塑料模具鋼高性能化現狀及未來發展趨勢
    現在，塑料已成為我們生活中所不可缺少的物品，由于其豐富的種類和優良特性而用途廣泛。以手機為代表的便攜式信息機械高度薄型、輕量化，以及節能型汽車和各種機械的輕量化等，使塑料的重要性日益提高。塑料生產量已超過鋼鐵很長時間。另外，工程塑料的使用也很顯著，對塑料模具鋼的要求更加嚴格，更加多樣化。塑料成型法一般是注射成型，注射成型機由各種模具部件組成。本文介紹用于型腔、型芯的模具鋼材。
㈠塑料模具鋼的種類
    塑料模具鋼在JIS中未區分，使用的各類鋼種大致可分為四種類型，即硬度10HRC的大型模具用Sc系列、30HRC的SCM改良鋼系列、40HRC的Ni-Al-Cu析出硬化鋼系列以及50HRC的SUS420J2改良鋼系列。如果從使用方法來看，可以分為使用時不需要熱處理的“預硬化材”和必須熱處理的“淬火回火材”。“預硬化材”是材料生產廠根據所規定的硬度進行熱處理后提供，并在該狀態下加工使用。但在大量生產基礎上，機械加工的硬度界限不超過40HRC左右。50HRC以上的高硬度材料，是在退火狀態加工，然后熱處理硬化后使用的“淬火回火材”。
㈡塑料模具鋼的特性
⒈硬度與鏡面性
    對于硬度的選擇，必須考慮模具壽命(耐磨損性)和鏡面性。注料次數多的大量生產模具應重視耐磨損性，通常使用30—40HRC的硬度。小批量生產時，應重視加工性和成本，較多選擇SC、SCM系列。對于添加纖維多的工程塑料必須達到50HRC左右。尤其是纖維添加量超過30％ ，有時使用60HRC模具鋼材的同時還要進行表面處理。鏡面性與硬度的關系，鏡面性和硬度大致成比例，硬度大的易磨光。如果硬度軟，容易產生由非金屬夾雜物掘起引起的微細針孔。通過電渣重熔和真空電弧重熔等工藝，減少了非金屬夾雜物，所以重熔材料的鏡面性很好。重熔的40HRC的Ni-Al-Cu時效硬化鋼用機械磨光時，最好是8000號左右。若需要10000號以上磨光時，需采用50HRC以上的SUS420J2改良鋼(重熔材)。由于60HRC的SKD11改良鋼硬度高、碳化物多，所以鏡面性比SUSC20J2改良鋼差。
⒉耐蝕性
    SUS模具鋼材可有效防止模具因使用環境和冷卻水產生的銹蝕。但是，由于產生腐蝕性氣體的樹脂以及樹脂添加劑(阻燃劑、相溶化劑等)的增加，由樹脂引起的腐蝕也增加了，雖然使用了耐蝕性好的SUS420J2改良鋼，但也沒有完全得到控制。特別是鏡面用途的情況下，即使出現微小的污點也是問題，因此要特別注意。在表面處理的應用，模具設計上的脫氣等方面，需要采取綜合性對策。對于氯乙烯等腐蝕性很強的樹脂的成型，在現有的模具鋼材中，使用了耐蝕性最好的SUS63O改良鋼。
⒊切削性
    在預硬化材中，大多是為改善切削性添加了S的快削鋼。Ni-Al-Cu時效硬化鋼的特點是，不添加S也具有很好的切削性。在Ni-Al-Cu時效硬化鋼中添加S以后，切削性更加優良，重點用于需要銳利形狀的橡膠模具等。
⒋放電加工、褶皺加工性
    為改善切削性添加的S是以非金屬夾雜物分布的，因此放電加工時有時會出現不均現象。經放電加工后的表面原樣用于模具時最好避免使用快削鋼。另外，SUS系列模具鋼材不易腐蝕，因此蝕刻褶皺性不好，有時也會出現褶皺不均。這種情況下，采用與材料軋制方向呈直角的模具面等取材辦法，即可得到解決。
⒌熱處理、表面處理性能
    用淬火回火模具鋼材制作模具時需進行熱處理，但應根據需要調整回火溫度。使用SUS系列模具鋼材，當強調耐蝕性和尺寸精度時，要進行約200℃低溫回火。熱處理后進行PVD及氮化等表面處理、金屬線切削時，必需經過500℃以上的高溫回火。如果不進行高溫回火，表面處理時會出現尺寸改變、金屬線切削時有斷裂危險。再者，也必須考慮熱處理引起的尺寸變化。熱處理引起的尺寸變化量決定于回火溫度，希望在將上述使用條件轉告熱處理廠家的基礎上，還應該商談尺寸變化量和必要的精加工費用問題。
⒍焊接性
    Ni-A1-Cu時效硬化鋼不會在焊接加熱后硬化，所以不太擔心出現焊接裂紋，通過后熱處理，焊縫、熱影響區都會恢復到原來的硬度，焊后的褶皺及磨光問題很少。SC、SCM系列、SCM改良鋼也都通過降低C量和調整化學成分，所以對其焊接性能必須注意。
㈢塑料模具鋼的未來發展趨勢
    對于通用樹脂模具，尤其是大型模具，由于注重成本，大多使用切削性好的低合金SC、SCM系列模具鋼材。硬度30HRC以上的SCM改良鋼，在模具壽命和磨光性能方面優于SCM系列，是成本兼備的優良通用鋼，可充分滿足ABS等準通用樹脂、工程塑料使用。最近，針對鏡面性能的需求，又開發出了硬度高達38HRC左右類型的鋼種。40HRC的Ni-Al-Cu時效硬化鋼(以日本大同NAK55、NAK80及日本日立金屬HPM50為代表)，一直就作為最普通的模具鋼材被廣泛用于海內外。它具有充分的硬度，同時切削性能也很好，因為是再重熔材所以也適用于鏡面用途，現已被廣泛使用，而且評價很高。但是，為了滿足多種需求，也有在Ni-Al-Cu時效硬化鋼中添加Cr改善耐蝕性的鋼種，被用于條件嚴格的成型法。另外，為了改善Ni-Al-Cu時效硬化鋼的韌性，也有稍稍減小硬度類型的鋼種，用于帶有細肋和銳角轉角的模具。50HRC的SUS420J2改良鋼(以日本大同S-STAR、日本日立金屬HPM38及瑞典UDDEHOLM STAVAX ESR為代表)從過去就一直生產，是世界上的定型產品。因為是重熔材而且是高硬度，所以鏡面性很好，是透鏡模具和圓盤模具等光學用途以及透明制品用模具的標準材料。另外，最近增加的工程塑料成型用模具鋼材也可以使用。而且針對超鏡面性能的要求，為把夾雜物減少到極限進行重熔再重熔即二次再重熔的SUS420J2改良鋼(以日本大同D-STAR及瑞典UDDEHOLM STAVAX SUPREME為代表)被投放市場，也滿足了15000號以上的研磨。添加纖維多的塑料必需使用60HRC級別的模具鋼材。但60HRC高硬度材的耐蝕性不夠，開發耐磨損性和耐蝕性兼備的模具鋼材成為今后的課題。最近，增加了具有優良特性的模具鋼材，但也決不是萬能的，很多情況下各種特性取決于利弊權衡的關系。在使用時，要充分了解模具鋼材的特性，根據用途恰當選擇非常重要。
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