1.5  塑胶模具钢

1. 5.1  塑料模具钢的性能要求

按照成型方式，可将塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。热圆性塑料如胶木粉等，都是在加热、加压下进行压制并永久成型的。-胶木模周期性地承受压力，并在150-200℃温度下持续受热。热塑性塑料如聚氯乙烯等，通常采用注射模成型，塑料是在单的加热室加热，然后以软化状态注射到较冷的塑模型腔中，施加压力，从而使之冷硬成型。注射模的工作温度为l20一  260℃，工作时对模具型腔进行通水冷却，故受热、受力及受磨损程度较轻。值得注意的是含有氯、氟的塑料，在压制时会析出有害气体，模腔有较大的侵蚀作用。

塑料模具的镧造成本高，材料费用只占模具成本的极小部分，因此选用钢材时，应优先选用工艺性能好、性能稳定和使用寿命较长的钢种。具体对塑料模具提出如下要求。

(1)机械加工性能优良  塑料模具的型腔的几何形状非常复杂，而且要求加工深孔，深沟槽、窄缝等难加工部位。钢材必须具有易切削的性能，在选择钢材时，如果其他条件都能满足，则这一条件是最后选定时的依据。

(2)抛光性能优良  无论何种塑料模具，其型腔的允许表面粗糙度极小，几乎都要能做到镜面光泽。而要达到镜面光泽。钢材必须具有≥38HRC的硬度，最好为40-46 HRC，而达到55HRC为最佳。要达到镜面光泽，首先钢材中的夹杂物要尽量少，而且不能有气泡存在，并且显微组织均匀。在大量生产中用的模具，表面粗糙度也是重要件。

(3)良好的表面腐蚀加工性  很多模具要求成型的塑件表面为各种其他物质的花，如皮革、绸纹、布纹、精细图案等，这就要求钢材的厦地纲而均匀，否则腐蚀后的果不佳。

(4)耐磨性和韧性好  塑料模具是长期承受热交变负荷的，而且又是长期经受摩擦。如仅考虑其耐摩擦的一面，而不考虑其受热交变负荷的一面，使用冷冲模具的高碳高合金钢制造时，必然会出现韧性不足而引起开裂。

(5)淬火性能好、变形小  塑料模具的型腔部分大都必须进行热处理，这就要求钢材具有较好的淬透性和很小变形。一般热塑性塑料成型用模具，采用调质，预硬化等处即可，而热固性塑料成型用模具则必须淬硬。

(6)电火花加工性好  塑料模的凹型腔时常采用放电加工，放电加工后表面的硬化层要浅，以便于抛光。抛光塑料模型腔的时间越长，就会增大成本。在以手工抛光为主情况，硬化层厚则抛光工时增大。

(7)耐腐蚀性佳  聚氯乙烯等塑料在成型时能产生盐酸气体，对型腔有腐蚀性。对于有腐蚀性物质产生的塑料模，必须考虑钢材耐腐蚀性。

(8)焊接性好  在型腔加工以及旧模具的修复中，有时难免要补焊。因此，模具钢必须有很好的焊接性能。

此外，选择塑料模具钢尚需兼顾以下因素。

(9)塑件生产批戲：  模具是高效率的生产工具。每一‘副模具的使用寿命，直接关系到制件的成本。而每一种产品的预计产量，又因市场需求而定。在考虑设计模具时，除了每剐模的型腔数之外，就要考虑其使用寿命。最理想的情况是当模具寿命终了时，该产品正好退出市场。但这实际很难推断，因为市场需求是变化的。批最小，则对钢材的要求可以低些：而批量大时，必须选择优质钢材，以延长使用寿命而避免重复鄴作模具。

(10)塑件尺寸精度  塑件的尺寸精度．有50%取决于模具。而模具的制造精度及耐磨损性能又决定制件的合格率。对于要求高精度(SJ 1372-78的3，4级精度)以及超高精度（SJ 1372-78的1，2级精度）的塑件；即使产量极低，也应选用优质模具钢，

(11)制件的复杂程度  制件越复杂，型腔的加工数越难，因而必须选用切削性能好的钢材。制件复杂程度高，表现在制件图样上的尺寸数目多，加工部位多，因而加工的应力变形必须考虑。

(12)制件体积大小  制件越大，型腔的切削量越大。弔大吃JJ量切削时，切削应力也大。因此对于大制件的模具最好选用易切钢。制件小时，型腔体积小，所用的J，具(主要是铣JJ)强度低，切削量很小。选择钢材时应选用质地均匀、合金碳物分布细而匀称的钢材，小模具多先做预硬化处理然后加工，要考虑加工的可能性。

