隨著我國塑料工業(yè)的快速發(fā)展和專業(yè)模具制造商的出現(xiàn)，對塑料產(chǎn)品成型的需求越來越大，對塑料模具鋼的質(zhì)量要求也越來越高。傳統(tǒng)的塑料模具鋼逐漸不能滿足結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度高、耐腐蝕性高、拋光率高等高質(zhì)量要求。到2016年底，國內(nèi)塑料模具的市場滿意度不到74%，特別是技術(shù)含量高的中高檔模具。對于高檔鏡面塑料模具鋼，我國生產(chǎn)能力有限，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，拋光性能和使用壽命與國際先進(jìn)水平差距較大，但拋光成本占模具成本的5%~30%。中國每年約占20%，約10萬噸。約60億元的優(yōu)質(zhì)模具鋼需要從日本、德國、瑞典、奧地利、韓國等國家進(jìn)口，幾乎占據(jù)了整個模具鋼的高端市場。因此，發(fā)展高鏡等高端模具鋼的新技術(shù)、新工藝、新品種勢在必行。
國外鏡面塑料模具鋼的發(fā)展
目前，國際高端模具鋼出口國主要集中在日本、瑞典、美國、德國等一些發(fā)達(dá)國家。對于這些高端鏡面塑料模具鋼，中國的模具材料大多依賴進(jìn)口，其中日本的高端鏡面塑料模具鋼處于領(lǐng)先地位。目前國外先進(jìn)的鏡面塑料模具鋼雖然價格是國產(chǎn)鏡面塑料模具鋼的2~3倍，但其優(yōu)異的性能是毋庸置疑的。國際高檔鏡面塑料模具鋼的發(fā)展方向主要包括：（1）模具大型化，以滿足大型高表面質(zhì)量塑料制品的需要；（2）模具預(yù)硬化，以提高模具制造周期和拋光質(zhì)量截面的均勻性；（3）模具耐腐蝕性，以滿足透明塑料和橡膠制品的高腐蝕性表面質(zhì)量；（4）提高模具鋼冶金質(zhì)量，減少混合等缺陷，提高鏡面加工性能。
國內(nèi)鏡面塑料模具鋼的發(fā)展
我國低端市場多采用一些老鋼種，如45鋼，40Cr，38CrMoAl等等。這些鋼種中的優(yōu)質(zhì)碳鋼和低合金鋼具有穩(wěn)定的機(jī)械性能，但強(qiáng)度低，使用壽命短，拋光性能一般。如果注射模具采用45碳鋼，則應(yīng)拋光至Ra0.2 μm當(dāng)肉眼可見明顯缺陷時，繼續(xù)拋下只能增加亮度，粗糙度無望提高。然而，由于一些大型塑料制品的需求，作為一種優(yōu)秀的鏡面塑料模具鋼P最大厚度只有4000 mm，不能滿足大規(guī)模要求，中國引進(jìn)了718(P20 1%Ni，即3Cr2NiMo)。由于1%Ni添加元素，P最大尺寸為4000 mm左右增加到1000 mm。上海大學(xué)與國內(nèi)一家知名鋼鐵企業(yè)合作生產(chǎn)首件860件 mm × 1300 mm × 2690 mm的非調(diào)質(zhì)SDP1鋼(718)超大模塊組織性能好，心表均勻，硬度波動±1.5 HRC。對于需要超鏡塑料制品的塑料模具，馬氏體塑料模具是首選?；鼗鸷螳@得的回火馬氏體或回火索氏體組織較小，回火后碳化物沉淀均勻，是生產(chǎn)透明產(chǎn)品和超鏡產(chǎn)品的首選。所以硬度是52 HRC的Cr13系馬氏體不銹鋼作為先進(jìn)的高檔耐腐蝕鏡塑料模具鋼引進(jìn)并不斷發(fā)展。
塑料模具鋼的鏡面加工性能
塑料模具的形狀比較復(fù)雜，每個部件在使用過程中的位置不同，所需的材料性能也不同。因此，塑料模具的基本性能要求大致包括：表面硬度和耐磨性足夠、強(qiáng)度和韌性足夠、切加工性能好、拋光性能好、熱處理變形小、耐腐蝕性好等。
