塑料磨具钢的选择及应用（Plastic abrasive steel selection and

　　[摘要]简要介绍了塑料模具钢的基本特点，并介绍了塑料模具钢的分类和应用。

　　ChooseandApplicationofPlasticsmoldSteel

　　A【bstract】Introducedbrieflythebasicperformancethatplasticsmoldsteelneedhave，and elaboratedclasificationandaplicationofplasticsmoldste1．

　　Keywords：plasticsmoldsteel；performancerequirement；choose；application

　　1 前言

　　塑料制品在国民经济各部门的应用越来越普遍，按体积计算，塑料产量已超过当今世界钢材产量。注塑模具是塑料制品成型加工行业不可缺少的工具。注塑模具结构复杂，种类规格多，表面粗糙度低，制造难度高。因此，讨论塑料模具制造中的材料选择问题，充分考虑其工作性能、无效性和性能，科学使用材料提高磨具的使用寿命也非常重要。

　　一般需要注塑模具 200～在300℃温区服务时，磨具应承受较大的机械负荷，易损坏，凹模会腐蚀气体，因此塑料模具钢应具有以下基本特性。

　　一般需要注塑模具 200～在300℃温区服务时，磨具应承受较大的机械负荷，易损坏，凹模会腐蚀气体，因此塑料模具钢应具有以下基本特性。

　　(1)强度高，耐磨性好，硬化深度充足，芯部需要一定的韧性，避免脆性断裂和塑性变形。

　　(2)机械加工性能好，抛光处理性能好 能与表面图案具有光蚀性。

　　(3)导热性好，膨胀系数小，热处理变形小，合金成分和磨具规格稳定。

　　(4)部分塑料模具钢还规定了一定的耐腐蚀性和良好的耐温性。

　　2 塑料模具钢的常见类型

　　我国塑料成型模具的产值已占模具行业总值的首位，相应的塑料模具钢已占磨具钢总量的50%％以上。过去，中国没有特殊的塑料模具钢。一般塑料模具钢采用淬火45钢或40cr钢制成。因此，磨具强度低，耐磨性差，外观粗糙度高，加工塑料制品外观质量弱，磨具使用寿命低；精度 CrWMn选用注塑模具和硬度大的注塑模具、Crl2MoV 等合金工具钢制造，不仅机械加工性能差，而且特性复杂的凹模难以加工，热处理变形难题难以解决。 近年来，在引进国外塑料模具钢的同时，中国自主开发了一批新型注塑模具专用钢，形成了具有中国特色的塑料模具钢系列。 近年来，在引进国外塑料模具钢的同时，中国自主开发了一批新型注塑模具专用钢，形成了具有中国特色的塑料模具钢系列。

　　(1)碳塑料模具钢。

　　由于碳塑料模具钢具有良好的加工性能，价格低廉 原料由来方便，广泛应用于制造外观简单、精度要求低、使用寿命短的小磨具。 YB／T074—SM45在1997中列出、SM50、SM55等钢号，与优质碳素结构钢相比，钢中的具体S、P含量低，钢纯度好，碳含量波动范围窄，物理性能持久。 对于强度要求高、规格小的热固性塑料磨具，一般采用含碳量为0的热固性塑料磨具．7％～1．3％高碳工具钢 制造，如r7、T8、T10、T11、T12等钢，经热处理后可获得高韧性和高耐磨性。

　　(2)渗氮塑料模具钢。

　　渗氮塑料模具钢主要用于冷挤压注塑模具，一般要求碳含量低。同时，在钢中添加合金元素，可以提高淬透性，固溶强化铁素体效果小，Cr、Ni Si成分应尽可能低，是理想元素。这种钢首先是冷挤压成型的，因此其淬火态必须具有低硬度、强塑性和低变形阻力。为了保证模具的耐磨性，这种钢在冷挤压成型后一般需要渗氮、淬火和回火，使模具具有一定的强度和强度，表面硬度可以达到 58-62HRC，而芯部仍具有良好的韧性。

