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            上海熱處理廠有限公司的塑料模具熱處理工藝  2007/4/16 
             
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            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→研磨拋光→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→研磨拋光→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、拋光→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→研磨拋光→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,因供貨狀態已進行了預硬化處理,可直接加工成形后拋光、裝配。對于要改鍛成坯料后再加工成形的,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→拋光→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℃,復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℃)以快速將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,這樣在滲碳層內建立均勻合理的碳濃度梯度分布,便于直接淬火。

                4.滲碳后的淬火工藝按鋼種不同,滲碳后可分別采用:重新加熱淬火;分級滲碳后直接淬火(如合金滲碳鋼);中溫碳氮共滲后直接淬火(如用工業純鐵或低碳鋼冷擠壓成形的小型精密模具);滲碳后空冷淬火(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.形狀比較復雜的模具,在粗加工以后即進行熱處理,然后進行精加工,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確保型腔表面不氧化、不脫碳、不侵蝕、不過熱等。應在保護氣氛爐中或在嚴格脫氧后的鹽浴爐中加熱,若采用普通箱式電阻爐加熱,應在模腔面上涂保護劑,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產生變形、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.淬火后應及時回火,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.預硬鋼是以預硬態供貨的,一般不需熱處理,但有時需進行改鍛,改鍛后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,調質后獲得回火索氏體組織。高溫回火的溫度范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 號 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,完成奧氏體后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后要求的力學性能。

                2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐、箱式爐中進行,加熱時間分別可。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確控制終鍛溫度,鍛造后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,爐內須通入保護氣氛,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。裝箱保護加熱要適當延長保溫時間,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范可參照表3-28。

                表3-28 部分時效硬化鋼的熱處理規范

                鋼 號 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,常對其進行適當的表面處理。

                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,因而也非常適合塑料模的表面處理。含有鉻、鉬、鋁、釩和鈦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。

                適于塑料模的表面處理方法還有:氮碳共滲、化學鍍鎳、離子鍍氮化鈦、碳化鈦或碳氮化鈦,PVD、CVD法沉積硬質膜或超硬膜等

             
             
                  
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