沖壓模具/塑料模具鋼的種類(lèi)與應用現況
/ 2021/7/3 12:13:12
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1.引言
隨著(zhù)我國塑料工業(yè)發(fā)迅速，需求也越來(lái)越大，對
塑料模具提出了越來(lái)越高的要求。這促進(jìn)了塑料
模具的不斷發(fā)展。
模具材料是制造生產(chǎn)模具的基礎。 目前塑料模具正朝著(zhù)高效率、高精度、高壽命方向發(fā)展。盡管如此，我國的模具技術(shù)及模具壽命仍落后于一些工業(yè)發(fā)達國家，模具用材和熱處理塑料模具結構復雜，對塑料模具型尺寸精度和表面粗糙度要求很高，對塑料模具型腔材料的要求比較苛刻。因此正確選用模具材料及其熱處理方法，對于提高模具質(zhì)量，延長(cháng)模具使用壽命是非常重要的。
2.塑料模具的性能要求
塑料模具的組成零件按其用途可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)為結構零件，包括澆注系統、導向件、定(動(dòng))模板、頂出機構件、支承件等，選用材料一般為中、低碳的碳素結構鋼或合金。另一類(lèi)為成型零件。包括型腔、型芯、鑲嵌件等，是直接成型塑料制件的關(guān)鍵零部件。塑料模具的工作溫度在200一 300℃。塑料模具型腔復雜，尺寸精度和表面粗糙度要求高，對塑料模具鋼的機械加工性能、鏡面拋光研磨性能、熱處理變形和尺寸穩定性等方面都提出了相應的要求。因此在選用模具材料時(shí)，應在保證模具使用性能要求的同時(shí)，盡可能地高其加工工藝性能.其選用原則主要有以下幾點(diǎn)： 1)具有一定的綜合力學(xué)性能.成型零件在工作過(guò)程中要承受溫度、壓力、侵蝕和磨損，因而要求具有一定的強度和塑性、韌性。(2) 模具型腔表面應具有足夠厚的硬化層，有一定的硬度和耐磨性。(3)切削加工性好。塑料模形狀往往比較復雜，切削加工成本常占到模具的絕大部分(一般約75% )，因而要求具有良好的切削加工性。(4)根據塑料件的尺寸大小及精度要求選用.對大型高精度的注射模，當塑料件生產(chǎn)批量大時(shí)，采用預硬化鋼，以防止熱處理變形。
3.塑料模具鋼的類(lèi)型
對于我國傳統常用模具鋼的性能，已有很多書(shū)藉資料作過(guò)論述，本文主要介紹我國近年研制和從國外引進(jìn)并已(或即將)在生產(chǎn)中推廣使用的塑料模具鋼。
3.1預硬型塑料模具鋼
這類(lèi)鋼是在含碳的基礎上加入適當的鉻錳鎳等元素制成，一般經(jīng)過(guò)充分鍛打后制成模塊，預先熱處理至要求的硬度后，供使用單位制模。在硬度為30至 40 H RC狀態(tài)下可以直接進(jìn)行車(chē)削、鉆孔、銑削、雕刻、精銼等加工，精加工后可直接交付使用，不再進(jìn)行熱處理，以保證模具的制造精度。精加工后可直接交付使用，這就完全避免了熱處理變形的影響，從而保證了模具的制造精度.同時(shí)還具有高耐磨性超高拋光性和圖案蝕刻性，常用于特大型復雜長(cháng)壽命的塑料模具。預硬型塑料模具鋼主要有P20,P20S,P20BS鋼等，P20鋼具有較好的淬透性及一定的韌度，可以進(jìn)行滲碳、滲氮或碳氮共滲，滲碳淬火后表面硬度可達65 HRC，具有較高的熱硬度及耐磨性。
3.2易切削型塑料模具鋼
易切削鋼是在預硬鋼的基礎上加入易切削元素，以克服不易切削的困難. 加入易切削元素S, B和Ca。國外易切削預硬鋼主要是S系，也有S-S e系，但Se價(jià)格較貴。S系易切削鋼在低、中速切削條件下具有良好的被切削性，但熱變形后沿變形方向伸長(cháng)的MnS增加了韌性，在截面增大時(shí)，硫化物的偏析比較嚴重。我國研制了一些含硫易切削預硬塑料模具鋼，如8Cr2MnWMoVS和S-Ca復合易切削塑料模具鋼SCrNiMnMoVSCa(簡(jiǎn)稱(chēng)SNiSCa) 。8Cr2.S屬易切削精密塑料成型模具鋼是為適應精密塑料模和薄板無(wú)間隙精密沖模之急需而研制的。其特點(diǎn)是鋼中含碳量高，主要是為了使淬火后鋼的基體中具有一定的碳，并保留一定量的細小而彌散的殘留碳化物，既可抑制淬火加熱時(shí)奧氏體晶粒的長(cháng)大，又同時(shí)保證模具具有一定的耐磨性。鋼中加入Cr, W, Mo, V是為了提高淬透性，細化奧氏體晶粒，形成合金化合物，提高鋼的耐磨性。
