塑料模具零件的热处理工艺

qinshiyun · 发表于 2008-10-30 22:03:22

选用不同品种钢材作塑料模具，其化学成分和力学性能各不相同，因此制造工艺路线不同；同样，不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。本节主要介绍塑料模具的制造工艺路线和热处理工艺的特点。
一、塑料模具的制造工艺路线
1. 低碳钢及低碳合金钢制模具
例如， 20 ， 20Cr ， 20CrMnTi 等钢的工艺路线为：下料 → 锻造模坯 → 退火 → 机械粗加工 → 冷挤压成形 → 再结晶退火 → 机械精加工 → 渗碳 → 淬火、回火 → 研磨抛光 → 装配。
2. 高合金渗碳钢制模具
例如 12CrNi3A ， 12CrNi4A 钢的工艺路线为：下料 → 锻造模坯 → 正火并高温回火 → 机械粗加工 → 高温回火 → 精加工 → 渗碳 → 淬火、回火 → 研磨抛光 → 装配。
3. 调质钢制模具
例如， 45 ， 40Cr 等钢的工艺路线为：下料 → 锻造模坯 → 退火 → 机械粗加工 → 调质 → 机械精加工 → 修整、抛光 → 装配。
4. 碳素工具钢及合金工具钢制模具
例如 T7A~T10A ， CrWMn ， 9SiCr 等钢的工艺路线为：下料 → 锻成模坯 → 球化退火 → 机械粗加工 → 去应力退火 → 机械半精加工 → 机械精加工 → 淬火、回火 → 研磨抛光 → 装配。
5. 预硬钢制模具
例如 5NiSiCa ， 3Cr2Mo （ P20 ）等钢。对于直接使用棒料加工的，因供货状态已进行了预硬化处理，可直接加工成形后抛光、装配。对于要改锻成坯料后再加工成形的，其工艺路线为：下料 → 改锻 → 球化退火 → 刨或铣六面 → 预硬处理（ 34~42HRC ） → 机械粗加工 → 去应力退火 → 机械精加工 → 抛光 → 装配。
二、塑料模具的热处理特点
（一）渗碳钢塑料模的热处理特点
1. 对于有高硬度、高耐磨性和高韧性要求的塑料模具，要选用渗碳钢来制造，并把渗碳、淬火和低温回火作为最终热处理。
2. 对渗碳层的要求，一般渗碳层的厚度为 0.8~1.5mm ，当压制含硬质填料的塑料时模具渗碳层厚度要求为 1.3~1.5mm ，压制软性塑料时渗碳层厚度为 0.8~1.2mm 。渗碳层的含碳量为 0.7%~1.0% 为佳。若采用碳、氮共渗，则耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化、防粘性就更好。
3. 渗碳温度一般在 900~920 ℃ ，复杂型腔的小型模具可取 840~860 ℃ 中温碳氮共渗。渗碳保温时间为 5~10h ，具体应根据对渗层厚度的要求来选择。渗碳工艺以采用分级渗碳工艺为宜，即高温阶段（ 900~920 ℃ ）以快速将碳渗入零件表层为主；中温阶段（ 820~840 ℃ ）以增加渗碳层厚度为主，这样在渗碳层内建立均匀合理的碳浓度梯度分布，便于直接淬火。
4. 渗碳后的淬火工艺按钢种不同，渗碳后可分别采用：重新加热淬火；分级渗碳后直接淬火（如合金渗碳钢）；中温碳氮共渗后直接淬火（如用工业纯铁或低碳钢冷挤压成形的小型精密模具）；渗碳后空冷淬火（如高合金渗碳钢制造的大、中型模具）。

qinshiyun · 发表于 2008-10-30 22:04:09

（二）淬硬钢塑料模的热处理
1.形状比较复杂的模具，在粗加工以后即进行热处理，然后进行精加工，才能保证热处理时变形最小，对于精密模具，变形应小于0.05%。
2.塑料模型腔表面要求十分严格，因此在淬火加热过程中要确保型腔表面不氧化、不脱碳、不侵蚀、不过热等。应在保护气氛炉中或在严格脱氧后的盐浴炉中加热，若采用普通箱式电阻炉加热，应在模腔面上涂保护剂，同时要控制加热速度，冷却时应选择比较缓和的冷却介质，控制冷却速度，以避免在淬火过程中产生变形、开裂而报废。一般以热浴淬火为佳，也可采用预冷淬火的方式。
3.淬火后应及时回火，回火温度要高于模具的工作温度，回火时间应充分，长短视模具材料和断面尺寸而定，但至少要在40~60min以上。
（三）预硬钢塑料模的热处理
1.预硬钢是以预硬态供货的，一般不需热处理，但有时需进行改锻，改锻后的模坯必须进行热处理。
2.预硬钢的预先热处理通常采用球化退火，目的是消除锻造应力，获得均匀的球状珠光体组织，降低硬度，提高塑性，改善模坯的切削加工性能或冷挤压成形性能。
3.预硬钢的预硬处理工艺简单，多数采用调质处理，调质后获得回火索氏体组织。高温回火的温度范围很宽能够满足模具的各种工作硬度要求。由于这类钢淬透性良好，淬火时可采用油冷、空冷或硝盐分级淬火。
(四）时效硬化钢塑料模的热处理
1.时效硬化钢的热处理工艺分两步基本工序。首先进行固溶处理，即把钢加热到高温，使各种合金元素溶入奥氏体中，完成奥氏体后淬火获得马氏体组织。第二步进行时效处理，利用时效强化达到最后要求的力学性能。
2.固溶处理加热一般在盐浴炉、箱式炉中进行，加热时间分别可取：1min/mm、2~2.5min/mm，淬火采用油冷，淬透性好的钢种也可空冷。如果锻造模坯时能准确控制终锻温度，锻造后可直接进行固溶淬火。
3.时效处理最好在真空炉中进行，若在箱式炉中进行，为防模腔表面氧化，炉内须通入保护气氛，或者用氧化铝粉、石墨粉、铸铁屑，在装箱保护条件下进行时效。装箱保护加热要适当延长保温时间，否则难以达到时效效果。
三、塑料模的表面处理
为了提高塑料模表面耐磨性和耐蚀性，常对其进行适当的表面处理。
1.塑料模镀铬是一种应用最多的表面处理方法，镀铬层在大气中具有强烈的钝化能力，能长久保持金属光泽，在多种酸性介质中均不发生化学反应。镀层硬度达1000HV，因而具有优良的耐磨性。镀铬层还具有较高的耐热性，在空气中加热到500℃时其外观和硬度仍无明显变化。
2.渗氮具有处理温度低（一般为550~570℃），模具变形甚微和渗层硬度高（可达1000~1200HV）等优点，因而也非常适合塑料模的表面处理。含有铬、钼、铝、钒和钛等合金元素的钢种比碳钢有更好的渗氮性能，用作塑料模时进行渗氮处理可大大提高耐磨性。
适于塑料模的表面处理方法还有：氮碳共渗、化学镀镍、离子镀氮化钛、碳化钛或碳氮化钛，PVD、CVD法沉积硬质膜或超硬膜等。

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