【正文】 部塑性變形失效和斷裂失效。 （ 1）當(dāng)塑料模具使 用的材料與熱處理不合理，塑料模具的型腔表面硬度低， 而耐磨性差，其表現(xiàn)為，型腔面因磨損及變形引起的尺寸超差；粗糙度值因拉毛而變高，表面質(zhì)量惡化。尤其是當(dāng)使用固態(tài)物料進(jìn)入塑模型腔，它會(huì)加劇型腔面的磨損，故塑料模產(chǎn)生了磨損失效。加之，塑料加工時(shí)含有氯、氟等成份受熱分解出腐蝕性氣體 HCl、 HF，使塑料模具型腔面產(chǎn)生腐蝕磨損，形成侵蝕失效。 （ 2）局部塑性變形失效。塑料模具所采用的材料強(qiáng)度與韌性不足，變形抗力低；當(dāng)填充的物料進(jìn)入塑模型腔內(nèi)，有超載，持續(xù)受熱，周期受壓，而應(yīng)力分布不均勻，以及塑模型腔面硬化層過薄，從 而使塑模產(chǎn)生局部的塑性變形而引起的表面皺紋、凹陷、麻點(diǎn)棱角堆塌，超過要求限度而造成失效以及回火不充分等因素使塑料模具壽命縮短，過早的失效。 （ 3）斷裂失效。塑料模具形狀復(fù)雜，多棱角薄邊，應(yīng)力嚴(yán)重集中在韌性不足之外。同時(shí)，塑料模采用合金工具鋼回火不充分，而發(fā)生斷裂失效。 塑料模具鋼的性能要求 從塑料模三種失效形式可知 : 選用合理的塑料模具材料與熱處理 , 對(duì)它的使用壽命至關(guān)重要。故此，塑料模具材料的選用與熱處理應(yīng)滿足下列要求 : (1) 滿足工作條件要求 ① 耐磨性。塑料在模具型腔中塑性變性時(shí)，沿型腔 表面既流動(dòng)又滑動(dòng)，使型腔表面與塑料間產(chǎn)生劇烈的摩擦，從而導(dǎo)致模具因磨損而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。硬度是影響耐磨性的主要因素。一般情況下， 模具零件的硬度越高，磨損量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性還與材料中碳化物的種類、數(shù)量、形態(tài)、大小及分布有關(guān)。 ②強(qiáng)韌性。模具的工作條件大多十分惡劣，有些常承受較大的沖擊負(fù)荷，從而導(dǎo)致脆性斷裂。為防止模具零件在工作時(shí)突然脆斷，模具要具有較高的強(qiáng)度和韌性。模具的韌性主要取決于材料的含碳量、晶粒度及組織狀態(tài)。 ③疲勞斷裂性能。模具工作過程中，在循 環(huán)應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，往往導(dǎo)致疲勞斷裂。其形式有小能量多次沖擊疲勞斷裂、拉伸疲勞斷裂、接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂。模具的疲勞斷裂性能主要取決于其強(qiáng)度、韌性、硬度、以及材料中夾雜物的含量。 ④高溫性能。當(dāng)模具的工作溫度較高時(shí)，會(huì)使硬度和強(qiáng)度下降，導(dǎo)致模具早期磨損或產(chǎn)生塑性變形而失效。因此，模具材料應(yīng)具有較高的抗回火穩(wěn)定性，以保證模具 在工作溫度下，具有較高的硬度和強(qiáng)度。 ⑤耐冷熱疲勞性能。有些模具在工作過程中處于反復(fù)加熱和冷卻的狀態(tài)，使型腔表面受拉、壓力變應(yīng)力的作用，引起表面龜裂和剝落，增大摩擦力，阻礙塑性變形，降低了尺寸精度，從而導(dǎo)致模具失效。冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一，這類模具應(yīng)具有較高的耐冷熱疲勞性能。 ⑥耐蝕性。塑料模在工作時(shí)，由于塑料中存在氯、氟等元素，受熱后分解析出 HCI、HF 等強(qiáng)侵蝕性氣體，侵蝕模具型腔表面，增加其表面粗糙度值，加劇磨損失效。 (2)滿足工藝性能要求 模具的制造一般都要經(jīng)過鍛造、切削加工、熱處理等幾道工序。為保證模具的制造質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，其材料應(yīng)具有良好的可鍛性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；還應(yīng)具有小的氧化、脫碳敏感性和淬火變形開裂傾向。 ①可鍛性。具有較低 的熱鍛變形抗力，塑性好，鍛造溫度范圍寬，鍛裂冷裂及析出網(wǎng)狀碳化物傾向低。 ②退火工藝性。球化退火溫度范圍寬，退火硬度低且波動(dòng)范圍小，球化率高。 ③ 切削加工性。切削用量大 , 刀具損耗低，加工表面粗糙度值低。 ④氧化、脫碳敏感性。高溫加熱時(shí)抗氧化性能好，脫碳速度慢，對(duì)加熱介質(zhì)不敏感，產(chǎn)生麻點(diǎn)傾向小。 ⑤淬硬性。淬火后具有均勻而高的表面硬度。 ⑥淬透性。淬火后能獲得較深的淬硬層，采用緩和的淬火介質(zhì)就能淬硬。 ⑦淬火變形開裂傾向。常規(guī)淬火體積變化小，形狀翹曲、畸變輕微，異常變形傾向低。常規(guī)淬火開裂敏感性低，對(duì)淬火 溫度及工件形狀不敏感。 ⑧可磨削性。砂輪相對(duì)損耗小，無燒傷極限磨削用量大，對(duì)砂輪質(zhì)量及冷卻條件不敏感，不易發(fā)生磨傷及磨削裂紋。 (3)滿足經(jīng)濟(jì)性要求 在給模具選材時(shí)，必須考慮經(jīng)濟(jì)性這一原則，盡可能地降低制造成本。因此，在滿足使用性能的前提下，首先選用價(jià)格較低的，能用碳鋼就不用合金鋼，能用國(guó)產(chǎn)材料就不用進(jìn)口材料。另外，在選材時(shí)還應(yīng)考慮市場(chǎng)的生產(chǎn)和供應(yīng)情況，所選鋼種應(yīng)盡量少而集中，易購(gòu)買。 2 塑料模具合理選材與熱處理的基準(zhǔn) 隨著對(duì)塑料模具的要求的提高 ,對(duì)模具鋼材也提出了更多的要求。即希望提供更、更好的具有高硬度 鏡面加工性能好 ,耐磨性能強(qiáng)的淬火 ,回火類新鋼材。 但是 ,還要根據(jù)塑料的類型以及對(duì)被成型的塑料制品的尺寸、精度、質(zhì)量、數(shù)量不同的要求 ,并考慮已有制造模具的條件來選用不同類型的塑料模具鋼及其熱處理。 塑料模具的選材 選用模具鋼的原則 (1) 適應(yīng)模具的工作條件 。 (2) 適應(yīng)模具的尺寸大小、復(fù)雜程度和精度要求 。 (3) 適應(yīng)塑件的生產(chǎn)批量要求 。 (4) 選用的模具鋼應(yīng)具有良好的成形加工性能和拋光性能 。 (5) 優(yōu)先選用我國(guó)自產(chǎn)、冶金質(zhì)量穩(wěn)定可靠的模具鋼。 合理選用塑料模具鋼 表 3 塑料水杯模具的選用 工作條件 推薦鋼號(hào) 生產(chǎn)塑料產(chǎn)品批量較小 , 精度要求不高 , 尺寸不大的模具 4 55 鋼或 20 鋼滲碳 在使用過程中有較大的動(dòng)載荷 , 生產(chǎn)批量較大 , 磨損嚴(yán)重 12CrNi3A、 20Cr、 20CrMnMo、 20Cr2Ni4A 鋼滲碳 大型、復(fù)雜、批量較大、注射成型或擠壓成型模具 3Cr2Mo、 4Cr3Mo3SiV、 5CrNiMo、 5CrMnMo、 4Cr5MoSiV、4Cr5M0SiV 熱固性成型及要求高耐磨、高強(qiáng)度、塑料模具 9Mn2V、 7CrMn2WMo、 CrWMn、 MnCrWV、 GCr1 5Cr2MnWMoVs、Cr2 Mn2SiWMoV、 Cr6WV、 Cr12MoV、 Cr12 耐腐蝕和高精度塑料模具 2Cr1 4Cr1 9Cr1 Cr18MoV、 Cr14Mo、 Cr14Mo4V 復(fù)雜、精密、高耐磨塑料模具 25CrNi3MoAL 18Ni ( 250） 、 18Ni （ 300） 、 18Ni （ 350） 塑料模選用材料的發(fā)展方向 塑料模具對(duì)鋼材的質(zhì)量和性能有一些特殊要求。例如 :熱處理變形小，研磨與拋光性能好，光潔度高，有較強(qiáng)的花紋刻蝕性， 尺寸穩(wěn)定，有別于其他模具材料， 尤其是型腔復(fù)雜，高精度的塑料模具對(duì)模具的選材有更高的要求，但模具鋼直接影響模具的壽命?，F(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)傳統(tǒng)的模具鋼從品種質(zhì)量、性能等方面都不能滿足現(xiàn)代化的生產(chǎn)需求，于是國(guó)內(nèi)又開發(fā)與研制了一些新型的塑料模具鋼，以供選用。 （ 1） 5CrMnMoVSCo 5NiSCo 高韌性易切削料、模具鋼，這種鋼材在國(guó)內(nèi)是首創(chuàng)，其切削加工性、等向性、韌性和可鍛性均好。 5NiMoSCo — 預(yù)處理采用調(diào)質(zhì)工藝，其淬火溫度為 890～ 900 ℃，油淬之后， 硬度在 HRC60 以上。 