劉道春

探討塑料模具制造技術(shù)發(fā)展的新視點（二）

劉道春

（上接《塑料包裝》2015年第六期）

4 .新型塑料模具用鋼的開發(fā)應(yīng)用動向

近幾年來，機械、汽車及電子信息產(chǎn)業(yè)等模具需求大戶的持續(xù)快速發(fā)展，是我國模具行業(yè)高速增長的最強勁的助力，我國中低端模具有著較強的競爭力，國際采購商到我國采購的比例逐年增大，另一方面是發(fā)達(dá)國家模具生產(chǎn)向我國轉(zhuǎn)移的步伐進(jìn)一步加快，預(yù)計未來幾年年我國模具行業(yè)產(chǎn)需兩旺，今后仍將持續(xù)快速增長。隨著模具工作條件的日益苛刻，對模具鋼的質(zhì)量，特別是鋼的純凈度、等向性提出了更高的要求。

隨著塑料制品在工業(yè)及日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛，塑料模具工業(yè)對模具鋼的需求也越來越大。在塑料成型加工中，模具的質(zhì)量對產(chǎn)品質(zhì)量的保證作用是不言而喻的。

塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向發(fā)展，對塑料模具鋼的性能的要求越來越高，塑模鋼的性能應(yīng)根據(jù)塑料種類、制品用途、生產(chǎn)批量、尺寸精度和表面質(zhì)量的要求而定。

據(jù)了解，國外模具鋼出現(xiàn)了高合金、高質(zhì)、優(yōu)化、低級鋼強化和擴充材料領(lǐng)域的趨向。模具材料由低級向高級發(fā)展，發(fā)展的趨勢是由碳素工具鋼到低合金工具鋼再到高合金工具鋼。因而相繼出現(xiàn)了一系列新型模具鋼，模具標(biāo)準(zhǔn)鋼號的合金化程度也日趨提高。目前，國外相繼開發(fā)的新型熱軋模具鋼包括：高淬透性特大型鍛壓模具鋼，如國際標(biāo)準(zhǔn)ISO中的40NiCrMoV7等。高熱強性模具鋼，如美國的H10A、日本日立金屬公司的YHD3等。高溫?zé)嶙髂＞咪?，如美國的T2M、T2C，日本的Nimowal等。為了滿足冷作模具的特殊要求，各國發(fā)展的新型冷軋模具鋼有：高韌性、高耐磨性模具鋼，如美國釩合金鋼公司的8Cr8Mo2Vsi鋼；低合金空淬微變形鋼，如美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)鋼號A14、A16，日本的G04和ACD37等?；鹧娲慊鹉＞咪?，如日本愛知的SX5、SX105V等鋼。粉末冶金冷作模具鋼，如美國的CPM10V、德國的320CrVMo13.5等。據(jù)了解，國外新型塑料模具鋼的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面：易切削、拋光性好的塑料模具鋼，如美國的412、M－300，瑞典的STAVAX－13等；預(yù)硬化型塑料模具鋼，如美國的P20、445，德國的MOVTREX－A（2312）等；整體淬硬型塑料模具鋼，如美國的A2、D3和H13等；耐腐蝕塑料模具鋼，如國標(biāo)ISO中的110CrMo17，瑞典ASSAB公司的4Cr13等；無磁塑料模具鋼，如日本大同特殊鋼公司的NAK301等。

近幾年，隨著中國模具產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，為國產(chǎn)模具鋼提供了一個巨大的市場，帶動了國內(nèi)模具鋼的產(chǎn)量、品種、規(guī)格及品質(zhì)水準(zhǔn)的提高。我國冶金行業(yè)研制開發(fā)和引進(jìn)了大量模具行業(yè)所需的鋼種，但國產(chǎn)模具鋼無論在品種還是質(zhì)量上仍難以全部滿足國內(nèi)模具市場的需求。以冷軋模具鋼為例，目前我國只有Cr12、Cr12MoV、CrWMn鋼。我國的Cr12MoV鋼中，鉬和釩的含量較低，比D2鋼綜合性能差。CrWMn含碳量較高，且不含釩，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物，影響使用性能。如今國外根據(jù)冷沖壓件向高精度、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的趨勢，早已開發(fā)了高性能模具鋼，其中有二次硬化鋼OCM、DC53、Vasco、Die，火焰淬火鋼SX10570L，空淬微變形鋼A4等。這些新型模具鋼我國也急需研制開發(fā)。國產(chǎn)熱軋模具鋼同樣存在差距，目前我國通用型鋼種中只有2個鋼號。而國外除了通用型鋼種外，還新發(fā)展了YHD3、H26等品種。塑料模具鋼的差距則更大。就品種而言，國家標(biāo)準(zhǔn)僅1個鋼號，而美國有7個鋼號，且形成了較完整的用鋼系列。國內(nèi)模具鋼消費市場是巨大的，但國內(nèi)模具鋼制造企業(yè)要想在其中占據(jù)更大的份額，就必須在科研開發(fā)、技術(shù)改造、市場開拓上下更大的功夫。

