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中国模具钢的选择应用及发展状况详述

来源:未知作者:admin发布时间:2017-05-31 08:47

 

近年来,在引进国外塑料模具钢的同时,中国自行研制和开发了一系列新型塑料模具专用钢,形成了中国特色的塑料模具钢系列。

  1.碳素塑料模具钢的应用

  由于碳素塑料模具钢具有加工性能好、价格便宜、原料来源方便等优点,被广泛应用于形状简单的小型模具或精度不高、使用寿命不长的模具。

  YB/T074—1997中列出的有SM45、SM50和SM55等钢号,这类钢与优质碳素钢相比,钢中的S、P含量低,钢材的纯净度好,且碳含量波动范围窄,力学性能更稳定。

  对于硬度要求较高,尺寸较小的热固性塑料模具,一般采用wC=0.7%~1.3%的高碳碳素工具钢制造,如T7、T8、T9、T10、T11、T12等钢。该类钢热处理后可以得到高的硬度和耐磨性。

  2.渗碳型塑料模具钢的应用

  一些复杂的塑料模具型腔采用冷挤压的方法直接压制出来,省去型腔的切削加工,对于成批生产的模具是一种十分经济的加工方法。模具加工后经过渗碳、淬火、低温回火后,具有高硬度、高耐磨性的表面和韧性良好的心部组织,可以制作各种要求表面高耐磨性、心部韧性好的模具。

  渗碳型塑料模具钢碳含量很低,一般为wC=0.1%~0.2%,塑性变形抗力很小,软化退火后硬度≤160HBW,复杂型腔≤130HBW,以便型腔的冷挤压。过去中国一般采用低碳钢和低碳合金钢,如15、20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、20Cr2Ni4和20CrMnTi等钢。中国近年来研制了冷挤压成形塑料模具专用钢LJ(0Cr4NiMoV)钢,该钢经冷挤压成形并渗碳、淬火和低温回火后,表面硬度达58~62HRC,心部硬度28HRC,模具耐磨性好,无塌陷及表面剥落现象,可用于制造形状复杂和承受载荷较高的塑料成形模具。

  3.预硬型塑料模具钢的应用

  对于形状复杂、精密的大中型塑料模具,为了避免其在淬火热处理过程中产生变形,因此模具钢以预化状态供应市场。

  该类钢一般为中碳低合金钢,在钢厂经过锻打后制成模块,预备热处理,使之达到模具使用时的硬度,从而可避免由于热处理引起的模具变形和裂纹问题,从而保证了模具的制造精度。

  为了改善预硬化型塑料模具钢的加工性能,在钢中加入易切削元素S、Ca、Pb、Sb等。中国先后研制了一些易切削预硬型塑料模具钢,如5CrNiMnMoVSCa钢、8Cr2MnWMoVS钢、4CrMnVBSCa钢和5CrNiMnMoVS钢等,使钢在较高硬度下的加工性能显著改善。预硬化易切削塑料模具钢不仅可以用于制造大中型精密注塑模具,也可以用于制造精密复杂的冷作模具。已纳入国家标准的预硬化型塑料模具钢有:SM3Cr2Mo钢、SM3Cr2Ni1Mo钢,供货硬度一般为28~36HRC。

  4.时效硬化型塑料模具钢的应用

  模具热处理后变形是模具热处理三大难题之一(变形、开裂、淬硬)。对于复杂、精密等高档塑料模具,要保证高的使用寿命,模具材料必须具有高的综合力学性能。预硬型塑料模具钢虽然解决了模具热处理变形问题,但模具要求硬度高又给加工造成困难,为此开发了一系列的时效硬化型塑料模具钢。模具钢经淬火(固溶)后变软(硬度为28~34HRC),便于切削加工,待模具制造成形后再进行时效处理,获得所需要的综合力学性能。另外,由于时效温度低,模具变形较小,因此是精密复杂模具的理想用钢。