…。捫Jpg，／J、俣丹麥您假损馒化处埋然府加工，妥考虑加工的可能性。的销售。凡对塑件外观有严格要求的塑件，最好选用真空熔炼或电渣熔炼钢，以达到最好的型腔抛光效果。

董．5.2  各类塑料模具钢的性能

塑料大致分为热固性塑料和热塑性塑料两大类，由于压制塑料的品种不同，以及对塑料制品的尺寸、形状、精度、表面粗糙度等的不同要求，对塑料模具用钢的耐磨性、耐腐蚀性，耐热性、耐压性、磁性能，微变形和镜面抛光性能等有不同的要求。

我国的GB/T 1299--2000标准中只有两个钢号。圖外主要模具钢生产企业都有本企业的塑料模具钢的钢种系列，如日立金属公司的塑料模具钢包括16个钢号，大同特殊钢公司有14个钢号，日本高周波钢业公司有14个钢号，奥地利Ⅸ)HLER公司有12个钢号，瑞典UDDEHLM有10个钢号。美国ASTM-A681-87标准中规定的典型塑料模具钢(P系列)钢号为7个，但主要生产模具钢的企业CR UCIBLE公司和CARPEN-TER TECHNOLOGY公司远不止这些钢号。

(1)遷用型塑料模具钢  通用型塑料模具钢用于生产通用型塑料，如聚乙烯、聚丙烯。当生产批量较小，尺寸精度和表面粗糙度无特殊要求，而且模具截面不大时，可以采用碳索结构钢SM50、SM55钢或低碳钢10、20钢制造，前者采用调质或正火处理，舌者采用渗碳加淬回火处理。低碳钢由于变形抗力低、塑性好，主要适用于采用冷挤压成型的方法压制模具型腔制造模具。

当生产批量较大、模具尺寸较大或形状复杂、精度要求高的工件时，则采用淬透性较高的合金模具钢，  如3Cr2Mo  ( P20)、  3Cr2NiMnh40、  4Cr5 MoSiVl、5CrNi,ttfnMo VS（》、8Cr2MnSiWMoVS，合金渗碳钢，如20Cr, 20Cr2Ni4, 12CrNi3A、20CrlVtnMo等制造。前者采用淬火，高温回火处理，后者采用渗碳加淬回火处理。。但采用冷挤压方法压制模具型腔的生产工艺制造模具时，则采用合金渗碳钢。

(2)耐磨塑料模具钢  为了生产强化工程塑料制品（如加入纤维强化的热塑性工程塑料制品）用模具，或热固性塑料挤匪成型用的模具，采用耐磨性好的模具钢。当生产量耗大时选用4Cr5MoSiVl、Cr12 MoV、Cr12MolⅥ等钢种制造，并经淬火、回火后使用。为了提高耐磨性，可进行表面处理。

(3)渗碳型塑料模具钢  采用冷挤压反印法制造模具型腔。可以采用合金渗碳钢。这类钢在退火状态下塑性很好，较容易挤压成型，为提高型腔的耐磨性，冷挤压后需要进行渗碳，然后进行淬火和低温回火。这种模具表面具有高的硬度和耐磨性，而心部具有很好的韧性，而且模具互换性好。常用钢号如美国ASTM-A681的标准钢号P2一 P6；国际标准化组织IS(-)标准中的SCrM04、7CrMoNi；我国常用的20Cr、挖CrN12，12CrNi3, 20CrMnTi, 20Cr2Ni4(4)耐蚀型塑料模具钢  该类钢用于制造腐蚀性较强的塑料成型模具（如聚氯乙烯及阻燃塑料），要求该类钢具有…定的硬度、强度和耐磨性能。一般用13%--18%Cr型马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。根据碳含量的不同，可以分为低碳镍铬型耐蚀钢：代表性钢种lCr17N12)、中碳高铬型耐蚀钢（代表性钢种4Cr13）、高碳高铬型耐蚀钢代表性钢种9Cr18Mo)。国外各主要的模具钢的生产厂通过改良，发展一些类似的新钢种．如BOHLER的M300、M310、M314等钢种，美国的CRUCIBLE公司的20MOD，UDDEHOLMT(X)LINGAB公司的STAVEX等。

我国各类耐蚀塑料模具钢，相对于其他类型的塑料模具钢，显得比较落后，主要使用2Crl3、3C'.r13，4Cr13。近些年来弓1进了3Cr17Mo比4Cr13具有更好的耐蚀性能，研究开发了SCr17 MoV钢，该钢具有良好的综合使用性能。  

