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深圳市恒興昌模具科技有限公司
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模具動态

塑料模具零件的熱處理工藝

發布日期:2014-07-11 14:18:20

選用不同品種鋼材作塑料模具,其化學成分和力學性能各不相同,因此制造工藝路線不同;同樣,不同類型塑料模具鋼采用的熱處理工藝也是不同的。本節主要介紹塑料模具的制造工藝路線和熱處理工藝的特點。

一、塑料模具的制造工藝路線 
1.低碳鋼及低碳合金鋼制模具 
    例如,20,20Cr,20CrMnTi等鋼的工藝路線為:下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→冷擠壓成形→再結晶退火→機械精加工→滲碳→淬火、回火→研磨抛光→裝配。 
2.高合金滲碳鋼制模具 
    例如12CrNi3A,12CrNi4A鋼的工藝路線為:下料→鍛造模坯→正火并高溫回火→機械粗加工→高溫回火→精加工→滲碳→淬火、回火→研磨抛光→裝配。 
3.調質鋼制模具 
    例如,45,40Cr等鋼的工藝路線為:下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→調質→機械精加工→修整、抛光→裝配。 
4.碳素工具鋼及合金工具鋼制模具 
    例如T7A~T10A,CrWMn,9SiCr等鋼的工藝路線為:下料→鍛成模坯→球化退火→機械粗加工→去應力退火→機械半精加工→機械精加工→淬火、回火→研磨抛光→裝配。 
5.預硬鋼制模具 
    例 如5NiSiCa,3Cr2Mo(P20)等鋼。對于直接使用棒料加工的,因供貨狀态已進行了預硬化處理,可直接加工成形後抛光、裝配。對于要改鍛成坯料 後再加工成形的,其工藝路線為:下料→改鍛→球化退火→刨或銑六面→預硬處理(34~42HRC)→機械粗加工→去應力退火→機械精加工→抛光→裝配。

二、塑料模具的熱處理特點

(一)滲碳鋼塑料模的熱處理特點 
1.對于有高硬度、高耐磨性和高韌性要求的塑料模具,要選用滲碳鋼來制造,并把滲碳、淬火和低溫回火作為最終熱處理。 
2. 對滲碳層的要求,一般滲碳層的厚度為0.8~1.5mm,當壓制含硬質填料的塑料時模具滲碳層厚度要求為1.3~1.5mm,壓制軟性塑料時滲碳層厚度為 0.8~1.2mm。滲碳層的含碳量為0.7%~1.0%為佳。若采用碳、氮共滲,則耐磨性、耐腐蝕性、抗氧化、防粘性就更好。 
3.滲碳溫度 一般在900~920℃,複雜型腔的小型模具可取840~860℃中溫碳氮共滲。滲碳保溫時間為5~10h,具體應根據對滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝 以采用分級滲碳工藝為宜,即高溫階段(900~920℃)以快速将碳滲入零件表層為主;中溫階段(820~840℃)以增加滲碳層厚度為主,這樣在滲碳層 内建立均勻合理的碳濃度梯度分布,便于直接淬火。 
4.滲碳後的淬火工藝按鋼種不同,滲碳後可分别采用:重新加熱淬火;分級滲碳後直接淬火(如合金滲碳鋼);中溫碳氮共滲後直接淬火(如用工業純鐵或低碳鋼冷擠壓成形的小型精密模具);滲碳後空冷淬火(如高合金滲碳鋼制造的大、中型模具)。

(二)淬硬鋼塑料模的熱處理 
1.形狀比較複雜的模具,在粗加工以後即進行熱處理,然後進行精加工,才能保證熱處理時變形最小,對于精密模具,變形應小于0.05%。 
2. 塑 料模型腔表面要求十分嚴格,因此在淬火加熱過程中要确保型腔表面不氧化、不脫碳、不侵蝕、不過熱等。應在保護氣氛爐中或在嚴格脫氧後的鹽浴爐中加熱,若采 用普通箱式電阻爐加熱,應在模腔面上塗保護劑,同時要控制加熱速度,冷卻時應選擇比較緩和的冷卻介質,控制冷卻速度,以避免在淬火過程中産生變形、開裂 而報廢。一般以熱浴淬火為佳,也可采用預冷淬火的方式。 
3.淬火後應及時回火,回火溫度要高于模具的工作溫度,回火時間應充分,長短視模具材料和斷面尺寸而定,但至少要在40~60min以上。

 

(三)預硬鋼塑料模的熱處理 
1.預硬鋼是以預硬态供貨的,一般不需熱處理,但有時需進行改鍛,改鍛後的模坯必須進行熱處理。 
2.預硬鋼的預先熱處理通常采用球化退火,目的是消除鍛造應力,獲得均勻的球狀珠光體組織,降低硬度,提高塑性,改善模坯的切削加工性能或冷擠壓成形性能。 
3.預硬鋼的預硬處理工藝簡單,多數采用調質處理,調質後獲得回火索氏體組織。高溫回火的溫度範圍很寬能夠滿足模具的各種工作硬度要求。由于這類鋼淬透性良好,淬火時可采用油冷、空冷或硝鹽分級淬火。

