塑料模具用钢材料的种类及展望

1、机械2005年第 1 期 总第 32卷 收稿日期 :2004-08-31塑料模具用钢材料的种类及展望韩海军(山西机器制造公司 ,山西 太原 030013摘要:综述了对塑料模具用钢材料的性能要求和塑料模具用钢材料的种类及选 择,并对其今后的发展提出了一些建议。 关键词 :塑料模具材料 ;种类;展望中图分类号 :TG142 文献标识码 :A 文章编号 :1006-0316(200501-0004-03Kinds and propagation in materials for plastic mouldHan Hai-jun(Shanxi Machienary Manufacting Compan

2、y,Taiyuan 030013,ChinaAbstract: Author summerized the need for plastic mould materials and the kinds and the selection of materials for plastic mould ,and presented some suggestions for development of plastic mould materials. Key words: plastic mould materials; kind; propagation随着塑料工业的发展 ,对塑料模具的需求量急

3、剧增加 ,据报导 ,不少工业发达国家 塑料模具的产值已跃居于模具制造业的首位。为了适应塑料制品的尺寸日趋大型 化、形状的复杂化和表面装饰的美观化 ,塑料模具正朝着大型化、复杂化、精密化 和多腔化方向发展。同时对塑料模具用钢提出了特定性能要求。塑料模具一般结构 形状复杂 ,造价高 ,使用中有一定的寿命指标 ,更要防止意外断裂损坏。为此 ,人们对塑 料模具钢愈益重视。将各种塑料成型为制品的模具统称为塑料模具。按产值计算 ,目前我国塑料模 具产值约占全部模具的三分之一左右 ,可见塑料模具在整个模具工业中占有相当重 要的地位。按照 GB7635-871,塑料模具共分 7 类,分别是:热塑性塑料注射模、

4、热固 性塑料注射模、热固性塑料压塑模、挤塑模、吹塑模、真空吸塑模和其他类塑料 模。在各类塑料模具中 ,注射模的量最大 ,也最具有代表性。1 塑料模具材料的性能要求塑料模零部件分两大类 2 。一类为结构体 ,包括浇注系统、导向件、定模板、 顶出机构件、支承件等 ,选用材料一般为中、低碳的碳素结构钢或合金结构钢和碳素工具钢;另一类为成型体 ,包括型腔、型芯、镶嵌件等 ,是直接成型塑料制件的关键部件。成型件 结构复杂、要求尺寸精确、接缝密合和表面光滑 ,所用材料必须具备以下的特定性 能要求 :(1 具有一定的综合力学性能。成型模具在工作过程中要承受温度、压力、 侵蚀和磨损 ,因而 要求具有一定的强度

5、和塑、韧性。 (2 切削加工性好。塑料模形状 往往比较复杂 ,切削加工成本常占到模具的绝大部分 (一般约 75%,因而要求具有良好 的切削加工性。 (3 具有良好的导热性和低的热膨胀系数 ,并具有良好的热加工工艺 性。 (4有些还要求有良好的耐蚀性和一定的耐热性。在众多的模具用钢中 ,如何根据塑料制品的要求和模具钢特定性能 ,合理的选择 塑料模具用钢是一项非常重要的工作。2 塑料成型模具用材料的分类(1 模具钢 3,4 。见图 1。其中精密塑料模具用钢包括易切削预硬化钢和时效硬化钢两类。用作塑料模具的渗碳钢有 10、20、20Cr 、综述机械 ? 5?2005年第 1 期 总第 32卷12Cr

6、Ni2、12CrNi3、 12Cr2Ni4、20Cr2Ni4 、20CrMnTi 、20CrMnMo 等。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 3550HRC ,一般切削钢预硬硬度为 2835HRC ,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。图 1 塑料成型模具用钢非合金钢与优质碳素结构钢相比 ,钢中的实际 S 、P 含量低,钢材的纯净度好 ,且 碳含量的波动范围窄 ,力学性能更稳定。这类钢适宜于制造形状简单的小型塑料模 具或精度要求不高、使用寿命不需要

7、很长的塑料模具。常见的45 钢价格低廉、来源方便 ,目前用作塑料模具仍较为广泛 ,但其淬透性差。制造较大尺寸模具时 ,一般用 热轧、热锻的退火态或正火态 ,由于硬度低,耐磨性差,故寿命较低 ;可以采用调质处 理获得一定的硬度及强韧性 ,来制造属于中、低档次的中、小型模具。非调质预硬塑料模具钢经轧 （锻后空冷或控制冷却 ,钢材直接达到所要求的硬度 （一般为 3040HRC ,省去预硬化热处理工序 ,大大有利于节约能源 ,降低成本 ,缩短生 产周期。时效硬化型塑料模具钢含碳量较低 ,并含有 Ni 、Al 、TiCu 、Mo 等合金元素 , 往往先经固溶处理 (有可逆时效性能的钢种可补加高温回火 ,

8、在低硬度下加工 ,成型后 进行时效处理 ,硬度提高至 4550HRC 。适于制造形状复杂、高精度及透明塑料的 模具。值得注意如固溶处理硬度降得很低时 ,也可采用冷挤压成型法来制作复杂型 腔的塑料模具。 (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。(3钢结硬质合金。以合金钢粉末作粘结相 (基体,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 ,可热处理 (退火、淬火、回火等 ,可切削加工。具 有高硬度、高耐磨性和一定的韧性 ,但表面抛光性有限。用于以玻璃纤维为填料的 增强塑料模具 ,但价格较贵。(4 镍基合金。非