(5)高镜面塑料模具钢  压制对精度和表面粗糙度数值要求很低的塑料制品，如光学仪器零件、家用电器零件等，对成型模具型腔的表面粗糙度数值要求很低，采用纯净度和致密度很高的模具钢，如3Cr2Mo，3C.,r2NiMrilVIo、4Cr5 MoSiVl、'r12MolVl、25CrNi3MoAl等，或马氏体时效钢，如18Ni (250)、18Ni (300)及低镍马氏体时效钢06Ni6CrMoVTiAI等。

(6)无磁塑料模具钢  用于压制磁性塑料的模具，一般选用无磁模具钢翻造，如8-8不锈钢，其型腔经氮化处理后使用，或采用Mn13型耐磨奥氏体钢，或无磁模具钢，如7 Mn15('r2AI3V2WMo等。

(7)预硬化易切削塑料模具钢  预硬化塑料模具钢的市场用量较大，是在美国P20( 3Cr2Mo)钢的基础上发展起来的，一般采用中碳合金结构钢，通常在冶金厂处理到28～ 40HRC，在预淬譴的条件下供货，用户可直接加工使用，如BOHI_ER的M200，TEW的1.2311、1。2312等。718是瑞典生产的改型P20，由于合金元素Ni的加入，比P20钢具有更高的淬透性，热处理后大截面的模块保持高的硬度均匀性。我国主要引进P20 (3Cr2Mo)、718 (3Cr2MnNiMo)等钢，并纳入GB/T 1299-2000标准中。

为了改善切削性能，加入易切削元素，形成易切削预硬化塑料模具钢，圈外开发的易切削塑料模具钢主要是S系，也有S-Se系的，部分经过Ca处理，如日立金属6HPM2.和大同特殊钢的PDS5等。我国研制了一些含硫易切削预硬化塑料模具钢，如5NiSCa、8Cr2MnWMoVS、P20BSCa等。

(8)非调质型预硬襲料模具钢  该类钢通过合理的化学成分配比，不需要调质处理，经过锻，轧加工空冷后可实现预硬化，硬度一般为30一 40HRC，不需要再进行调质处理．为改善切削加工性能，有些锕中还添加了适量的P、S和Ca。该类钢可节约能源和生产成本，缩短生产周期，具有良好的应用前景。舀内对非调质塑料模具钢的开发较晚，25CrMnVTiSCaRE(代号FT)、2Cr21VcnMoVS和2Mn2CrVCaS是近几年开发的新钢种．经锻、轧加工和空冷后，FT钢乒100mm圆钢的硬度可以达到30～35 HRC。

(9)时效硬化塑辩模具钢  该类钢一般含碳量较低，通过加入一定数量的Ni、Al、T：、Mo、Ca等元素，在热处理时，通过时效处理，析出金属闯化合物，使模具硬度上升到40HRC以上。时效处理变形小，可以在加工后进行时效处理，如大同特殊钢公司的NAK55、NAK80，BOHLER的M261，  日立金属的HPM1、HPM50等。

该类钢种由于含有相当数量的Ni、Cr，Mn元素，奥氏体稳定性好，在时效过3中，由于从基体中弥散析出N13Al和南Cu相丽得到强化。另一类高合金的马氏体时效1是从高强钢发展来的，如18Ni、大同特殊钢的MASIC (00Ni18C09M05Ti)、日立的YAG等，韧性好，镜面加工性能好。

但由于这类钢一般采用特种冶炼工艺，并含有较贵重的合金元素，成本高，使用范围受到限制。

目前国内外普遍应用较多的就是lONi3 lVinCuAl钢，其基本成分与日本大同特殊钢的NAK80相当，该钢一般经空冷淬火后，经510℃回火，硬度达到42--44HRC，断面收缩率为15。4%，伸长率为55.1%，具有良好的综合力学性能。

(lo)整体淬火高硬度塑料模具钢  压制复合强化塑料的模具，要求有较高的耐磨生，多采用整体淬硬艟料模具钢。一般借用冷作模具钢（如SKD11，SKD12等）和热作模具钢（如SKD61等）。但近年来，为了改善钢的韧性、抗回火稳定性、组织均匀性切削性能。国外模具钢生产的主要企业发展一些新的钢种，如日立金属的HPM31、DAC，高周波的KD21和大同特殊锈的PD613、DH2F等钢种。

(11)商可焊性塑料模具钢  高可焊性塑料模具钢是一般用于要求采用堆焊工艺可修复的材料，为了简化焊接工艺，国外发展一些专用钢种，焊前可不预热，焊后可不后热，尤其是日本大同特殊钢公司发展的PXZ和PX5钢。