表3-27為部分預硬鋼的預硬處理工藝,供參考。 
表3-27 部分預硬鋼的預硬處理工藝 
鋼 号        加熱溫度/℃    冷卻方式                   回火溫度/℃    預硬硬度HRC 
3Cr2Mo       830~840      油冷或160~180℃硝鹽分級    580~650    28~36 
5NiSCa       880~930      油冷                       550~680    30~45 
8Cr2MnWMoVS  860~900      油或空冷                    550~620    42~48 
P4410        830~860      油冷或硝鹽分級              550~650    35~41 
SM1          830~850      油冷                       620~660    36~42

(四)時效硬化鋼塑料模的熱處理 
1.時效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序。首先進行固溶處理,即把鋼加熱到高溫,使各種合金元素溶入奧氏體中,完成奧氏體後淬火獲得馬氏體組織。第二步進行時效處理,利用時效強化達到最後要求的力學性能。 
2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐、箱式爐中進行,加熱時間分别可取:1min/mm、2~2.5min/mm,淬火采用油冷,淬透性好的鋼種也可空冷。如果鍛造模坯時能準确控制終鍛溫度,鍛造後可直接進行固溶淬火。 
3.時效處理最好在真空爐中進行,若在箱式爐中進行,為防模腔表面氧化,爐内須通入保護氣氛,或者用氧化鋁粉、石墨粉、鑄鐵屑,在裝箱保護條件下進行時效。裝箱保護加熱要适當延長保溫時間,否則難以達到時效效果。部分時效硬化型塑料模具鋼的熱處理規範可參照表3-28。 
表3-28 部分時效硬化鋼的熱處理規範 
鋼 号              固溶處理工藝       時效處理工藝            時效硬度HRC 
06Ni6CrMoVTiAl    800~850℃油冷     510~530℃×(6~8)h    43~48 
PMS               800~850℃空冷     510~530℃×(3~5)h    41~43 
25CrNi3MoAl       880℃水淬或空冷    520~540℃×(6~8)h    39~42 
SM2               900℃×2h油冷+700℃×2h    510℃×10h       39~40 
PCR               1050℃固溶空冷     460~480℃×4h           42~44

(四)時效硬化鋼塑料模的熱處理 
1.時效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序。首先進行固溶處理,即把鋼加熱到高溫,使各種合金元素溶入奧氏體中,完成奧氏體後淬火獲得馬氏體組織。第二步進行時效處理,利用時效強化達到最後要求的力學性能。 
2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐、箱式爐中進行,加熱時間分别可取:1min/mm、2~2.5min/mm,淬火采用油冷,淬透性好的鋼種也可空冷。如果鍛造模坯時能準确控制終鍛溫度,鍛造後可直接進行固溶淬火。 
3.時效處理最好在真空爐中進行,若在箱式爐中進行,為防模腔表面氧化,爐内須通入保護氣氛,或者用氧化鋁粉、石墨粉、鑄鐵屑,在裝箱保護條件下進行時效。裝箱保護加熱要适當延長保溫時間,否則難以達到時效效果。部分時效硬化型塑料模具鋼的熱處理規範可參照表3-28。 
表3-28 部分時效硬化鋼的熱處理規範 
鋼 号              固溶處理工藝       時效處理工藝            時效硬度HRC 
06Ni6CrMoVTiAl    800~850℃油冷     510~530℃×(6~8)h    43~48 
PMS               800~850℃空冷     510~530℃×(3~5)h    41~43 
25CrNi3MoAl       880℃水淬或空冷    520~540℃×(6~8)h    39~42 
SM2               900℃×2h油冷+700℃×2h    510℃×10h       39~40 
PCR               1050℃固溶空冷     460~480℃×4h           42~44

 

三、塑料模的表面處理

為了提高塑料模表面耐磨性和耐蝕性,常對其進行适當的表面處理。 
1.塑料模鍍鉻是一種應用最多的表面處理方法,鍍鉻層在大氣中具有強烈的鈍化能力,能長久保持金屬光澤,在多種酸性介質中均不發生化學反應。鍍層硬度達1000HV,因而具有優良的耐磨性。鍍鉻層還具有較高的耐熱性,在空氣中加熱到500℃時其外觀和硬度仍無明顯變化。 
2.滲氮具有處理溫度低(一般為550~570℃),模具變形甚微和滲層硬度高(可達1000~1200HV)等優點,因而也非常适合塑料模的表面處理。含有鉻、钼、鋁、釩和钛等合金元素的鋼種比碳鋼有更好的滲氮性能,用作塑料模時進行滲氮處理可大大提高耐磨性。 
适于塑料模的表面處理方法還有:氮碳共滲、化學鍍鎳、離子鍍氮化钛、碳化钛或碳氮化钛,PVD、CVD法沉積硬質膜或超硬膜等。

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