日本新塑料成型模具用钢的开发与应用

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1.塑料成型时要求的钢特性
; D5 t  s, X8 R7 _; K: e+ c* Q8 ?塑料成型时，要求的钢特性有：耐磨性、韧性、耐蚀性和镜面性。
. O! `2 n9 i$ r! `7 r+ ]1 a（1）耐磨性、韧性
模具的耐磨性与模具硬度有关。塑料制品量大时，模具要使用硬钢。但钢材硬度增加，会使钢变脆，所以模具过硬容易产生裂纹。如果模具的耐磨性好而抗裂性差，模具会在磨损前产生裂纹，使寿命下降。此外，模具形状与模具开裂也有很大关系。
（2）耐蚀性
对成型温度较高的工程塑料和含有阻燃剂的树脂、聚氯乙烯、聚氟乙烯进行成型加工时，容易产生腐蚀性气体，会导致模具锈蚀。锈蚀的凸凹形状会复制到塑料制品上。这种情况下使用的模具应采用SUS420J2等具有耐蚀性的不锈钢改良钢。钢中的合金含量决定着钢的耐蚀性。钢中含有大量的Cr，可在钢表面生产钝化膜，提高钢的耐蚀性。
! K# h8 I. r8 b  m（3）镜面性
4 [7 K5 l" n+ a& o2 E+ G- {塑料制品的表面质量是用肉眼进行评价的，所以模具钢的镜面性是一项重要特性。一般来说，模具材料硬度越高镜面性越好，这是因为模具研磨时瑕疵不容易附着，非金属夹杂物和碳化物脱落的少，以及模具可得到均匀研磨。非金属夹杂物是影响镜面性的主要原因。为了提高模具钢的镜面性，应采用精炼方法减少非金属夹杂物，或者采用真空电弧重熔（VAR）、电渣重熔（ESR）提高钢的洁净度。
# t# I7 C7 d% V  o! M0 R- K. x2.模具制作时要求的特性
% \) z% {/ v( U. Y5 g模具制作时，对模具钢要求的特性有：切削性、模具成型面雕饰性和放电加工性。
（1）切削性
# t. e; d& e0 G1 o塑料成型模具的构造比较复杂，切削加工量大。模具的易切削程度直接影响到模具交货期和模具制造成本。因此，对于镜面性要求不特别高的模具，采用添加硫等易切削元素的切削性良好的模具钢。
8 W2 m* C1 W% K- l; i# D$ `7 v（2）雕饰性和放电加工性
5 k& F. `- C, P1 o+ u! h雕饰性加工，用于汽车内装饰部件、家电外装饰部件、办公设备等要求外观漂亮部件的成型加工。一般采用光刻腐蚀方法，使模具成型面成为复杂的凸凹形状。由于是钢材的腐蚀加工，所以要求钢材的成分偏析小、组织均匀以及粗大非金属夹杂物和碳化物量少。
; L1 x3 }2 L0 g( N; s8 W2 L为获得良好的放电加工性，要减少钢中粗大非金属夹杂物和碳化物。放电加工是使钢材表面熔融，进而对钢材进行形状加工的方法。加工面熔融后发生急冷，急冷层变硬，加工后会产生许多宏观裂纹，这些裂纹成为模具使用中的裂纹源。所以模具使用前必须进行研磨处理。
3.典型塑料成型模具用钢品种
/ b. O6 q3 G# H0 k7 e4 l6 R下面对日本主要塑料成型模具用钢品种进行介绍。
（1）大型塑料制品成型模具用钢-SC改良钢
& j( N- F- L5 j9 k; t! \! e: mSC改良钢，是以普通钢S55C为基础的、硬度为30HS（13HRC）的预硬化钢，是提高切削性的钢。SC改良钢，多用于汽车保险杠、浴缸等成型模具。对SC改良钢的主要要求是降低模具成本和缩短模具制造周期。由于这些塑料制品的加工深度大，所以要求SC改良钢具有良好的内部硬度稳定性和加工应变量小的特点。SC改良钢也可用于价格便宜、镜面性要求不高的家用镜面性制品的成型模具。
（2）通用型塑料制品成型模具用钢-P20改良钢
4 p! a3 E0 L% q1 F* yP20改良钢，是Cr-Mo系钢材。P20改良钢以AISIP20钢为基础，利用特殊精炼工艺降低非金属夹杂物含量，防止了模具研磨时针孔的产生，并提高了镜面性。P20改良钢是通用型塑料制品成型模具用钢。P20改良钢是硬度为30-33HRC的预硬化钢，切削性良好，可缩短模具制作周期。此外，P20改良钢的雕饰加工性良好，可用于汽车内外装饰部件成型模具、家电外装饰部件和其他工业用塑料制品成型模具。
（3）高性能、精密塑料成型模具用钢-P21改良钢
P21改良钢的代表性牌号是NAK80，是基本成分为3%Ni-1%Al-1%Cu的时效硬化钢。NAK80的硬度为40HRC，切削性良好、耐磨性优良，是高性能、精密塑料成型模具的最适合材料。重熔精炼的NAK80钢洁净度高、组织微细均匀，具有良好的镜面性、雕饰性和放电加工性。
2 p0 G- F2 r! n# o& \5 X& ?1 J（4）高硬度、超镜面、耐蚀塑料成型模具用钢-SUS420J2改良钢
. a4 A( ~) E, E- b+ L3 z. TSUS420J2改良钢，具有良好的耐蚀性，淬火回火后的硬度高达50HRC以上，镜面研磨可达1000＃-14000＃，适用于要求耐磨性、耐蚀性、高镜面性的模具。SUS420J2改良钢适用于阻燃性树脂、聚氟乙烯成型用耐蚀模具、要求高镜面性的移动电话、电脑零部件用FRP树脂成型模具。