初探塑料模具材料现状及发展方向

关键词： 塑料模具材料 现状 发展方向
中图分类号：ＴＱ３２
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－３７９１（２００９）１２（ａ）－０２４９－０２
塑料制品的应用日益广泛,为塑料模 具 提 供 了 一 个 广 阔 的 市 场 。据 有 关 方 面 预 测,模具市场的总体趋势是平稳向上的,在 未来的模具市场中,塑料模具的发展速度 将高于其它模具,在模具行业中的比例将 逐 步 提 高 。随 着 塑 料 制 品 的 迅 猛 发 展,塑料 模具的工作条件愈加复杂和苛刻,从而带 动了塑料模具材料的快速发展,主要表现 为全球范围内塑料模具材料的开发速度加 快 、品 种 迅 速 增 加 。目 前 塑 料 模 具 材 料 仍 以 钢为主。
(1)塑 料 模 具 钢 的 品 种 、规 格 迅 速 向 多 样 化 、精 料 化 、制 品 化 方 向 发 展 。目 前 市 场 要求钢厂能够供应经过机械加工的不同要 求 的 高 精 度 、无 脱 碳 层 的 精 料,同 时 要 求 钢 厂 能 够 供 应 经 过 淬 、回 火 和 精 加 工 的 模 板 、 模块等制品,模具成型后不需要再进行最 终热处理就可以直接使用。
２ 塑料模具材料发展现状［２－６］
模 具 材 料 包 括 模 具 钢 和 合 金 材 料 ,但 主要是模具钢。
目前,专用塑料模具钢系列主要包括 渗 碳 型 塑 料 模 具 钢 、淬 硬 型 塑 料 模 具 钢 、预 硬 型 塑 料 模 具 钢 、时 效 硬 化 型 塑 料 模 具 钢 、 耐蚀型塑料模具钢和无磁型塑料模具钢 等。
(1)渗碳型塑料模具钢。 此类钢含碳量一般在0.01%～0.25%的 范 围 内 。它 主 要 用 于 冷 挤 压 成 型 的 塑 料 模 具 。此 类 钢 在 冷 挤 压 成 型 后 一 般 都 进 行 渗 碳 和 淬 火 、回 火 处 理 , 表 面 硬 度 可 达 58 ～ 62HRC。此 类 钢 国 内 的 钢 号 有 20、20Cr、 20Mn、12CrNi3A、20CrNiMo、DT1、DT2钢以及
(2)进 一 步 提 高 模 具 钢 的 性 能 ,延 长 模 具 寿 命 。例 如 生 产 等 向 性 模 具 钢 ,改 善 钢 的 横向韧性和塑性,使其与纵向性能接近,可 以 大 幅 度 提 高 模 具 的 使 用 寿 命 。同 时 ,采用 精 炼 、大 断 面 无 缺 陷 连 铸 、高 刚 度 连 轧 机 及 高 精 度 轧 制 等 新 工 艺 、新 技 术 和 新 装 备,也 可有效提高模具钢的性能。
我 国 最 新 研 制 的 冷 成 型 专 用 钢 0Cr4NiMoV (LJ)钢。渗碳型塑料模具钢主要适用于形状简 单、尺寸小、多型腔的塑料模具。
(2)淬硬型塑料模具钢。 此 类 钢 热 处 理 后 的 硬 度 通 常 在 45HRC 以 上 。在 国 内 的 钢 号 有 T7A、T8A、T10A、 5 C r N i M o 、9 S i C r 、G C r 1 5 、9 C r W M n 、 3 Cr 2 W 8V 、4 5Cr 2N i Mo V Si 、Cr1 2 MoV 和 6CrNiSiMnMoV(GD)。其 中 GD钢 是 近 年 新 推 广 使 用 的 一 种 淬 硬 型 塑 料 模 具 钢 。该 钢 强 韧 性 高 、淬 透 性 和 耐 磨 性 好 , 淬 火 变 形 小 ,价 格 低 ,不 仅 降 低 成 本 ,而 且 可 以 有 效 提 高 模 具 的 使 用 寿 命 。淬 硬 型 塑 料 模 具 钢 主 要 适 用 于 制 造 形 状 较 复 杂 、精 度 较 高 和 耐磨性较好的塑料模具。 (3)预硬型塑料模具钢。 此类钢有较好的切削加工性能,可直 接进行型腔加工,加工后直接使用,不再进 行 热 处 理 。因 省 略 了 热 处 理 及 后 续 的 精 加 工 , 故 可 降 低 成 本 , 缩 短 制 造 周 期 。