而預(yù)硬化型塑料模具鋼在加工時(shí)硬度較高，尤其在高硬度區(qū)間(36～45HRC),可切削性能差。為了節(jié)省在制造模具過(guò)程中切削加工工時(shí)，延長(zhǎng)刀具使用壽命，降低模具成本，國(guó)內(nèi)外發(fā)展了一些易切削預(yù)硬模具鋼，即在煉鋼時(shí)加入易切削元素及變質(zhì)劑，如S、Ca等來(lái)改善鋼的切削性能。         國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的易切削預(yù)硬型塑料模具鋼有 ： 5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)、Y55CrNiMnMoVS(SM1)和 8Cr2MnWMoVS鋼等。       
(5)時(shí)效硬化型塑料模具鋼。      
 模具熱處理后變形是模具熱處理三大難題之一 (變形、開(kāi)裂、淬硬)。對(duì)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(wèn)題，但模具要求硬度高又給加工造成困難。為此發(fā)展了一系列的時(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，由于時(shí)效處理溫度低，模具變形較小，是精密復(fù)雜模具理想用鋼。         
       國(guó) 內(nèi) 常 用 的 無(wú) 磁 塑 料 模 具 鋼 有    (PMS)、25CrNi3MoAI、06Ni6CrMoVTiAI鋼等多種，本 文簡(jiǎn)要介紹PMS鋼的性能及熱處理。
       PMS鋼是一種低碳的鎳、銅、鋁鐵合金鋼，是新型時(shí)效硬化型鏡面塑料模具鋼，具有優(yōu)良的鏡面加工性能，固溶溫度 870℃左右，保溫一定時(shí)間后空冷，固溶后硬度為28～33HRC，固溶處理的目的是為了使合金元素在基體充分溶解，使固溶體均勻化并達(dá)到軟化，便于切削加工，在模具加工后進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度約為510℃，即可獲得40～45HRC的較高硬度，最后進(jìn)行拋光處理。
      (6)耐蝕性塑料模具鋼。
       在生產(chǎn)中會(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。當(dāng)塑料制品的產(chǎn)量不大、要求不高時(shí)，可以在模具表面采取鍍鉻保護(hù)措施， 但大多數(shù)情況需采用耐蝕鋼制造，YB／T094—1997中列出的耐蝕性塑料模具鋼有：SM2Cr13、SM3Cr17Mo、 SM4Crl3，另外還有9Cr18高碳高鉻馬氏體不銹鋼、 1Crl8N9Ti奧氏體不銹鋼及0Crl7Ni4Cu4Nb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(guó)內(nèi)又研制了馬氏體時(shí)效硬化鋼P(yáng)CR(0Cr16Ni4Cu3Nb)和AFC-77(1Cr14Cu13Mo5V)鋼，這類鋼適于制造要求高耐磨、高精度和耐腐蝕的塑料模具，提高了耐腐蝕模具鋼的產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)了模具的使用壽命。
      (7)高耐磨塑料模具鋼。
        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(zhǎng)的塑料模具，一般選用高耐磨塑料模具鋼。YB廠r094—1997中 列 出 的 有 SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiV1、   SMCr12Mo1V1等，另外國(guó)內(nèi)常用的9Mn2V、CrWMn、Cr2、Crl2、Cr5MolV、Cr2Mn2SiWMoV、7CrSiMnMoV鋼 等。該類鋼成形后需進(jìn)行淬火、回火熱處理，硬度通常要求高于45～50HRC。 
       對(duì)于大型、精密、形狀復(fù)雜的型腔及嵌件，要求熱 處理后有優(yōu) 良耐磨性的模具可考慮選用基體鋼和高速鋼(W6Mo5Cr4V)。       (8)無(wú)磁塑料模具鋼。       無(wú)磁塑料模具鋼主要用于制造生產(chǎn)磁性塑料制品和其他磁性材料制品用的壓制成型模具，這類模具鋼在強(qiáng)磁場(chǎng)中不會(huì)被磁化，保證了磁性塑料制品在生產(chǎn)過(guò)程中即使被磁化，但仍然容易脫模。       國(guó)內(nèi)典型的時(shí)效硬化鋼有 ：1Nj3Mn2CuAlMo 7M15Cr2Al3V2WMo、1Crl8Ni9Ti等，這兩種鋼在各種狀態(tài)下都能保持穩(wěn)定的奧氏體組織，具有非常低的導(dǎo)磁系數(shù)，適于制造無(wú)磁塑料模具鋼。對(duì)于奧氏體不銹鋼 1Crl8Ni9Ti，為了提高其耐磨性，一般還需進(jìn)行氮化熱處理。       (9)非調(diào)質(zhì)型塑料模具鋼。        非調(diào)質(zhì)型塑料模具鋼是一種新型模具鋼，這類鋼的共同特點(diǎn)就是碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼中加人微合金元素(主要是V、Ti、Nb、N等)通過(guò)控制軋制(控鍛) 和控制冷卻等，即可達(dá)到所要求的硬度 (一般為30~ 40HRC)，這樣就節(jié)約了熱處理工序和熱處理設(shè)備，避免了在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生變形或淬火裂紋所造成的廢品，改善了勞動(dòng)條件，具有 良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效 益 。 該 類 鋼 號(hào) 有 ：F45V、YF45V、YF45MnV、 GF40MnSiVS，以及上海寶鋼公司研制和生產(chǎn)的B20、 B25、B30等，目前這類鋼還在進(jìn)一步發(fā)展中。

