塑料模具零件的热处理工艺

7707214 · 发表于 2006-4-17 19:12:00

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12CrNi<chmetcnv wst="on" unitname="a" sourcevalue="3" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">3A</chmetcnv>，12CrNi<chmetcnv wst="on" unitname="a" sourcevalue="4" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">4A</chmetcnv>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。

7707214 · 发表于 2006-4-17 19:24:00

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T<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="7" unitname="a">7A</chmetcnv>～T<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="10" unitname="a">10A</chmetcnv>，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。

7707214 · 发表于 2006-4-17 19:32:00

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～<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="1.5" unitname="mm">1<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="0.5" unitname="mm">.5mm</chmetcnv></chmetcnv>，当压制含硬质填料的塑料时模具渗碳层厚度要求为1.3～<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="1.5" unitname="mm">1<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="0.5" unitname="mm">.5mm</chmetcnv></chmetcnv>，压制软性塑料时渗碳层厚度为0.8～<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="1.2" unitname="mm">1<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="0.2" unitname="mm">.2mm</chmetcnv></chmetcnv>。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～<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="920" unitname="℃">920℃</chmetcnv>，复杂型腔的小型模具可取840～<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="860" unitname="℃">860℃</chmetcnv>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～<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="920" unitname="℃">920℃</chmetcnv>）以快速将碳渗入零件表层为主；中温阶段（820～<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="840" unitname="℃">840℃</chmetcnv>）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）。

7707214 · 发表于 2006-4-17 19:35:00

（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。

7707214 · 发表于 2006-4-17 19:36:00

（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。表3-27为部分预硬钢的预硬处理工艺，供参考。表3-27 部分预硬钢的预硬处理工艺钢 号    加热温度/℃    冷却方式    回火温度/℃    预硬硬度HRC 3Cr2Mo    830～840    油冷或160～<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="180" unitname="℃">180℃</chmetcnv>硝盐分级    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    油冷或硝盐分级    550～650    35～41 SM1    830～850    油冷    620～660    36～42

7707214 · 发表于 2006-4-17 19:46:00

（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。部分时效硬化型塑料模具钢的热处理规范可参照表3-28。

7707214 · 发表于 2006-4-17 19:48:00

表3-28 部分时效硬化钢的热处理规范钢 号    固溶处理工艺    时效处理工艺    时效硬度HRC06Ni6CrMoVTiAl    800～<chmetcnv tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="850" unitname="℃" wst="on"></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>850℃<chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>油冷    510～<chmetcnv tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="530" unitname="℃" wst="on"></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>530℃<chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>×（6～8）h    43～48 PMS    800～<chmetcnv tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="850" unitname="℃" wst="on"></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>850℃<chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>空冷    510～<chmetcnv tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="530" unitname="℃" wst="on"></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>530℃<chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>×（3～5）h    41～43 25CrNi3MoAl    <chmetcnv tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="880" unitname="℃" wst="on"></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>880℃<chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>水淬或空冷    520～<chmetcnv tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="540" unitname="℃" wst="on"></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>540℃<chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>×（6～8）h    39～42 SM2    <chmetcnv tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="900" unitname="℃" wst="on"></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>900℃<chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>×2h油冷+<chmetcnv tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="700" unitname="℃" wst="on"></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>700℃<chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>×2h    <chmetcnv tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="510" unitname="℃" wst="on"></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>510℃<chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>×10h    39～40 PCR    <chmetcnv tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="1050" unitname="℃" wst="on"></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>1050℃<chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>固溶空冷    460～<chmetcnv tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="480" unitname="℃" wst="on"></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>480℃<chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv><chmetcnv></chmetcnv>×4h    42～44

7707214 · 发表于 2006-4-17 19:52:00

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<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="500" unitname="℃">500℃</chmetcnv>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～<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="570" unitname="℃">570℃</chmetcnv>），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。

geyongjiao · 发表于 2006-4-18 12:04:00

写了扎

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