国 内 此 类 钢 主 要 有 3 Cr 2 M o ( P 2 0 ) 、3 Cr 2 N i M o 、 5NiS Ca、4Cr5Mo SiV S、8Cr 2S、8Cr2Mn、 Y55CrNiMnMoV(SM1)、WMoVS(8CrMn)等 钢 号 。其 中 P 20( 3Cr 2Mo) 也 是 国 外 使 用 最 广 泛的预硬型塑料模具钢, 现已被列入我国 合 金 工 具 钢 标 准,并 为 一 些 工 厂 采 用 。预 硬 型 塑 料 模 具 钢 适 用 于 制 造 成 型 批 量 大 、有 镜 面 要 求 的 模 具 ,硬 度 范 围 一 般 在 30～ 40HRC。 (4)时 效 硬 化 型 塑 料 模 具 钢 。 此类钢含碳量较低,往往先经固溶处 理,在低硬度下加工,成型后进行时效处理, 将 硬 度 提 高 至 45～ 50HRC。此 类 钢 国 内 的 钢 号 有 18Ni140级 、18Ni170级 、18Ni210级 、 2 5 C r N i 3 M o A l 、1 0 N i 3 M n C u A l M o S ( P M S ) 、 06Ni6CrMoVTiAl、Y20CrNi3AlMnMo(SM2)、 18Ni9Co等 。其 中 25CrNi3MoAl钢 属 于 低 镍 无钴时效硬化钢,这是参考了国外同类钢的 成分,并根据我国冶 炼 工 业 的 特 点及使用 厂家对性能的要求加以改进而研制的一种 新型时效硬化钢,填补了我国时效硬化型 精 密 塑 料 模 具 专 用 钢 种 的 空 白 。时 效 硬 化 型 塑 料 模 具 钢 适 用 于 制 造 形 状 复 杂 、高 精 度及透明塑料的模具。 (5)耐蚀型塑料模具钢。 加 工 聚 氯 乙 烯 塑 料 、氟 化 塑 料 、阻 燃 塑 料等塑料制品时,分解出的腐蚀性气体对 模具有腐蚀作用,故要求模具材料有一定 的耐蚀性,为此需在模具表面镀铬或直接 选 用 3 C r 1 3 、4 C r 1 3 、9 C r 1 8 、C r 1 8 M o V 、 C r 1 4 M o 、C r 1 4 M o 4 V 、1 C r 1 7 N i 2 、 0 C r 1 7 N i 7 A l 、1 C r 1 8 N i 9 、0 C r 1 7 N i 4 C u 4 N b (74PH)、0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)等 耐 蚀 钢 。 耐 蚀 型 塑 料 模 具 钢 适 用 于 制 作 含 氟 、氯 的
塑料模具材料除了模具钢以外,还有 一些合金材料。
(1)铜合金。 用作塑料模具材料的铜合金主要是铍 青 铜 ,如 ZCuBe 2、ZCu Be2. 4等 。一 般 采 用 铸 造 方 法 制 模 ,不 仅 成 本 低 ,周 期 短 ,而 且 还 可 制 出 形 状 复 杂 的 模 具 。福 建 二 轻 工 业 研究所研制的析出硬化型铜基合金, WTi=3 .5%～ 6.0%、WNi <0.2 %,经 固 溶 处 理 后 冷 压 成 型 ,再 时 效 硬 化 ,模 具 型 腔 质 量 好 。铍 青 铜 适 用 于 制 造 吹 塑 模 、注 塑 模 等。 (2)铝合金。 铝 合 金 的 密 度 小 ,熔 点 低 ,切 削 加 工 性 能和导热性能都优于钢,其中铸造铝硅合 金 还 具 有 优 良 的 铸 造 性 能 。因 此 ,用 铸 造 铝 合金来制造塑料模具,可缩短制模周期,降 低 制 模 成 本 。常 用 的 铸 造 铝 合 金 有ZL101、 ZL201、ZL302等。铝合金主要用于制造要求 高 导 热 率 、形 状 复 杂 、耐 蚀 的 塑 料 模 具 。 (3)锌合金。 用于制造塑料模具的锌合金大多为 Zn-4Al-3Cu共 晶 型 合 金 。用 此 合 金 通 过 铸 造方法可以加工出光洁而复杂的模具型 腔 ,并 可 降 低 制 模 费 用 、缩 短 制 模 周 期 。锌 合金适用于制造注塑模和吹塑模。 (4)钢结硬质合金。 