9、常耐蚀耐磨 ,但价格昂贵。 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 56 cm 以上的彩色电视机壳体塑料 模具都要依靠进口 57。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 30005000 t ,其价格高达 5186 万 元 / t 8 。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。3 已纳标的塑料模具专用钢经过国内多年来的研制和吸收外国先进经验 ,形成的塑料模具钢专用系列已分 别纳入有关技术标准中

10、,包括9,10:(1国家标准:GB 129985 合金工具钢。 (2机电 部行业标准 :JB/ T 605792 塑料模具成型部分用钢及其热处理。 (3冶金部行业标 准:YB/ T 0941997 塑料模具用扁钢。 (4 冶金部行业标准 :YB/ T 107 1997 塑料模 具用热轧厚钢板。 (5冶金部行业标准 :YB/ T 129 1997 塑料模具钢模块。4 我国研制的已纳标借用塑料模具专用钢根据需要 ,塑料模具也可借用其它标准的一些钢种来制造 11。例如:（1“GB 129985 合金工具钢 ”中的冷作模具钢和无磁钢可用于制作最终淬硬的 高耐磨塑料模具 ,如 Cr4W2MoV 、6Cr

11、4W3Mo2VNb 、6W6Mo5Cr- 4V 、 5Cr4Mo3SiMnVAl 、7Mn15Cr2Al3V2WMo 钢。 （2 “JB/ T 6058 92 冲模用钢及其 热处理 ”中的微变形高耐磨钢 7CrSiMnMoV 等。近年来国内有关单位为了不同用途模具的需渗碳钢冷挤压成型钢 （成型后渗碳淬火 调质钢 （钢厂未预硬预硬化钢（易切削 ,一般切削未调质钢调质钢 高碳工具钢 （整体淬硬耐腐蚀钢时效硬化钢 低碳马氏体时效钢低镍时效钢 无磁钢综 述（下转第 48 页? 46?机械2005年第 1 期 总第 32卷 单元。协同求解阶段依照上阶段定义的任务表求解流程 ,由虚拟设计小组完成协同设计活

12、动 ,参照评价指标库的规则对结果比较评 价后 ,提交到上级节点进行处理。结果阶段负责汇总处理、归档整理,充实产品设计实例库,并输出零件图、装配图、 BOM 表等设计结果文件。电控阀门协同设计系统在完成产品设计、造型任务的同时 ,还结合虚拟现实技 术 ,辅助设计者清楚直观的表达和实现自己的设计意图 ,通过用户参与、评价 ,提出反 馈意见 ,确立新产品的最终结构形式、外观造型及色彩配置等 ,保证产品结构的合理 性及性能优化 ,图 4 所示为产品壳体设计模型的虚拟现实表述。图 4 电控阀门壳体 VR 浏览模式4 结论本文通过对智能体应用模型的研究 ,结合齿轮设计智能体的开发论述了智能体 的具体构建方

13、式 ,智能体和 CAD 工具的集成技术。同时从产品设计智能化和自动化 的角度 ,分析了智能体间协同和通讯的关键技术 ,以及业务流程分阶段控制的结构化 建模方法 ,并引入虚拟现实技术描述模型 ,建立起了电控阀门产品协同设计系统的应 用实例 ,实现了其产品开发任务的分布式协同求解。参考文献 :1 江平宇,陈献国. 基于 Web 的同步远程协同产品设计的实现 J.机械工程学报 ,2002,38(3:34-38.2 濮良贵. 机械设计M. 北京:高等教育出版社 ,1991.3 陈珂,殷国富. 基于组件技术的分布式齿轮 CAD 系统研制 J. 四川大学学报 (工程科学版 ,2003,35(5:41-45

14、.4 张全海,施鹏飞. 多智能体系统的 WEB 动态协调模型研究 J.高技术通讯 ,2002,6:1-5.要,研制了多种新型塑料模具材料供试用 ,这些材料还未纳入标准 ,在此不一一赘 述。5 结束语首先 ,根据我国国情研制高性能、长寿命、高性价比的新型塑料模具钢,同时对国外优良钢种国产化 ,以取代价格昂贵的进口钢材 ,将会带来明显的技术效果和经济 效益。其次 ,我国研制的一些新型塑料模具钢产量和品种规格仍未能满足塑料模具 工业发展的需要。因此 ,需要努力实现规格多样化、精品化及制品化 ,以便迅速推广 应用。另外 ,我国的 Mn 、V 、Ti 、B 、Re 、Nb 等合金资源丰富 ,微合金非调质

15、易 切削预硬化塑料模具钢的研制和应用 ,可节约能源及贵重合金元素 ,但仍有待深入研 究。最后 ,合理选用高效的新钢种 ,提高钢的冶金、锻轧和热处理质量 ,是提高模具寿 命、降低生产成本的重要途径。参考文献 :1 徐进,等. 模具钢M. 北京:冶金工业出版社 .1998,10.2 塑料模设计手册编写组 .塑料模设计手册 (第二版 M.北京 :机械工业出版社 .2002,1.3 冯颖彰,潘振鹏. 我国塑料成型模具用材料的进展 J. 大型铸锻 件,2001(4:39-43.4 薄鑫涛. 塑料模具用钢的种类与选择 J.热处理,2002(4:48-55. 5 潘振鹏,等. 塑料模具材料的研制与应用 J. 金属热处理 ,1999(1:2225.6 薄鑫涛,等. 大型 P20系列塑料模具钢模块预硬化工艺探讨 J. 五钢科技 ,2001(2:35-41.7 郑景春. 高级塑胶模具钢的研制 J.