3 塑料模具鋼的應(yīng)用

        在塑料模具鋼的應(yīng)用中，一般遵循的原則是：在塑料零件成型的模具中，被成型塑料的種類、生產(chǎn)批量、工作復(fù)雜程度、尺寸精度和表面粗糙度值等質(zhì)量要求是選擇塑料模具鋼的主要因素。       (1)根據(jù)塑料制品的生產(chǎn)，批量應(yīng)用模具鋼材料。        選用模具鋼種類和塑料制品的生產(chǎn)批量大小有關(guān)。生產(chǎn)批量小，對(duì)模具的耐磨性及使用壽命要求不高，為 了降低模具造價(jià)，不必選用高級(jí)優(yōu)質(zhì)模具鋼，只選用普通模具鋼即可滿足使用要求。具體選用可參考表l。
      (2)根據(jù)塑料制品的種類和質(zhì)量要求選用模具材料。         a．對(duì)型腔表面要求耐磨性好、心部要求韌性好，但形狀不復(fù)雜的塑料注射模，可選用低碳結(jié)構(gòu)鋼和低碳 合金結(jié)構(gòu)鋼。這類鋼在退火狀態(tài)下塑性很好硬度低， 退火后硬度為85～135HBS，其變形抗力小，可用冷擠壓成形，大大減少了切削用量。例如20鋼、20Cr均屬于此類鋼。對(duì)于大、中型且型腔復(fù)雜的模具，可選用lJ鋼和12CrNi3A、12Cr2Ni4A等優(yōu)質(zhì)滲鋼。這類鋼經(jīng)滲碳、淬火、回火處理后，型腔表面有很好的耐磨性，基體又有較高的強(qiáng)度和韌性。         表 1 依據(jù)塑料制品的生產(chǎn)批量選用模具鋼  
         塑料制品生產(chǎn)批量             選用鋼材     
            1O～2O萬(wàn)件          SM45、SM55、40Cr    
              3O萬(wàn)件            P20、5NiSCa、8CrMn     
              60萬(wàn)件             P20、5NiSCa、SM1     
              80萬(wàn)件              P20、8CrMn     
             120萬(wàn)件              SM2、PMS     
             150萬(wàn)件            PCR、LD2、65Nb    
             200萬(wàn)件以上       065Nb、06NiTTi2Cr、012A1滲氮、  25CrNiMoA1滲氮、Crl2MolV1       
        b．對(duì)聚氯乙烯、氟塑料及阻燃ABS塑料制品，所用模具鋼必須有較好的抗腐蝕性。因?yàn)檫@些塑料在熔融狀態(tài)會(huì)分解出HCI、HF和SO等氣體，對(duì)模具型腔有一定的腐蝕性。這類模具中的成型件常用耐蝕塑料模具鋼，例如2Cr13、4Cr13、PCR、18Ni、AFC一77等。       
        c．對(duì)生產(chǎn)以玻璃纖維作增強(qiáng)材料的塑料制品的注射模或壓縮模，要求有高的硬度、高耐磨性、高的抗壓 強(qiáng)度和較高韌性，以防止模具型腔表面被過(guò)早磨損壞,或因模具受高壓而發(fā)生局部變形，故常用淬硬模具鋼制造，經(jīng)淬火、回火后得到所需的模具性能。例如選用T8A、T10A、Cr6W 、Crl2、Crl2MolV1、9Mn2V、CrWMn以及基體鋼等。       
        d。制造透明塑料制品的模具，要求模具鋼材有良好的鏡面拋光性能和高耐磨性，所以要采用時(shí)效硬化鋼，如 18Ni、PMS、PCR等，也可選用預(yù)硬型鋼，如SM3Cr2Mo、SM3Cr2NiMnMo及8CrMn、5NiSCa等。      
        (3)根據(jù)塑料制品的尺寸大小及精度要求選用模具材料。         
         對(duì)大型、高精度的注射模具，當(dāng)塑料制品的生產(chǎn)批量大時(shí)，采用預(yù)硬化鋼。由于模具型腔大，模具壁厚加 大，因此對(duì)鋼的淬透性要求高，熱處理后要求變形小。預(yù)硬型鋼材在機(jī)械加工前進(jìn)行了預(yù)硬處理，機(jī)械加工后不再進(jìn)行熱處理，以防止熱處理變形。常選用的鋼號(hào)有SM3Cr2Mo、SM3Cr2NiMnMO、SM1、PMS、8CrMn等。      
        (4)根據(jù)塑料制品形狀復(fù)雜程度選用模具材料。如果塑料制品的形狀簡(jiǎn)單、生產(chǎn)批量小，可選用SM45、SM50、SM55鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理即可，對(duì)形狀復(fù)雜的可選用預(yù)硬化鋼或時(shí)效硬化鋼,SM3Cr2MoSM3Cr2NiMnMo42CrMo38CrMoA15NiSCaSMJr  8Cr2S及PMS等。               (5)塑料模具中其它零件的選用。
   塑料模具中的其它零件，如頂桿、拉料桿、各種模板、頂出板、固定支架等，其拋光性、耐腐蝕性等要求較模具本身的要求低，一般可選用與模具本身材料相同或性能稍低的常用模具材料，經(jīng)過(guò)合理的熱處理即可。這樣既能達(dá)到使用要求，又能降低模具成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

       由于塑料的品種不同、性能各異，而塑料制品的尺寸、形狀復(fù)雜程度、精度、表面粗糙度值和生產(chǎn)批量等各方面的要求不同，因此塑料模具鋼的選擇和應(yīng)用應(yīng)根據(jù)模具的生產(chǎn)條件和模具的工作條件的需要，結(jié)合模具材料的基本性能和相關(guān)因素來(lái)選擇符合模具需要、經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上先進(jìn)的模具材料，從而提高塑料產(chǎn)品的質(zhì)量和模具的使用水平。隨著塑料工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，塑料模具鋼材料的發(fā)展也會(huì)達(dá)到一個(gè)新的水平。