塑料模具材料的研制与应用

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　　1前言

　　改革开放以来，我国塑料工业迅速发展，对塑料模具材料(主要是钢材)的需求量越来越大，并对钢的质量和性能要求越来越高。目前用户使用的塑料模具钢有国产的，也有进口的，年消耗量很大。近十几年来，国内许多单位在研制新型塑料模具钢、提高冶金质量、优化热处理工艺、提高模具寿命等方面做了大量的工作，为用户提供了很多质优价廉的塑料模具钢，获得了明显的技术经济效益。

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　　塑料模具钢的开发研制有两种方式：

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　　(1)根据钢的合金化成分设计原理并结合我国资源与冶金技术的实情，研制高性能、长寿命、尽量少用贵重合金元素的新钢种。

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　　(2)引进国外一些性能优良的钢种，进行国产化研制，以取代价格昂贵的进口钢材。

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　　本文系统地介绍我国塑料模具材料的研制与应用概况，以便进一步推广应用。

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　　2塑料模具材料概述

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　　2.1塑料模具材料的分类和特点

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　　(1)模具钢见图1。

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　　(2)有色合金导热性好，制模容易，成本低。可选用国家标准中有关铸造或锻造的铜基、铝基、锌基合金。

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　　(3)钢结硬质合金以合金钢粉末作粘结相，以金属碳化物(WC，TiC)作硬质相，直接模压及烧结成为模具型腔。它可热处理，具有高硬度、高耐磨性和一定的韧性，但表面抛光有限，用于以玻璃纤维为填料的增强塑料模具，但价格较贵，可按国家标准“GB／T10417—89碳化钨钢结硬质合金”选用，非标准牌号可从文献［1，2］中选用。

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　　(4)镍基合金非常耐蚀耐磨，但是价格昂贵。可按国家标准“GB／T15007—94耐蚀合金牌号”选用。

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　　2.2塑料模具钢的性能要求

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　　(1)材料高度纯洁，组织均匀致密，无网状及带状碳化物，无孔洞疏松及白点等缺陷。

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　　(2)应具有良好的热加工工艺性能，热处理变形少，尺寸稳定性好。

　　(3)淬透性高，热处理后应具有高的强韧性、高的硬度和耐磨性，等向性能好。

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　　(4)在硬化状态下应具有良好的镜面抛光性(成型面表面粗糙度Ra≤0.100μm)及花纹图案蚀刻性。这2种特性主要取决于钢的硬度、纯净度、晶粒度、夹杂物形态、组织致密性和均匀性等因素。其中高的硬度及细的晶粒，均有利于镜面抛光。

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　　(5)预硬后应具有良好的切削加工性。

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　　(6)应具有良好的耐氟氯腐蚀性和一定的耐热性。

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　　2.3我国塑料模具钢的应用与市场概况

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　　目前大量应用的预硬化钢，是在钢厂预先热处理到一定的硬度供货的钢材。其中易切削钢预硬硬度为35～50HRC，一般切削钢预硬硬度为28～35HRC，然后由用户直接作切削加工成型，不再淬火，因而可有效地避免模具淬火变形开裂，并能缩短制模周期、节约能源和降低生产成本。

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　　据有关信息报道，目前有相当一部分关键的大型、精密、复杂、长寿命的模具(例如56cm以上的彩色电视机壳体塑料模具)要依靠进口［3］。根据不完全统计，仅珠江三角洲近百间塑胶模具厂(包括中外合资厂)，每年从国外进口高级塑胶模具钢多达3000～5000t，其价格高达5.8～6万元／t［4］。因此，为适应市场需求，必须大量生产应用面广的优质塑料模具钢，以物美价廉来提高市场竞争力，逐步以国产钢材取代价格昂贵的进口钢材。

　　2.4易切削预硬化塑料模具钢的类型和特性

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　　为了改善钢的被切削性，可向钢中添加易切削元素，形成易切削相。常用的有：

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　　(1)S系易切削钢在含S钢中加适量的Mn(Mn／S≥4)，由于形成较多的低强度MnS夹杂，破坏钢的基体连续性，并降低刀具与材料间的摩擦系数，所以其切削性能优良，但使钢的横向力学性能下降［5，6］。

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　　(2)Ca系易切削钢钢在熔炼脱氧时，加入微量的Ca，通过改变氧化物、硫化物夹杂物的性态来改善钢的切削性。该钢较纯净，对力学性能没有不利的影响［6］。

　　(3)Ca-S复合系易切削钢在含S钢中加适量的Ca，可对MnS形态进行变质处理，使其由长条状变为纺锤状并均匀分布，改善了钢的等向性能并易于切削。研究表明：这些纺锤状的(Mn，Ca)S夹杂基本不影响钢的镜面抛光性，其原因可能是(Mn，Ca)S相在磨削和抛光过程中起“固体润滑剂”作用的结果［7，8］。

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　　(4)Re-S复合系易切削钢钢中加入适量的Re能使钢净化及细化组织，并对硫化物夹杂有变质作用，使MnS转变成球状分布的稀土硫化物、稀土氧硫化物以及纺锤状的(Re，Mn)S夹杂物，使钢易于切削，并改善钢的横向力学性能［6］。

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　　(5)Re-Ca-S复合系易切削钢由于Ca、Re的变性作用，钢中生成球状或纺锤状的(Mn，Ca)S-Re2S3夹杂物并均匀分布，使钢具有优良的切削加工性和镜面抛光性，并显著改善钢的横向力学性能［9，10］。