8Cr2.S鋼熱處理工藝簡(jiǎn)便，淬透性好，在860900℃加熱，油冷淬火、空冷淬火或在240 280℃硝酸鹽中等溫淬火都可以，直徑X100~的鋼材空冷淬火可以淬透，淬火后硬度為62} 64 HRC，在550620℃回火時(shí)，回火硬度為40} 48 H RC。
3.3時(shí)效硬化型塑料鋼
時(shí)效硬化鋼有二類(lèi)，即馬氏體時(shí)效鋼和低鎳時(shí)效鋼，馬氏體時(shí)效鋼含高鎳，價(jià)格昂貴，我國極少使用。25CrNi3MoA1是低鎳時(shí)效鋼，經(jīng)8800C淬火和6800C-7000C高溫回火后，硬度為HRC20-25，可進(jìn)行機械加工，再經(jīng)5200C一5400C時(shí)效，硬度達到HRC38-42 ,時(shí)效是靠析出與基體共格的有序金屬間化合物NiAI得到強化。 PMS鋼是一種新型析出硬化型塑料模具鋼，具有良好的冷熱加工性能和綜合力學(xué)性能，熱處理工藝簡(jiǎn)便，變形小，淬透性高，適宜進(jìn)行表面強化處理，在軟化狀態(tài)下可進(jìn)行模具型腔的擠壓成形。鍛造空冷后不需退火，即可進(jìn)行機械加工。SM2鋼中加入鋁，時(shí)效時(shí)可以析出硬化相Ni3A1，加入鉻可以提高鋼的淬透性，加入硫和錳，可以形成易切削相Mn.S，因此，SM2鋼比PMS鋼的淬透性稍高，切削性能好。
4.我國塑料模具鋼的發(fā)展及前景
我國模具鋼生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速，形成了我國自己的模具鋼系列，隨著(zhù)全球產(chǎn)業(yè)結構調整，造業(yè)等傳統工業(yè)由于歐美市場(chǎng)的日趨飽和，勞動(dòng)成本逐年提高，利潤減少，重心向發(fā)展中國家轉移.由于勞動(dòng)力資源豐富、便宜，所以，中國的模具潛在市場(chǎng)很大，決定了中國必將發(fā)展成為模具制造大國。在塑料成型加工中，模具的質(zhì)量對產(chǎn)品質(zhì)量的保證作用是不言喻。但是同時(shí)，我國在模具鋼的生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量方面還存在著(zhù)許多不足。很多制造大型、精密、長(cháng)壽命模具的鋼材仍需從國外進(jìn)口，已成為世界上進(jìn)口模具最多的國家，展望未來(lái)急待開(kāi)展以下工作。
4.1提高模具鋼的質(zhì)量
現在國內許多模具鋼廠(chǎng)都已采用先進(jìn)的冶金設備和工藝生產(chǎn)模具鋼，但與國外先進(jìn)水平相比尚有差距，且采用先進(jìn)工藝的模具鋼產(chǎn)量很少。為了提高模具鋼的質(zhì)量，鋼廠(chǎng)不但要加大采用先進(jìn)工藝生產(chǎn)模具鋼的比例，而且要改善管理，以利大量生產(chǎn)純凈度高、均勻性好、質(zhì)量穩定的模具鋼。我國某些特殊鋼廠(chǎng)已采用爐外精煉、真空冶煉、快鍛機和精鍛機等生產(chǎn)模具鋼，模具鋼的質(zhì)量有大幅度提高，如D2, P20等，出口產(chǎn)品的質(zhì)量可以達到國際先進(jìn)水平。但國外對純度要求較高的模具鋼大部分采用電渣重熔，進(jìn)一步提高了鋼的純凈度、致密度、等向性和均勻性，減少偏析我國還需要在這方面進(jìn)一步開(kāi)展工作。
4.2 推廣應用性能優(yōu)良的新型模具鋼
我國已開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)異，達到或超過(guò)國外同類(lèi)水平的特色新型模具鋼，但這些新鋼的推廣數量和應用范圍不夠大，有選擇地開(kāi)發(fā)先進(jìn)模具鋼，例如開(kāi)發(fā)粉末冶金模具鋼，多元易切削系塑料模具鋼，開(kāi)發(fā)玻璃、陶瓷，耐火磚和地磚等成形模具用鋼，完善中國的模具鋼系列。
隨著(zhù)我國模具工業(yè)的發(fā)展，塑料模具正朝著(zhù)多樣化、復雜化、精密化和多腔化方向發(fā)展，并逐步向高技術(shù)含量的大型、長(cháng)壽命的方向轉變。通過(guò)合理選擇塑料模具改善模具的加工工藝性和質(zhì)量，可提高塑料模具的使用壽命。為了滿(mǎn)足
塑料制品向大型化、精密化方向的發(fā)展要求，應注意加強采用新型塑料模具，同時(shí)能源節約型非調質(zhì)預硬型塑料模具鋼將具有廣闊的應用前景。