鏡面加工性能，即拋光性能，不僅對材料本身的機(jī)械性能和物理化學(xué)性能有較高的要求，而且對拋光工藝方法也有較高的要求。鏡面加工標(biāo)準(zhǔn)分為4級：A0=Ra0.008 μm，A1=Ra0.016 μm，A3=Ra0.032 μm，A4=Ra0.063 μm。表面質(zhì)量低的塑料制品對模具的要求較低，一般注塑模具對表面粗糙度的要求約為Ra0.1~0.25 μm，需要實現(xiàn)光學(xué)鏡面Ra0.01 μm以下是制造光盤的模具型腔粗糙度要求Ra0.01~0.02 μm，這就要求模具材料具有良好的拋光性能，并配備合適的拋光工藝。
鏡面塑料模具失效
對于鏡面模具鋼，其使用壽命主要與其表面質(zhì)量密切相關(guān)。在鏡面模具的生產(chǎn)過程中，模具的故障主要與其拋光性能有關(guān)，故障形式主要包括疤痕缺陷、麻點、孔、橙皮等。相關(guān)研究人員得出結(jié)論，在鏡面塑料模具鋼的拋光過程中，模具表面的疤痕凸起缺陷與鋼內(nèi)部有關(guān)TiN夾雜及其復(fù)合夾雜，CaO-SiO2-Al2O局部偏聚三類夾雜，P和S有害元素的豐富與不均勻的成分密切相關(guān)，導(dǎo)致模具表面早期故障。麻點和孔的存在導(dǎo)致了模具表面拋光質(zhì)量和耐腐蝕性的下降，這是由于大型硅酸鹽夾雜物、殘留氧化物和嚴(yán)重的局部脫碳。
在鏡面模具鋼的使用過程中，其故障主要是由于模具承受機(jī)械載荷、熱載荷和環(huán)境介質(zhì) 。除模具工作條件外，其他因素包括：模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具材料、模具使用等。其故障形式包括表面磨損、吸附、腐蝕、變形、斷裂和塑性變形。可能是由于模具材料本身的合金設(shè)計不合理，材料冶煉、鍛造和熱處理工藝不合適，或模具設(shè)計和使用不當(dāng)。
拋光工藝對鏡面加工性能的影響
如果模具鋼材料是鏡面塑料模具鋼的基礎(chǔ)，那么拋光過程就是鏡面塑料模具鋼的升華。拋光方法主要包括機(jī)械拋光、化學(xué)拋光、電解拋光、超聲波拋光、流體拋光、磁研磨拋光和各種組合。機(jī)械拋光是通過切割和材料表面塑形變形獲得光滑表面的拋光方法。超精細(xì)研磨技術(shù)可以實現(xiàn)Ra0.008 μm表面粗糙度是各種拋光方法中質(zhì)量最高的。拋光工藝的不斷發(fā)展不僅提高了拋光效率，而且提高了拋光質(zhì)量，而且減少了拋光對環(huán)境的污染，改善了工作環(huán)境，解放了勞動力。未來，機(jī)械拋光和超聲波研磨可以結(jié)合良好的拋光效果，開發(fā)機(jī)器人代替人工拋光，以節(jié)省成本。
結(jié) 語
未來，降低鏡面塑料模具鋼的制造成本，縮短模具制造周期，提高鏡面加工性能和加工性能，將成為產(chǎn)品研發(fā)的主流趨勢。隨著高鏡面塑料產(chǎn)品的大規(guī)模和復(fù)雜性，匹配的鏡面模具鋼需要更大的尺寸和優(yōu)良的拋光性能。除了不斷提高拋光技術(shù)和技術(shù)外，高冶金質(zhì)量和優(yōu)良鏡面加工性能的鏡面塑料模具鋼也是研發(fā)的核心。在高端鏡面塑料模具鋼方面，日本、德國、瑞典等國家在良好的基礎(chǔ)上不斷開發(fā)，形成了完整的體系。目前，我國在這一領(lǐng)域的研究與國外仍存在一些差距，未能滿足國內(nèi)需求。只有不斷發(fā)展，注重產(chǎn)學(xué)研銷的一致性，才能為我國成為模具力量的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
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