我國過去無專用的塑料模具鋼，一般塑料模具用淬火的45和40Cr經(jīng)調(diào)質(zhì)后制造，因而模具硬度低、耐磨性差，表面粗糙度值高，加工出來的塑料產(chǎn)品外觀質(zhì)量較差，而且模具使用壽命低。.精密塑料模具及硬度高塑料模具采用CrWMo、Cr12MoV等合金工具鋼制造，不僅機械加工性能差，而且難以加工復(fù)雜的型腔，更無法解決熱處理變形問題。由此，國內(nèi)對專用塑料模具用鋼進(jìn)行了研制，并獲得了一定的進(jìn)展。我國已有了自己的專用模具鋼系列，已納入國家標(biāo)準(zhǔn)的有兩種，即3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo，納入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的已有20多種，已在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用十多種新型塑料模具鋼，初步形成了我國塑料模具用鋼體系。

塑料模具用鋼涵蓋廣泛，從普通鋼材到專用鋼材都有。這在塑料模具初期更加明顯，如今已日趨正規(guī)和高級。專門用鋼已自成體系，模具用鋼的化學(xué)成分和合金工具鋼的基本相同，但其冶金質(zhì)量更高，加工精良，對熱處理有利。塑料模具鋼性能要求嚴(yán)格，熱處理難度大。

隨著光盤、磁盤、棱鏡等精密件的生產(chǎn)，對易加工鏡面鋼的要求增加。這種鋼含非金屬雜質(zhì)少，金相組織細(xì)致均一，沒有纖維方向性，它是塑料模具鋼材的主要發(fā)展方向。

為避免模具零件在強韌化過程中的變形或其他熱處理問題，模具鋼以預(yù)硬化形式供應(yīng)市場已較普遍。以石化產(chǎn)品為原料的塑料制品，具有某種程度不同的腐蝕性，所以耐蝕鋼應(yīng)用也較多。配合預(yù)硬化鋼、非調(diào)質(zhì)剛的應(yīng)用，易切削性也是塑料模具鋼的特點。模具在長期運轉(zhuǎn)和保持過程中，容易生銹受蝕，而且隨著塑料成型中添加各種成分，模具更容易受蝕。因此要求提高母材機體的耐腐蝕性能，開發(fā)一些耐蝕不銹鋼材。馬氏體時效合金鋼這種鋼材具有足夠的力學(xué)性能和突出的工藝性能，特別是有較高的強度、韌度、耐磨性、低的熱膨脹系數(shù)，是制造注塑模的好鋼材，硬質(zhì)合金主要用于制作壽命要求很高，制件生產(chǎn)批量大的模具。

近年來我國模具鋼材發(fā)展較快，已初步形成了我國的模具鋼系列，其中一些模具材料的性能優(yōu)越，達(dá)到國際先進(jìn)水平。國產(chǎn)模具用鋼適應(yīng)模具行業(yè)的發(fā)展需求，開展模具鋼強韌化機理及模具失效機理的研究工作，指導(dǎo)材料研究，并相應(yīng)地開展測試手段和測試技術(shù)的開發(fā)工作。因此，采用先進(jìn)的工藝裝備、建立先進(jìn)的生產(chǎn)線、開發(fā)先進(jìn)的冶金方法是我們當(dāng)前的首要任務(wù)。只有這樣我們才能不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，才能研制出高性能、長壽命、高性價比和高效的新型模具材料。

