劉道春

探討塑料模具制造技術(shù)發(fā)展的新視點(diǎn)（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(dòng)向

近幾年來(lái)，機(jī)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(guó)模具行業(yè)高速增長(zhǎng)的最強(qiáng)勁的助力，我國(guó)中低端模具有著較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)際采購(gòu)商到我國(guó)采購(gòu)的比例逐年增大，另一方面是發(fā)達(dá)國(guó)家模具生產(chǎn)向我國(guó)轉(zhuǎn)移的步伐進(jìn)一步加快，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年年我國(guó)模具行業(yè)產(chǎn)需兩旺，今后仍將持續(xù)快速增長(zhǎng)。隨著模具工作條件的日益苛刻，對(duì)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(lái)越廣泛，塑料模具工業(yè)對(duì)模具鋼的需求也越來(lái)越大。在塑料成型加工中，模具的質(zhì)量對(duì)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(duì)塑料模具鋼的性能的要求越來(lái)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(guó)外模具鋼出現(xiàn)了高合金、高質(zhì)、優(yōu)化、低級(jí)鋼強(qiáng)化和擴(kuò)充材料領(lǐng)域的趨向。模具材料由低級(jí)向高級(jí)發(fā)展，發(fā)展的趨勢(shì)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(hào)的合金化程度也日趨提高。目前，國(guó)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO中的40NiCrMoV7等。高熱強(qiáng)性模具鋼，如美國(guó)的H10A、日本日立金屬公司的YHD3等。高溫?zé)嶙髂＞咪?，如美?guó)的T2M、T2C，日本的Nimowal等。為了滿足冷作模具的特殊要求，各國(guó)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(guó)釩合金鋼公司的8Cr8Mo2Vsi鋼；低合金空淬微變形鋼，如美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)A14、A16，日本的G04和ACD37等。火焰淬火模具鋼，如日本愛知的SX5、SX105V等鋼。粉末冶金冷作模具鋼，如美國(guó)的CPM10V、德國(guó)的320CrVMo13.5等。據(jù)了解，國(guó)外新型塑料模具鋼的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：易切削、拋光性好的塑料模具鋼，如美國(guó)的412、M－300，瑞典的STAVAX－13等；預(yù)硬化型塑料模具鋼，如美國(guó)的P20、445，德國(guó)的MOVTREX－A（2312）等；整體淬硬型塑料模具鋼，如美國(guó)的A2、D3和H13等；耐腐蝕塑料模具鋼，如國(guó)標(biāo)ISO中的110CrMo17，瑞典ASSAB公司的4Cr13等；無(wú)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(guó)模具產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，為國(guó)產(chǎn)模具鋼提供了一個(gè)巨大的市場(chǎng)，帶動(dòng)了國(guó)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(guó)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(guó)產(chǎn)模具鋼無(wú)論在品種還是質(zhì)量上仍難以全部滿足國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)的需求。以冷軋模具鋼為例，目前我國(guó)只有Cr12、Cr12MoV、CrWMn鋼。我國(guó)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(guó)外根據(jù)冷沖壓件向高精度、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的趨勢(shì)，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(guó)也急需研制開發(fā)。國(guó)產(chǎn)熱軋模具鋼同樣存在差距，目前我國(guó)通用型鋼種中只有2個(gè)鋼號(hào)。而國(guó)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)僅1個(gè)鋼號(hào)，而美國(guó)有7個(gè)鋼號(hào)，且形成了較完整的用鋼系列。國(guó)內(nèi)模具鋼消費(fèi)市場(chǎng)是巨大的，但國(guó)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(chǎng)開拓上下更大的功夫。

我國(guó)過(guò)去無(wú)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(lái)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(jī)械加工性能差，而且難以加工復(fù)雜的型腔，更無(wú)法解決熱處理變形問題。由此，國(guó)內(nèi)對(duì)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(guó)已有了自己的專用模具鋼系列，已納入國(guó)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(guó)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(jí)。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(duì)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(duì)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(qiáng)韌化過(guò)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(chǎng)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(diǎn)。模具在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)和保持過(guò)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(jī)體的耐腐蝕性能，開發(fā)一些耐蝕不銹鋼材。馬氏體時(shí)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(qiáng)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(lái)我國(guó)模具鋼材發(fā)展較快，已初步形成了我國(guó)的模具鋼系列，其中一些模具材料的性能優(yōu)越，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。國(guó)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(qiáng)韌化機(jī)理及模具失效機(jī)理的研究工作，指導(dǎo)材料研究，并相應(yīng)地開展測(cè)試手段和測(cè)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(zhǎng)壽命、高性價(jià)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(shì)