　　渗氮塑料模具钢在海外有专用钢种，如美国 P1、P2、P4、P6。日本的CH1、CH2、瑞典8416CH4 等等，SM1CrNi3是中国纳入标准的、SM2CrNi3MoAIS。另 外常见 的钢 种还 有 ：20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、 20crmnti、20CrMnMo、20Cr2Ni4A、0Cr4NiMoV(LJ)等。

　　(3)预硬塑料模具钢。

　　对于外观复杂、精密的大中型注塑模具，为防止其在淬火热处理过程中发生变化，模具钢以预硬化供应市场。

　　预硬化塑料模具钢由钢厂提前进行热处理，以达到磨具应用的强度。根据模具工作标准，强度范围变化较大，低强度为25-35HRC，高韧性为40～在这种强度环境下，45HRC可以直接用于模具制造成型，不再进行热处理，可防止模具制造后淬火、淬火热处理引起的氧化、渗碳、变形、干裂，从而保证模具制造的精度。 已列入**标准的预硬化塑料模具钢包括： SM3Cr2Mo、SM3Cr2MnNiMo (GB／T1299—3Cr2Mo2000里、3Cr2Mnnimo)。 已列入**标准的预硬化塑料模具钢包括： SM3Cr2Mo、SM3Cr2MnNiMo (GB／T1299—3Cr2Mo2000里、3Cr2Mnnimo)。供应强度一般为28～36HRC， 适用于制造大中型、高精度的注塑模具。 此外，调质硬化塑料模具钢号为：40cr、42CrMo、 38CrMoA1、3crmninini2、5CrMnmo、5CrNiMo等。

　　(4)易切割硬化塑料模具钢。

　　注塑模具形式复杂，价格高，成本构成切割加工占较大比例，预硬化塑料模具钢加工强度高，特别是在高韧性段（36）～可加工性差的45HRC)。为了节省磨具生产过程中的切割加工时间，增加刀具的使用寿命，降低模具成本，国内外开发了一些易切割预硬模具钢，在炼铁过程中添加了易切割原料和变质剂，如S、提高钢材的加工性能。 我国开发的易切预硬塑料模具钢 ： 5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)、Y55CrNiMnMovs(SM1) 8Cr2MnWMovs钢等。

　　(5)时效硬化塑料模具钢。

　　模具热处理后的变形是模具热处理的三大问题之一 (变形、干裂、淬硬)。为保证复杂、精密等**注塑模具的高使用寿命，模具材料应具有较强的综合物理性能。虽然预硬塑料模具钢克服了模具热处理变形的问题，但磨具规定的高硬度给加工带来了困难。因此，开发了一系列及时硬化塑料模具钢。模具钢淬火（固体溶解）后松动（强度约28~34HRC），便于切割加工。模具加工成型后，可获得所需的综合物理性能。由于质量调节处理温度低，磨具变形小，是精密复杂磨具的理想钢。

　　国 内 常 用 的 无 磁 塑 料 模 具 钢 有 (PMS)、25CrNi3MoAI、06Ni6CrMovtiAI钢等 本文简要介绍了PMS钢的性能和热处理。

　　PMS钢是一种低碳镍、铜、铝合金钢，是一种具有优良镜面加工特性和固溶温度的新型时效硬化镜面塑料模具钢 保温一段时间后，870℃上下空冷，固溶后强度为28～33HRC，固溶处理的目的是使合金元素在基材中充分融化，使固溶体均匀化，实现软化，便于切割加工，模具制造后进行调质处理，时效温度约为510℃，即可获得40℃～45HRC韧性高，更终打磨抛光。

　　(6)耐腐蚀塑料模具钢。

　　(6)耐腐蚀塑料模具钢。

　　模具材料在生产中会产生腐蚀介质的塑料制品时，必须具有较强的耐腐蚀性。当塑料制品产量小、要求低时，可在磨具表面采取镀铬保护措施， 但大多数情况需要耐腐蚀钢制造，YB／T094—1997年列出的耐腐蚀塑料模具钢包括：SM2Cr13、SM3Cr17Mo、 SM4Crl3，此外，还有9Cr18高碳高铬马氏体不锈钢 1Crl8N9Ti奥氏体不锈钢和0Crl7Ni4Cu4Nb奥氏体沉淀硬化不锈钢等。

