摘要：钼合金化模具钢是塑料注射成型机的关键用材。它们必须容易加工成与成品模塑件呈镜像关系的复杂几何形状，在加工过程的应力和磨损条件下，能够抗变形、耐磨损，并且在长期的生产运行中能够保持表面的高度抛光。钼是满足这些要求的关键合金元素。

       如今塑料制品无处不在。它们可以小而简单，如一次性瓶盖，也可以大而复杂，如多组件构成的飞机部件。它们有各种尺寸、形式、颜色和应用。在塑料制造的许多成型工艺中，应用最广泛和用途最多的是注塑成型。顾名思义，该工艺将熔融塑料注入模具中，模具通常由钢制成。含钼钢因其在高温下良好的强度和耐用性而成为模具材料的首选。它们代表着钼的一个重要的应用市场。

注塑产品

       两个注塑产品的例子可以说明该工艺的灵活性和应用范围。一个是高压气罐。它们由内部吹塑塑料圆筒构成，外面包裹玻璃纤维或碳纤维，然后再套上注塑外壳。这种储气罐比压力等级相似的钢制储气罐重量轻约 70%，使其成为采用天然气或氢气燃料的商用和私家车辆等应用的理想选择。传统的内燃机和燃料电池都依赖于它们供应燃料。甚至越来越多的低压液化石油气（LPG）储罐也采用复合塑料，因为它们重量轻，经久耐用。

       第二种看似平凡、但可能会改变游戏规则的产品是可回收、不含双酚A、透明的多层注塑塑料罐，它很可能会取代传统的金属食品罐。制造商将其称之为“Klear Can”。一家大型设备制造商宣布销售其首个 Klear Can 生产系统。该设计具有与金属密封罐相同的优点，但由于采用透明的塑料，里面的食物一目了然。用这种塑料储罐可在常温下储存食品长达五年。

注塑产品范围很广，从面向大众市场的鞋跟到数量有限的医疗设备精密零件 © iStockphoto/TPopova

塑料（树脂）

       用于注塑的热塑性树脂（塑料）有数百种，它们在加热时会变软，在冷却后会变硬，为产品设计者和制造商提供了各种各样的性能。常见的树脂包括聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺（尼龙）、ABS塑料（丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚物）和聚乙烯。每种树脂都具有一组独特的性能，必须考虑树脂在注塑机中的性能，例如最高成型温度、流动性、腐蚀性，也要考虑成品在应用中的性能如着色性、强度、韧性和表面质量。

塑料成型始于树脂颗粒，成品是各种各样从简单到复杂的零部件©iStockphoto/XXLPhoto

注塑机

       注塑机有四个主要部件 — 电机、注射系统、分流注塑模具和合模系统。注塑机大小因成品尺寸而异，按照合模力划分。小型设备可能只有 2吨的锁模力，而非常大的注塑机锁模力可能超过1万吨。所有注塑机的基本构件是相似的且非常简单，但当市场要求高质量和高生产率的机器时，它们会变得非常复杂。

注塑机有多种尺寸和生产速度，但都具有树脂输送和成型系统等基本构成 ©iStockphoto/Baloncici

模具设计

       由框架和板组成的分流注塑模具是所有注塑机通用的。这些非常复杂的模具需要单独的流道用于树脂注入和排出空气，用水或油冷却，以及引导顶杆脱模。高产量模具包含可容纳数十个零件的模腔，增加了模具的复杂性。

       现代模具设计采用计算机辅助设计 (CAD)与模具制造商的技艺相结合。模具制造商利用计算机设计冷却、通风和顶出系统时，可以考虑收缩、翘曲、受力和部件变形等因素。计算机数控 (CNC) 机床使用 CAD 程序输出来控制模具加工，从而对成品零部件进行精确的尺寸控制。对于必须生产许多小零件的单个模具，常采用电火花加工 (EDM)。电火花加工的优点是可以在最终热处理后对模具进行加工。为了使成品零件获得良好的表面质量，模具型腔通常在机械加工后要进行抛光处理。

模具材料

       设计人员在选择材料时必须考虑各种因素。首先是模具所要求的寿命。其他因素包括树脂加工所需的温度和最终产品所要求的表面光洁度。各种钢、铜、铝合金、橡胶，甚至环氧树脂都可用作模具材料，最后两种材料通常用于小批量生产或原型试生产。钢是迄今为止最常用的模具材料，因其耐用性和产品质量高而备受青睐。

       模具材料必须能进行机加工，且能够达到所要求的表面光洁度。它必须有足够的强度，可承受夹紧力，并且在长期使用中能够耐磨损。断面较厚的合金钢必须具有淬透性，同时在热处理过程中具有良好的韧性和尺寸稳定性。这些要求使含钼工具钢成为完美的选择。

       使用最广泛的两个钢种 AISI P20 (UNS T51620) 和 AISI H13 (UNS T20813) ，标称钼含量分别为 0.42% 和 1.3% 。在这两种合金钢的基础上又开发出很多针对特定应用的衍生牌号，大多数牌号都保留了 Mo。一家主要模具钢供应商提供 14 个衍生牌号，钼含量高达 3.6%。

       对于高端零部件而言，模具材料最重要的性能，可能是良好的抛光性能，可确保表面无瑕疵。瑕疵几乎都是非金属夹杂物引起的，这些夹杂物在最终零件的表面产生间断，常常导致报废。真空电弧重熔 (VAR) 和电渣重熔 (ESR) 等特殊冶炼技术可以最大限度地减少夹杂物，一般价格也会上浮。

模具由特钢厂生产的模具钢加工而成 ©Alloy Tool Steel Inc.

       塑料行业和钼行业的前景全球塑料行业规模庞大且不断增长。在美国，它是第三大制造业。受气体储罐、运输槽罐和Klear Can透明塑料容器等新产品的推动，到 2022 年，仅注塑领域的复合年增长率有望达到4.2%。对设计更复杂、性能更好的大型部件需求的不断增长，将不断需要更多的注塑设备和工具。钼将一如既往地发挥作用，为这些新产品提供合适的钢材，因为钼为注塑模具钢带来了强度、稳定性、耐用性和高表面质量。