在我國(guó)塑料模具市場(chǎng)中，以注塑模具需求量最大，其中發(fā)展重點(diǎn)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(wàn)噸。電冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過(guò)1000萬(wàn)臺(tái)。彩電的年產(chǎn)量已超過(guò)3000萬(wàn)臺(tái)。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(huì)導(dǎo)致對(duì)模具的需求量大幅度增長(zhǎng)。統(tǒng)計(jì)表明，家電行業(yè)所需模具量年增長(zhǎng)率約為10%。一臺(tái)電冰箱約需模具350副，價(jià)值約4000萬(wàn)元；一臺(tái)全自動(dòng)洗衣機(jī)約需模具200副，價(jià)值3000萬(wàn)元。一臺(tái)空調(diào)器僅塑料模具就有20副，價(jià)值150萬(wàn)元。單臺(tái)彩電大約共需模具約140副，價(jià)值約700萬(wàn)元，僅彩電模具每年就有約28億元的市場(chǎng)。隨著汽車制造業(yè)和IT制造業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)模具工業(yè)近年來(lái)取得了飛速發(fā)展。目前，我國(guó)塑料工業(yè)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來(lái)越高的要求。塑料模具在整個(gè)模具行業(yè)中所占比例已達(dá)30%左右，預(yù)計(jì)在未來(lái)模具市場(chǎng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的白熱化，外殼設(shè)計(jì)成為重要的一環(huán)，對(duì)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(jì)合理（主要針對(duì)薄壁制品）的注塑模具將得到市場(chǎng)的歡迎。

目前，由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)塑料模具工業(yè)的要求是越來(lái)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(dòng)力。據(jù)目前準(zhǔn)確數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)全年塑料模具產(chǎn)值高達(dá)534億元，這是一個(gè)已經(jīng)存在的事實(shí)。由于近年來(lái)進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具占多數(shù)，從減少進(jìn)口、提高國(guó)產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場(chǎng)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(chǎng)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，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(shí)，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(chǎng)的專業(yè)塑料模具廠家得數(shù)量及能力也在較快增長(zhǎng)。汽車工業(yè)近年來(lái)增長(zhǎng)快速，也拉動(dòng)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(chǎng)巨大。每一種型號(hào)的汽車都需要幾千副模具，價(jià)值上億元，而我國(guó)大型精密模具的制造能力不足。據(jù)介紹，目前我國(guó)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(duì)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(cè)，在未來(lái)的模具市場(chǎng)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(chǎng)由替代進(jìn)口轉(zhuǎn)向開始出口，向發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)拓展。國(guó)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(jí)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(lái)，引領(lǐng)著國(guó)內(nèi)模具技術(shù)飛速發(fā)展。

模具技術(shù)的特點(diǎn)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(guó)的模具技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)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(guó)際領(lǐng)先水平，必將形成我國(guó)模具技術(shù)新的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

近年模具生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的溫度控制、熔接痕控制、流量控制、冷卻過(guò)程控制等模具信息控制應(yīng)用技術(shù)，及塑料膜成形過(guò)程在線控制、壓鑄模成形過(guò)程在線控制、冷沖模成形過(guò)程在線控制等一大批成形過(guò)程在線控制模具。而這種模具成形過(guò)程的在線智能化控制必將成為我國(guó)乃至世界模具發(fā)展的里程碑。隨著市場(chǎng)需求的變化以及競(jìng)爭(zhēng)的加劇，模具企業(yè)單純的模具設(shè)計(jì)制造模式已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，部分企業(yè)已經(jīng)開始主動(dòng)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(jì)和生產(chǎn)服務(wù)，提供全過(guò)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(guò)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(lái)，無(wú)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(shuō)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(guó)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(jìng)爭(zhēng)力，使企業(yè)在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(guó)際先進(jìn)水平相差甚遠(yuǎn)，精密沖裁模具還是國(guó)內(nèi)模具技術(shù)的短板因而任重而道遠(yuǎn)。隨著國(guó)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(lái)的“一模多腔”技術(shù)正在等到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。很顯然，同樣的一次注塑過(guò)程可以同時(shí)制造多個(gè)產(chǎn)品，生產(chǎn)效率自然翻番了。而另外一個(gè)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(duì)這樣的現(xiàn)象，怎樣滿足大型模具和零部件越來(lái)越高的表面精度要求一直困擾著國(guó)內(nèi)模具行業(yè)。而要順利突破這個(gè)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(guó)先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展和制造業(yè)的國(guó)際化，我國(guó)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(guó)際接軌。但國(guó)內(nèi)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(shí)和充分重視核心競(jìng)爭(zhēng)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(yǔ)

近年來(lái)，隨著汽車、電子、IT、家電等行業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)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(wú)論是設(shè)計(jì)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(guó)部分精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)從模具大國(guó)向模具強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，我國(guó)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(gè)性化產(chǎn)品需求下的塑料模具綠色設(shè)計(jì).塑料2014年第43卷第3期17－20頁(yè).

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

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

（完）