　　为保证耐腐蚀模具钢的尺寸精度，我国开发了奥氏体时效硬化钢PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)和AFC-77(1Cr14Cu13Mo5V)钢，适用于制造超耐磨、高精度、耐腐蚀的注塑模具，提高了耐腐蚀模具钢的质量，延长了磨具的使用寿命。

　　为保证耐腐蚀模具钢的尺寸精度，我国开发了奥氏体时效硬化钢PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)和AFC-77(1Cr14Cu13Mo5V)钢，适用于制造超耐磨、高精度、耐腐蚀的注塑模具，提高了耐腐蚀模具钢的质量，延长了磨具的使用寿命。

　　(7)超耐磨塑料模具钢。

　　超耐磨塑料模具钢一般用于抑制热固性塑料和复合增强塑料制品的磨具，以及生产批量大、磨具使用寿命长的注塑模具。YB厂r094—1997中 列 出 的 有 SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiv1、 除了中国常见的9Mn2V，SMCr12Mo1V1等、CrWMn、Cr2、Crl2、Cr5MolV、Cr2Mn2SiWMoV、7crsimnmov钢 等。这种钢成型后需要淬火和淬火热处理，强度一般高于45～50HRC。

　　对于大型、精密、复杂的凹模和镶件，规定热量 解决后有优 基材钢和高速钢(W6Mo5Cr4)可考虑耐磨性好的磨具V)。 (8)无磁塑料模具钢。 无磁塑料模具钢主要用于制造和生产带磁塑料制品和其他永磁材料制品的抑制成型模具。该模具钢在磁场中不被磁化，以确保即使磁塑料制品在生产过程中被磁化，也很容易成型。 中国典型的时效硬化钢包括 ：Nj3Mn2ualmo 7M15Cr2Al3v2WMomm、1Crl8Ni9Ti等。这些钢在各种情况下都能保持稳定的奥氏体组织，导磁指数很低，适合制造无磁塑料模具钢。对奥氏体不锈钢 1Crl8Ni9Ti，为保证其耐磨性，一般需要进行氮化热处理。 (9)非调质塑料模具钢。 非调质塑料模具钢是一种新型模具钢，其共同特点是在碳钢或低合金钢中添加微合金元素（通常是V）、Ti、Nb、N等)根据控制轧制(控锻) 并控制冷却等，以达到规定的强度 (一般为30~ 40HRC)，节省了热处理工艺和热处理电炉，防止热处理过程中变形或淬火裂纹造成的废物，优化劳动条件 经济和社会效益优良 益 。 该 类 钢 号 有 ：F45V、YF45V、YF45MnV、 上海宝钢公司开发制造的GF40Mnsivs及B20、 B25、B30等，目前这类钢材还在进一步发展中。

　　3 应用塑料模具钢

　　在应用塑料模具钢中，一般遵循的原则是：在塑料零件成形的模具中，被成形塑料类型、生产批量、工作复杂性、尺寸精度和外表粗糙度值等品质要求是挑选塑料模具钢的重要因素。

　　3 应用塑料模具钢

　　在应用塑料模具钢中，一般遵循的原则是：在塑料零件成形的模具中，被成形塑料类型、生产批量、工作复杂性、尺寸精度和外表粗糙度值等品质要求是挑选塑料模具钢的重要因素。 (1)模具钢材料是根据塑料制品生产批量使用的。 模具钢的类型与塑料制品的批量尺寸有关。生产批量小，对模具的耐磨性和使用寿命要求低 为降低磨具成本，无需使用高端优质模具钢，只需使用一般模具钢即可满足使用要求。实际使用可参考表l。