  国内典型的时效硬化钢有PMS(lNi3Mn2CuAlMo)钢、06Ni6CrMoVTiAl钢、25CrNi3MoAl钢、SM2(20CrNi3AlMnMo)钢等。

  5.耐蚀塑料模具钢的应用

  在生产会产生腐蚀介质的塑料制品时,模具材料需有较好的抗腐蚀性能。因此,模具需选用耐蚀塑料模具钢制造,常用的耐蚀性塑料模具钢有:SM2Cr13、SM3Cr17Mo、SM4Cr13,另外还有9Cr18高碳高铬马氏体不锈钢、1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢及0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢等。

  为了提高耐腐蚀模具钢的加工精度,国内又研制了马氏体时效钢PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)和AFC-77(1Cr14Cu13Mo5V)钢,这类钢适合制造要求高耐磨、高精度和耐腐蚀的塑料模具,提高了产品质量,延长了模具的使用寿命。

  6.高耐磨塑料模具钢的应用

  用于压制热固性塑料、复合强化塑料产品的模具,以及生产批量很大,要求模具使用寿命很长,一般选用高耐磨塑料模具钢,如SM4Cr5MoSiV钢、SM4Cr5MoSiV1钢、SMCr12MoV1钢等。对于大型、精密和形状复杂的型腔及嵌件,要求热处理后有优良耐磨性的模具可选择基体钢和高速钢。

  另外,对于制造磁性塑料制品的模具可选用无磁模具钢。

  四、中国模具钢的发展

  近几十年来,中国模具钢生产技术发展很快,建成了不少先进的生产工艺装备,推广应用了炉外精炼、电渣重熔等工艺技术,一些特殊钢企业采用新工艺、新技术生产的模具钢,已达到国外同类钢的水平,并形成了中国的模具钢系列。

  从中国模具钢生产的量和品种来说,国产模具钢的产量还较少(小于65万t/年),品种规格不全,需大力发展优质模具钢,增加品种和规格,还需研发新型模具钢,生产低成本、高性能的钢种。

  随着电子、计算机、汽车、家电、机械制造及航空等领域的高速发展,精冲技术得到广泛应用。发达国家精冲模具的一次刃模寿命(冲一般钢板材料)大于4万次,总寿命几十万次,而国内冷冲模具的寿命只有国外的一半左右。国内冷作模具材料在冲切方面基本可达到使用要求,但对挤压成形模具材料的高强度和高韧性不能同时满足技术要求。在汽车轻量化的要求下,需要采用高强度钢板制造零件,而钢板的强度需达到900MPa,因而对精冲模具钢的强度和韧性提出了更高的要求,这就是国内冷作模具钢应该发展的方向。

  热作模具钢要求具备较高的高温强韧性,高的热稳定性,优良的耐热疲劳性和良好的导热性。因此对热作模具钢的材质有更高的要求:钢的纯净度要高,碳化物分布均匀,S、P含量低,特别是S含量要求越低越好。因此,急需开发超纯净、组织均匀的高性能模具钢,超细化的组织,较高的强度和韧性,导热率高,模具使用寿命长。

  塑料模具钢朝大型化、预硬化方向发展,塑料模具钢应满足易切削、易抛光和耐腐蚀性的要求。塑料模具钢要发展超大规格汽车保险杠预硬化钢,生产单重≥30t的特大型预硬化塑料模具钢,开发厚度≥400mm的大规格沉淀硬化型超镜面塑料模具钢。要发展并形成中国塑料模具钢专用系列,其中包括普通碳素模具钢、预硬化钢、易切削钢、耐蚀钢、时效硬化钢、非调质钢、高耐磨钢和渗碳钢等,使中国塑料模具钢产品进入先进国家的行列。

  中国模具行业协会已制订了“模具行业‘十二·五’规划”,在广大科技人员奋力拼博下,通过不断努力,笔者相信在不远的将来,中国模具钢的产量和生产技术水平都将会上一个新的台阶,迈入世界先进国家行列。