浅析塑料模具材料的选用及发展

许 浩，苏东艳

（天津科技大学 机械工程学院，天津 300222）

1 塑料模具的工作条件

塑料及塑料成型工业的发展速度越来越快，塑料模具的质量要求也随之提高，所以分析塑料模具材料的选择是否合理变得尤为重要。塑料可以分为热固性塑料和热塑性塑料，热固性塑料[1]的工作温度一般为150～250℃，受热后不能

够再次发生熔融且不具有可塑性，具有优异的保温绝热性能、抗腐蚀性能、耐高温性能等，硬度高；热塑性塑料加热时变软乃至熔融流动，冷却时凝固变硬，与热固性塑料的不同之处在于此过程可逆，可以反复进行，具有刚硬性低、耐热性差、成型加工简单、应用温度范围广等特点。凹模（成型塑件外部形状）、凸模（成型塑件内部形状）、型芯或成型杆、镶块等成型零部件是塑料模具的主要工作零件，塑料模的型腔由它们所构成，以成型塑料制件的各个表面，与塑料原材料进行直接性的接触，需要经受温度、压力、摩擦和腐蚀等作用，因此对其质量要求较高。

2 塑料模具钢的性能要求

塑料模具除了受到一定的压力作用外，还受温度的影响。同一种塑料模具会出现多种失效形式，并且多种损伤也有可能出现在同一模具上，因此应合理选择模具材料，材料性能的好坏会直接影响模具的使用寿命[2]。因此在模具钢的性能方面，根据塑料模具的工作条件，选择的时候应当综合考虑耐热性能、热处理性能、耐磨性、切削加工性、热稳定性、耐腐蚀性等。模具钢的耐热性能较好，可以保证模具钢在使用过程中满足精度要求；模具钢的热处理性能较高，可以有效地防止模具失效。

热处理在整个模具的制造过程中所占的地位十分重要，所以在选择的时候应当选择热处理变形小、淬火温度范围宽和过热敏感性小的模具钢。将一些无机材料加入塑料中虽然可以增加塑性，但同时也对模具造成了磨损，因此对模具钢的耐磨性有一定的要求。在透明塑件[3]成型过程中，对材料性能的要求较高，要求所选用的模具材料必须具有较高的镜面加工性，且材料中的非金属夹杂和气孔较少，同时微观金相组织均匀。超纯净钢满足上述要求，热处理后硬度高，是一种成型透明塑件较好的塑料模具材料。随着社会生产力的增加和人民物质文化需求的日益增长，购买者都希望塑料制品表面能够有好看、复杂的花纹装饰，并且希望所使用塑料模具材料的花纹图案蚀刻性较好。

3 塑料模具材料的选用

塑料模具材料的选用需要依据模具工作条件等多方面进行综合性的考虑，尽可能地避免塑料模具在工作中失效，保证生产效率。在成型生产过程中，对于生产批量小、精度要求不高的塑件，可选用45号钢等低碳钢；对于生产批量较大、质量要求较高的塑件，模具结构比较复杂，应选用技术要求高的低硬化钢。在某些塑件成型过程中，达到成型温度时会有大量的腐蚀性气体产生，因此在处理这类成型塑料模具的时候，会对与腐蚀性气体接触的制件材料的选择更加严格，要求必须要具有较好的抗腐蚀性。此外，若想用普通材料来代替抗腐蚀性材料，则需对加工后的普通材料进行镀铬处理，这样可以保证其不会被腐蚀性气体腐蚀，不影响塑料模具的使用。塑料模具在工业实际应用和生产中的需求量较大，并且大部分是利用低碳钢或者低碳、低合金钢通过冷挤压成型的标准件。

选择模具材料时需要考虑模具的生产和使用条件，并且与模具材料的性能及其他因素相结合[4]，针对不同种类的塑料模具，在选材的时候也不尽相同。若想使塑料模具的耐磨性标准较高，在经过冷挤压作用后应进行渗碳与淬、回火处理；对一些铸造成型的塑料模具，选材时应当选铸造性能较好的材料，比如铝合金、锌合金、青铜以及铸铁材料等。另外，值得关注的是，一些低熔点、具有较好流动性的材料，比如硅铝合金和锌基合金，能够有效地提高塑料模具的铸造性能；部分塑料模具是通过超塑性方法实现成型的，要想使这种塑料模具获得更好的塑性，在选材时应当选用共析合金或者共晶合金；有些塑料模具是经过电火花加工、线切割加工或机械切削加工成型的，对材料的可切削性要求较高，材料切削性能的好坏影响到模具的制造周期及加工费用；对于电化学加工成型的塑料模具，除以上要求之外，在选用材料的时候还应当选取导电性较好的材料。

4 塑料模具材料未来的发展趋势

近几年来，随着我国制造业进程的加快，模具钢材料得到了很大的发展空间，其中一些模具材料的性能研究处于世界领先水平[5]。国产模具用钢应当满足行业发展的要求，积极加强新材料的研究和新技术的开发工作，利用先进的生产设备、建立先进的生产线以及研究更先进的冶金方法，对于模具钢材料的发展有着重大的意义。在以后的发展中，应不断探索塑料模具新型材料，发展预硬型钢、易切削预硬钢、时效硬化钢、塑料模具耐腐蚀钢、无磁性模具钢等材料，朝着加速模具钢生产的制品化、精料化以及提高模具钢质量的方向前进。只有不断提高产品的质量和标准，才能够制造出性能更高、寿命更长、性价比更高的新型模具材料。

5 总结

综上所述，塑料及塑料成型工业发展脚步的加快对模具材料提出了更严格的要求和更高的标准。塑料模具材料影响着模具的使用性能、寿命以及性价比等，模具结构、塑料种类和性质以及制品形状、质量要求等都制约着塑料模具材料的选用。鉴于此，应不断发展、探索新型材料，丰富塑料模具材料的种类，为模具制造业的发展和进步打下坚实的基础。