　　(2)根据塑料制品的类型和质量标准采用模具材料。 a．低碳结构钢和低碳结构钢可用于凹模表面耐磨性好、芯部韧性好但外观不复杂的塑料注射模 合金工具钢。这种钢在退火状态下具有良好的塑性和低强度。 淬火后强度为85～135HBS变形阻力小，可冷挤压成型，大大降低了刀具的耐久性。例如，20钢和20Cr都属于这种钢。LJ钢和12CrNi3A可用于大、中、凹模复杂的磨具、12Cr2Ni4A等优质渗钢。经渗氮、淬火、回火处理后，凹模表面具有良好的耐磨性，基材具有较高的强度韧性。 表 1 模具钢根据塑料制品的生产批量使用

　　塑料制品批量生产 采用钢材

　　1O～2O万件 SM45、SM55、40Cr

　　3O万件 P20、5NiSCa、8CrMn

　　60万件P20、5NiSCa、SM1

　　80万件 P20、8CrMn

　　120万件 SM2、PMS

　　150万件 PCR、LD2、65Nb

　　200万件以上 065Nb、06NiTi2Crrcrtiti2、012A1渗氮、 25CrNiMoA1渗氮，Crl2MolV1

　　b．对聚乙烯、氟塑料和阻燃ABS塑料制品，常用的模具钢必须具有良好的耐腐蚀性。因此，这些塑料在熔融状态下会分解HCII、蒸汽体，如HF和SO，对模具腔有一定的腐蚀作用。因此，这些塑料在熔融状态下会分解HCII、HF、SO等蒸汽对模具腔有一定的腐蚀作用。这种模具中常见的耐腐蚀塑料模具钢，如2Cr13、4Cr13、PCR、18Ni、AFC177等。

　　c．以玻璃纤维为增强材料生产的塑料制品的注射模具或缩小模具规定硬度高、耐磨性高、抗压性高 高强度耐磨，避免模具腔表面过早损坏，或磨具压力部分变形，因此常见的硬化模具钢制造，淬火、淬火后获得所需的磨具特性。例如使用T8A、T10A、Cr6W 、Crl2、MolV1Crl2、9Mn2V、CrWMn及其基材钢等。

　　d。制造透明塑料制品的磨具规定模具钢具有良好的抛光处理特性

　　(3)根据塑料制品的尺寸比例和精度要求采用模具材料。

　　对于大型、高精度的注射模具，当塑料制品批量生产时，选用预硬化钢。由于模具型腔大，磨具厚度增加 因此，对钢的淬透性要求较高，热处理后规定变形较小。预硬钢在机械加工前进行预硬解决，机械加工后不再进行热处理，以避免热处理变形。SM3Cr2Mo常用的钢号、SM3Cr2NiMnMO、SM1、PMS、8crmn等。

　　(4)根据塑料制品外观的复杂性，采用模具材料。如果塑料制品形状简单，生产批量小，可以选择SM45、SM50、SM55钢可以经过调质处理，可以选择预硬化钢或时效硬化钢，SM3cr2mosm3cr2nimnmo42crmo38crmoA15niscasmr 8Cr2S、PMS等。 (5)使用注塑模具中的其他部件。

　　注塑模具中的其他部件，如顶杆、拉杆、各种模板、顶板、支撑架等，其抛光、耐腐蚀性等条件低于磨具本身。一般来说，通过合理的热处理，可以选择与磨具本身材料相同或特性稍低的常用模具材料。这不仅可以满足使用要求，还可以降低模具成本。

　　4 结语

　　由于塑料类型不同，特点不同，塑料产品尺寸、外观复杂性、精度、外观粗糙度值和生产批量要求不同，塑料模具钢的选择应根据模具生产条件和模具工作性质的需要，结合模具材料的基本性能选择必要、经济有效、技术前沿的模具材料，然后提高塑料产品的质量和模具的应用水平。随着塑料工业制造业的快速发展，塑料模具钢材料的发展将达到一个新的水平。