钢 结 硬 质 合 金 具 有 高 硬 度 、高 耐 磨 性 、 耐 高 温 、耐 腐 蚀 和 一 定 的 韧 性,可 进 行 热 处 理 (退 火 、淬 火 、回 火 等 ),可 切 削 加 工 ,但 表 面 抛 光 性 有 限 。我 国 生 产 的 模 具 用 钢 结 硬 质 合 金 的 典 型 牌 号 有 GT35、R5、T1、D1、 TLMW50、GW50、GJW50 等。钢结硬质合金 常用于制造以玻璃纤维为填料的增强塑料 模具。 (5)低熔点合金。 目前使用较常见的一种低熔点合金是 WBi=58%、WSn=42%的 铋 锡 合 金 。利 用 低 熔点合金浇铸吹塑模具的型腔,不仅可以 缩短模具的制造周期,节约大量钢材,而且 还节省劳力。
学 术 论 坛
科技资讯 ２００９ ＮＯ．３４
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
初探塑料模具材料现状及发展方向
赵蓓蓓 （ 苏州托普信息职业技术学院机电系 江苏昆山 wenku.baidu.com２ １ ５ ３ １ １ ）
摘 要：本文阐述了塑料模具材料的发展现状，列举了目前的专用塑料模具材料种类，并对塑料模具材料今后的发展方向进行了展望。
(2)具 有 优 良 的 工 艺 性 能 。塑 料 模 具 在 工作过程中处于反复加热和冷却的状态, 为 了 防 止 型 腔 表 面 由 于 反 复 受 到 拉 、压 变 应力的作用下而使得模具失效,要求塑料 模具材料应具有较高的耐冷热疲劳性能。 同时,塑料模具的制造一般都要经过锻造、 切 削 加 工 、热 处 理 等 几 道 工 序 。为 保 证 模 具 的加工质量,降低生产成本,其材料应具有 良 好 的 可 锻 性 、焊 接 性 、切 削 加 工 性 、表 面 抛 光 性 、电 加 工 性 、和 热 处 理 工 艺 性 。
１ 塑料模具材料的工作条件与性能要求［１－２］
塑料模具的工作条件比较复杂,它在 工作过程中会受到高温塑料填充和流动的 压应力和摩擦力作用,同时高温塑料在成 型 过 程 中 总 会 有 一 些 腐 蚀 性 物 质 析 出 。这 种特殊的工作条件对塑料模具材料提出了 特定的性能要求。
(1)具 有 优 良 的 综 合 性 能 。塑 料 模 具 材 料应具有足够的硬度和耐磨性,以使其在 受到高温塑料的作用下能够保持尺寸和形 状稳定不变;应具有足够的强度和韧性,既 能承受一定的高压又能承受一定的冲击载 荷的作用;应具有良好的高温性能,以使模 具能够在高温下正常工作;应具有良好的 抗腐蚀性能,以防止腐蚀性气体侵蚀模具 型腔表面,加剧模具失效。
塑料成型模具。 (6)无 磁 型 塑 料 模 具 钢 [3-5]。 此类钢在各种状态下都能保持稳定的
奥 氏 体 状 态 ,具 有 非 常 低 的 导 磁 系 数 。我 国 新 研 制 的 此 类 钢 有 7Mn15Cr2Al3V2WMo 钢 。无 磁 型 塑 料 模 具 钢 适 用 于 制 造 生 产 磁 性塑料制品和其它磁性材料制品用的压制 成 型 模 具 、无 磁 轴 承 及 其 它 要 求 在 强 磁 场 中不产生磁感应的结构件。
(3)新型塑料模具材料的研究和开发。 随着工业技术不断发展,对塑料模具的精 度要求越来越高,使用寿命要求越来越长, 这迫切需要新型模具材料的出现来满足市 场需求。
４ 结语
( 1) 根 据 我 国 国 情 研 制 高 性 能 、长 寿 命 、 高性价比和高效的新型塑料模具材料,同时 对国外优良钢种国产化,以提高技术效果和 经 济 效 益 。另 外 ,我 国 的 Mn 、V、Ti 、B、Re 、Nb 等合金资源丰富,微合金如何在塑料模具钢 中的开发和应用有待进一步深入研究。
３ 塑料模具材料发展方向
近年来,工业发展突飞猛进,模具的工 作条件要求日益苛刻,对塑料模具材料的
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性 能 、质 量 、品 种 等 方 面 的 要 求 不 断 提 高 , 因此塑料模具材料发展方向主要有以下几 点。