5 .塑料模具制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

在我國塑料模具市場中，以注塑模具需求量最大，其中發(fā)展重點為工程塑料模具。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，目前僅汽車行業(yè)就需要各種塑料制品36萬噸。電冰箱、洗衣機和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過1000萬臺。彩電的年產(chǎn)量已超過3000萬臺。在建材行業(yè)，塑料門窗的普及率為30%，塑料管的普及率將達(dá)到50%。這些都會導(dǎo)致對模具的需求量大幅度增長。統(tǒng)計表明，家電行業(yè)所需模具量年增長率約為10%。一臺電冰箱約需模具350副，價值約4000萬元；一臺全自動洗衣機約需模具200副，價值3000萬元。一臺空調(diào)器僅塑料模具就有20副，價值150萬元。單臺彩電大約共需模具約140副，價值約700萬元，僅彩電模具每年就有約28億元的市場。隨著汽車制造業(yè)和IT制造業(yè)的飛速發(fā)展，國內(nèi)模具工業(yè)近年來取得了飛速發(fā)展。目前，我國塑料工業(yè)的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求。塑料模具在整個模具行業(yè)中所占比例已達(dá)30%左右，預(yù)計在未來模具市場中，塑料模具占模具總量的比例仍將逐步提高，且發(fā)展速度將快于其他模具。隨著家電市場競爭的白熱化，外殼設(shè)計成為重要的一環(huán)，對家電外殼的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新要求。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，大型、精密、設(shè)計合理（主要針對薄壁制品）的注塑模具將得到市場的歡迎。

目前，由于中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對塑料模具工業(yè)的要求是越來越嚴(yán)格，因此為塑料模具工業(yè)的發(fā)展提供了巨大的動力。據(jù)目前準(zhǔn)確數(shù)據(jù)統(tǒng)計，中國全年塑料模具產(chǎn)值高達(dá)534億元，這是一個已經(jīng)存在的事實。由于近年來進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具占多數(shù)，從減少進(jìn)口、提高國產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材接頭模具成為模具市場新的經(jīng)濟(jì)增長點，以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大。家用電器行業(yè)在十二五期間將有較大發(fā)展，特別是電冰箱、空調(diào)器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大。同時，塑料模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐在不斷加快，面向市場的專業(yè)塑料模具廠家得數(shù)量及能力也在較快增長。汽車工業(yè)近年來增長快速，也拉動了模具檔次的提高，精良的模具制造裝備為模具技術(shù)水平的提升提供了保障。汽車模具潛在市場巨大。每一種型號的汽車都需要幾千副模具，價值上億元，而我國大型精密模具的制造能力不足。據(jù)介紹，目前我國高檔轎車的覆蓋件模具幾乎全部為進(jìn)口產(chǎn)品。高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡(luò)模的發(fā)展也將高于總平均水平。有專家預(yù)測，在未來的模具市場中，塑料模具在模具總量中的比例將步提高，其發(fā)展速度將高于其他模具。

近幾年，模具中高端市場由替代進(jìn)口轉(zhuǎn)向開始出口，向發(fā)達(dá)國家市場拓展。國內(nèi)模具技術(shù)發(fā)展迅速，大型精密模具水平節(jié)節(jié)攀升，大型模具、精密模具、大型汽車結(jié)構(gòu)件沖壓級進(jìn)模、先進(jìn)新型復(fù)合模具以及復(fù)雜多功能模具等紛紛涌現(xiàn)出來，引領(lǐng)著國內(nèi)模具技術(shù)飛速發(fā)展。

模具技術(shù)的特點注定創(chuàng)新能力是模具企業(yè)生存的關(guān)鍵，目前出現(xiàn)的大量新結(jié)構(gòu)、新方法、新工藝以及新技術(shù)，已經(jīng)成為我國的模具技術(shù)發(fā)展的新動力，許多新結(jié)構(gòu)、新方法、新工藝以及新技術(shù)技術(shù)水平處于國際領(lǐng)先水平，必將形成我國模具技術(shù)新的核心競爭力。