650℃回火后，予處理 硬度為 HRC35，其切削加工性同退火狀態(tài)的 45 鋼 ,可順利 地進(jìn)行多種切削加工。 (2)SM1 和 SM2 塑料模具鋼它屬于硫系易切削模具鋼，用于要求高的注射模、壓鑄模，效果良好。兩種模具鋼中的元素， S 以 MnS 型微粒夾雜存在，可以起到減少切削力和易于斷屑的作用。 SM1 鍛軋之后 ,迅速退火 ,而 SM2 則不用退火，直接經(jīng)時(shí)效和預(yù)硬化處理可使用。二種鋼經(jīng) 570℃氮化后，心部基體強(qiáng)度不變，表面硬度可達(dá)HV1100。 SM2 可氮化與時(shí)效同時(shí)進(jìn)行。 塑料模具鋼的熱處理 塑料模具如果采用常規(guī)的熱處理質(zhì)量無法保證，模具使 用壽命短 ,材料的利用率僅為 60%,為此，對(duì)塑料模具中所使用的鋼材，應(yīng)采用特別的熱處理，以延長(zhǎng)塑模使用壽命。 對(duì)于要求心部具有高的強(qiáng)韌性和表面層的耐磨性的塑料模具，可通過表面強(qiáng)化處理技術(shù)，提高耐磨性和使用壽命。然而表面強(qiáng)化技術(shù)，它不僅能提高塑模型腔表面的耐磨性，而且能使塑模內(nèi)部保持足夠的強(qiáng)韌性，這對(duì)于改善塑料模的綜合性能，節(jié)約合金元素，大幅度降低成本，充分發(fā)揮材料的潛力，以及更好地利用新材料，都是十分有效的，實(shí)踐證明：表面強(qiáng)化技術(shù)是提高塑模質(zhì)量和延長(zhǎng)其使用壽命的主要途徑。 采用電火花表面強(qiáng)化技術(shù)，它是通過火花 放電作用，把一種導(dǎo)電材料（ YT1YT30）涂敷及滲透到另一種導(dǎo)電鋼制模 45 鋼的表面上，構(gòu)成合金化的表面層，從而改變模具工作面的物理和化學(xué)性能的一種工藝方法。為了使被強(qiáng)化的 45 鋼制模具的基體表面光潔，事先必須將模具基體 45 鋼的工作面和電極表面清洗干凈，然后手握 D9110 強(qiáng)化機(jī)將電極 YT1 YT30 沿模具 45 鋼制作工作面移動(dòng)，并保持一定的壓力，使火花放電均勻連續(xù)。經(jīng)電火化強(qiáng)化之后，被強(qiáng)化表層顯微硬度可達(dá) HV1100～ 1400，甚至更高。其強(qiáng)化層與結(jié)合牢固，耐沖擊、不剝落。強(qiáng)化處理時(shí)，工件處于冷態(tài) ，且放電點(diǎn)極小，時(shí)間短，沒有退火變形等現(xiàn)象，這大大提高模具型腔面的耐熱性、耐磨性、熱硬性和耐蝕性，生產(chǎn)實(shí)踐證明，經(jīng)電火花表面強(qiáng)化后，擠出塑料模具工業(yè)對(duì)模具鋼的需求也越來越大塑料模 使用壽命可提高 1 倍以上，強(qiáng)化層在使用過程中磨損后，還可以重新進(jìn)行強(qiáng) 化 [5]。 3 典型塑料模具的失效分析及處理辦法 塑料模具表面高溫 — 沖蝕現(xiàn)象 塑料模 ( 如塑料注射成型模、壓塑模、擠塑模、塑料擠出模、吹塑模等 )等塑料模具在使用過程中，往往使用不了多長(zhǎng)時(shí)間就出現(xiàn)尺寸精度和表面粗糙度的破壞，造成生產(chǎn)的塑料制品質(zhì)量達(dá)不到要求的現(xiàn)象 ，甚至導(dǎo)致塑料模具早期失效 , 既影響生產(chǎn)也造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。到底是什么原因造成塑料模具尺寸精度和表面粗糙度的破壞呢？通過深入調(diào)查和大量的資料統(tǒng)計(jì)，得出塑料模具尺寸精度和表面粗糙度下降的主要原因是塑料模具在使用過程中的高溫沖蝕 — 氧化現(xiàn)象造成的，即處于高 溫作用下的塑料模具，其表面在腐蝕性固體顆粒沖刷下，以及塑料模具表面材料與工件產(chǎn)生的強(qiáng)烈摩擦，使得塑料模具表面產(chǎn)生了高溫沖蝕 — 氧化破壞現(xiàn)象，造成塑料模具尺寸精度和表面粗糙度的破壞，導(dǎo)致塑料模具早期失效，影響了塑料制品的質(zhì)量 [1]。 原因分析 造成塑料 模具表面高溫沖蝕 — 氧化現(xiàn)象的主要因素有溫度、固體粒子的沖擊速度、塑料模具材料性能等 ①溫度的影響 研究表明塑料模具表面材料沖蝕 氧化破化程度隨環(huán)境溫度的上升而增大，但達(dá)到某一臨界值后，塑料模具表面材料沖