新日本塑料成型模具用鋼的開發(fā)與應(yīng)用
塑料成型模具用鋼的特性要求可分為兩大類別。一種是塑料成型時要求的鋼特性，另一種是模具制作時要求的鋼特性。
１塑料成型時要求的鋼特性
塑料成型時要求的鋼特性有耐磨性、韌性、耐蝕性和鏡面性。
1）耐磨性、韌性
模具的耐磨性與模具硬度有關(guān)。塑料制品量大時，模具要使用硬鋼。但鋼材硬度增加，會使鋼變脆，所以模具過硬容易產(chǎn)生裂紋。如果模具的耐磨性好而抗裂性差，模具會在磨損前產(chǎn)生裂紋，使壽命下降。此外，模具形狀與模具開裂也有很大關(guān)系。
2）耐蝕性
對成型溫度較高的工程塑料和含有阻燃劑的樹脂、聚氯乙烯、聚氟乙烯進(jìn)行成型加工時，容易產(chǎn)生腐蝕性氣體，會導(dǎo)致模具銹蝕。銹蝕的凸凹形狀會復(fù)制到塑料制品上。這種情況下使用的模具應(yīng)采用SUS420J2等具有耐蝕性的不銹鋼改良鋼。鋼中的合金含量決定著鋼的耐蝕性。鋼中含有大量的Cr，可在鋼表面生產(chǎn)鈍化膜，提高鋼的耐蝕性。
3）鏡面性
塑料制品的表面質(zhì)量是用肉眼進(jìn)行評價的。所以模具鋼的鏡面性是一項(xiàng)重要特性。一般來說，模具材料硬度越高鏡面性越好。這是因?yàn)槟＞哐心r瑕疵不容易附著，非金屬夾雜物和碳化物脫落的少，以及模具可得到均勻研磨。非金屬夾雜物是影響鏡面性的主要原因。為了提高模具鋼的鏡面性，應(yīng)采用精煉方法減少非金屬夾雜物，或者采用真空電弧重熔（VAR）、電渣重熔（ESR）提高鋼的潔凈度。
２模具制作時要求的特性
模具制作時對模具鋼要求的特性有切削性、模具成型面雕飾性和放電加工性。
1）切削性
塑料成型模具的構(gòu)造比較復(fù)雜，切削加工量大。模具的易切削程度直接影響到模具交貨期和模具制造成本。因此，對于鏡面性要求不特別高的模具，采用添加硫等易切削元素的切削性良好的模具鋼。
2）雕飾性和放電加工性
雕飾性加工用于汽車內(nèi)裝飾部件、家電外裝飾部件、辦公設(shè)備等要求外觀漂亮部件的成型加工。一般采用光刻腐蝕方法，使模具成型面成為復(fù)雜的凸凹形狀。由于是鋼材的腐蝕加工，所以要求鋼材的成分偏析小、組織均勻以及粗大非金屬夾雜物和碳化物量少。
為獲得良好的放電加工性，要減少鋼中粗大非金屬夾雜物和碳化物。放電加工是使鋼材表面熔融，進(jìn)而對鋼材進(jìn)行形狀加工的方法。加工面熔融后發(fā)生急冷，急冷層變硬，加工后會產(chǎn)生許多宏觀裂紋，這些裂紋成為模具使用中的裂紋源。所以模具使用前必須進(jìn)行研磨處理。
３塑料成型模具用鋼的種類
表1是塑料成型模具用鋼的硬度、用途。在硬度相同的情況下，重熔鋼的鏡面性好于非重熔鋼。
４典型塑料成型模具用鋼品種
下面對日本主要塑料成型模具用鋼品種進(jìn)行介紹。
1）大型塑料制品成型模具用鋼-SC 改良鋼
SC改良鋼是以普通鋼S55C為基礎(chǔ)的、硬度為30HS（13HRC）的預(yù)硬化鋼，是提高切削性的鋼。SC改良鋼多用于汽車保險(xiǎn)杠、浴缸等成型模具。對SC 改良鋼的主要要求是降低模具成本和縮短模具制造周期。由于這些塑料制品的加工深度大，所以要求SC改良鋼具有良好的內(nèi)部硬度穩(wěn)定性和加工應(yīng)變量小的特點(diǎn)。SC改良鋼也可用于價格便宜、鏡面性要求不高的家用鏡面性制品的成型模具。
2）通用型塑料制品成型
模具用鋼-P20改良鋼P(yáng)20改良鋼是Cr-Mo系鋼材。P20改良鋼以AISIP20鋼為基礎(chǔ)，利用特殊精煉工藝降低非金屬夾雜物含量，防止了模具研磨時針孔的產(chǎn)生，并提高了鏡面性。P20 改良鋼是通用型塑料制品成型模具用鋼。P20改良鋼是硬度為30-33HRC的預(yù)硬化鋼，切削性良好，可縮短模具制作周期。此外，P20 改良鋼的雕飾加工性良好，可用于汽車內(nèi)外裝飾部件成型模具、家電外裝飾部件和其他工業(yè)用塑料制品成型模具。
3）高性能、精密塑料成型
模具用鋼-P21改良鋼P(yáng)21改良鋼的代表性牌號是NAK80，是基本成分為3%Ni-1%Al-1%Cu的時效硬化鋼。NAK80的硬度為40HRC、切削性良好、耐磨性優(yōu)良，是高性能、精密塑料成型模具的最適合材料。重熔精煉的NAK80鋼潔凈度高、組織微細(xì)均勻，具有良好的鏡面性、雕飾性和放電加工性。
4）高硬度、超鏡面、耐蝕塑料成型模具用鋼-SUS420J2改良鋼
SUS420J2改良鋼具有良好的耐蝕性，淬火回火后的硬度高達(dá)50HRC以上、鏡面研磨可達(dá)1000＃-14000＃，適用于要求耐磨性、耐蝕性、高鏡面性的模具。SUS420J2改良鋼適用于阻燃性樹脂、聚氟乙烯成型用耐蝕模具、要求高鏡面性的移動電話、電腦零部件用FRP樹脂成型模具。