近年模具生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的溫度控制、熔接痕控制、流量控制、冷卻過程控制等模具信息控制應(yīng)用技術(shù)，及塑料膜成形過程在線控制、壓鑄模成形過程在線控制、冷沖模成形過程在線控制等一大批成形過程在線控制模具。而這種模具成形過程的在線智能化控制必將成為我國乃至世界模具發(fā)展的里程碑。隨著市場需求的變化以及競爭的加劇，模具企業(yè)單純的模具設(shè)計制造模式已經(jīng)不能滿足市場競爭的需要，部分企業(yè)已經(jīng)開始主動配合產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)工作，參與產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)服務(wù)，提供全過程的模具、工裝甚至產(chǎn)品服務(wù)，使模具企業(yè)由制造業(yè)向制造服務(wù)型企業(yè)轉(zhuǎn)變。經(jīng)過多年的發(fā)展，模具產(chǎn)業(yè)的集群效應(yīng)已經(jīng)顯現(xiàn)出來，無論從企業(yè)規(guī)模還是技術(shù)水平都顯現(xiàn)出模具產(chǎn)業(yè)集群的成效，說明模具產(chǎn)業(yè)集群是一條模具發(fā)展的有效途徑。許多專業(yè)化模具企業(yè)因其專、特而發(fā)展迅速，水平直追國際先進(jìn)水平。但大多數(shù)模具企業(yè)還是“大而全”、“小而全”。必須擺脫“大而全”、“小而全”的模具企業(yè)形式，專業(yè)化發(fā)展仍然是模具企業(yè)的必由之路。努力發(fā)展自己的專有模具技術(shù)，形成核心競爭力，使企業(yè)在未來的市場競爭中占有一席之地。精沖工藝與沖裁工藝相結(jié)合的沖壓模具，與國際先進(jìn)水平相差甚遠(yuǎn)，精密沖裁模具還是國內(nèi)模具技術(shù)的短板因而任重而道遠(yuǎn)。隨著國內(nèi)模具行業(yè)的日趨發(fā)展，模具日趨大型化，這主要是由于高生產(chǎn)效率要求而決定的。為了提高生產(chǎn)效率而發(fā)展起來的“一模多腔”技術(shù)正在等到越來越廣泛的應(yīng)用。很顯然，同樣的一次注塑過程可以同時制造多個產(chǎn)品，生產(chǎn)效率自然翻番了。而另外一個原因則是零部件也日趨大型化了，也這直接導(dǎo)致了模具必須大型化。面對這樣的現(xiàn)象，怎樣滿足大型模具和零部件越來越高的表面精度要求一直困擾著國內(nèi)模具行業(yè)。而要順利突破這個瓶頸，就必須要突破人才、技術(shù)和資金的困擾。有條件的企業(yè)要投入高精尖的新型數(shù)控設(shè)備，另外還要積極舉辦各種培訓(xùn)班，積極培養(yǎng)專業(yè)人才，為模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定一定的基礎(chǔ)。

綜上所述，隨著我國先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展和制造業(yè)的國際化，我國模具行業(yè)正在經(jīng)歷著有進(jìn)口替代轉(zhuǎn)向出口，技術(shù)水平快速與國際接軌。但國內(nèi)激烈的市場競爭日趨白熱化，已經(jīng)嚴(yán)重影響了模具企業(yè)的生存，種種跡象表明，模具行業(yè)面臨重新洗牌的問題，模具企業(yè)必須認(rèn)識和充分重視核心競爭力的形成，利用模具產(chǎn)品的專業(yè)化和差異化發(fā)展，為產(chǎn)品企業(yè)提供更好地服務(wù)。因此，創(chuàng)新能力是模具企業(yè)生存的關(guān)鍵，專業(yè)化發(fā)展是模具企業(yè)的必由之路。

6 結(jié)束語

近年來，隨著汽車、電子、IT、家電等行業(yè)的快速發(fā)展，人們對塑料制品的精度、形狀、功能、成本等提出了更高的要求，作為重要生產(chǎn)裝備的模具技術(shù)也發(fā)生了翻天覆地的變化，無論是設(shè)計理念、制造手段還是先進(jìn)模具材料的采用都在飛速地發(fā)展和不斷地更新。模具技術(shù)正向著更精密、更復(fù)雜、更大型、更可靠及低材耗、低能耗的方向發(fā)展。我國部分精密、大型、復(fù)雜、長壽命塑料模具仍存在缺口，當(dāng)下塑料模具制造企業(yè)必須著眼提高產(chǎn)品檔次和降低制造成本，實現(xiàn)從模具大國向模具強國的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，我國的模具水平很快就能與躋身世界先進(jìn)行業(yè)。

［1］袁根華.個性化產(chǎn)品需求下的塑料模具綠色設(shè)計.塑料2014年第43卷第3期17－20頁.

［2］李進(jìn)衛(wèi).談塑料模具鋼材的性能特點及其應(yīng)用.重鋼技術(shù)2013年第56卷第4期25－31頁.

［3］繆睿.淺談塑料模具的發(fā)展現(xiàn)狀.中國化工貿(mào)易2013年第5卷第3期269－269頁.

（完）