【正文】 化表面，其費(fèi)用約 3000 元，加工時(shí)間小于 7 天，而制作新模要 8 個(gè)月，加工費(fèi)用達(dá) 24 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯 [9]。如 :金屬鍍層具有良好 的韌性，其間嵌入陶瓷或其它硬質(zhì)微粒，不僅對(duì)金屬有彌散強(qiáng)化作用，而且本身的硬度高可承受較高的磨損力；若將固體潤(rùn)滑劑顆粒和金 屬?gòu)?fù)合沉積于金屬表面，則可達(dá)到減摩、抗咬合等目的。工業(yè)上最常見的有鍍鉻、鍍鎳等。如 :稀土可消除分布在晶界上微量雜質(zhì)有害作用，強(qiáng)化和穩(wěn)定塑料模具型腔的晶界；此外，稀土元素與鋼中的有害元素發(fā)生作用，生成高熔點(diǎn)化合物，又可以抑制這些有害元素在晶界上的偏聚，降低滲層的脆性。資料顯示，滲釩層內(nèi)有 VC 生成，滲層硬度在 HM1100～ 2800 之 間 。 （ 4）滲 Cr 、 V。 （ 3）滲硫。 （ 2）滲硼。處理后的模具能獲得優(yōu)良的耐磨性、耐蝕性且表面摩擦系數(shù)小、疲勞強(qiáng)度高。若碳氮共滲后再進(jìn)行噴丸，可顯著提高低碳模具鋼的疲勞極限 [5] 。滲氮適用于中、高溫回火的塑料模具鋼表面強(qiáng)化。由于滲碳溫度 較高，要注意防止晶粒粗大和模具變形，以免造成型腔表面的粗糙化以及剝離缺陷。 （ 1）滲 C、滲 N 和 CN、 NC 共滲。 表面淬火是指僅對(duì)工件表面進(jìn)行熱處理以改變其組織和性能的工藝方式，諸如感應(yīng)加熱淬火、火焰加熱表面淬火、接觸電阻加熱淬火、電解液淬火等。此外 ,回 火不足也可能發(fā)生斷裂。 塑性變形是指模具在持續(xù)受熱、受壓作用下，發(fā)生局部塑性變形而失效的方式。一般要求成型面硬度達(dá) 30～ 60HRC，且表面粗糙度長(zhǎng)期保持不變，長(zhǎng)期受熱表面不軟化、不氧化。 提高硬度有助于防止產(chǎn)生桔皮和麻坑 ,因?yàn)橹挥袑?duì)鋼材所施加的應(yīng)力大于屈服點(diǎn)，才出現(xiàn)桔皮 .因此可以通過(guò)提高模具硬度 ,使模具能承受 更大的壓力而不出現(xiàn)桔皮，麻坑也隨硬度的提高而減少。 ②消除應(yīng)力，把模具的表面從高度受力的狀態(tài)下解除出來(lái)。但在采用機(jī)械拋光時(shí)，總是希望較快完成，這樣就需要采用較大的壓力來(lái)清除以前的切削痕跡 ，而這樣就會(huì)造成更大的桔皮或麻坑。 表面缺陷的處理方法 （ 1）拋光時(shí)應(yīng)避免過(guò)大的壓力手工油石研磨和手工拋光需要花費(fèi)高的生產(chǎn)成本，加工時(shí)間也較長(zhǎng)，因此現(xiàn)在越來(lái)越多地采用機(jī)械裝置研磨和拋光。 （ 3）過(guò)分滲碳引起的表面缺陷 在塑料模具滲碳的過(guò)程中，鋼材表面吸附了碳化物，得到碳彌散的均勻組織結(jié)構(gòu)，因而提高了模具表面的硬度。當(dāng)鋼材 所承受的應(yīng)力超過(guò)其極限強(qiáng)度值位置時(shí)，鋼材就會(huì)出現(xiàn)斷裂。 原因分析 （ 1）過(guò)度拋光引起的表面缺陷 要了解過(guò)分拋光的受力情況，必須先要弄清楚鋼材應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系。 桔皮是塑料模具表面出現(xiàn)的一種微小塑性的變形，是塑料模具由于被拉伸到超過(guò)其屈服點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生了永久塑性變形。 （ 5）采取合理的生產(chǎn)工藝和工藝參數(shù)。 (3)對(duì)塑料模具表面進(jìn)行合理的處理。當(dāng)鋼中的 Cr 達(dá) 18%以上時(shí)，鉻鋼在含氧氣氛中會(huì)生成完整的 Cr2O3 膜，塑料模具表面發(fā)生沖蝕時(shí)，塑料模具表層金屬流失后又會(huì)生成新的 Cr2O3 層，而且含鉻越高，越容易生成這種保護(hù)層，這種保護(hù)層對(duì)塑料模具表面能起較好的保護(hù)作用。 (2)改變塑料模具材料的合金成分。 (1)合理選擇制造塑料模具的材料。試驗(yàn)表明，相同的磨粒流量在不同的沖擊速度下沖蝕同種塑料模具表面，雖然沖蝕率隨環(huán)境溫度的變化仍顯示出最大沖蝕的臨界溫度規(guī)律，但最大沖蝕率及其對(duì)應(yīng)的溫度值將隨粒子速 度的增大而明顯增加。如果塑料模具表面氧化膜的耐沖蝕能力不如塑料模具表面材料，它將在粒子沖擊下和塑料模具表面材料一起流失。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(méi)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(lái)越大塑料模 使用壽命可提高 1 倍以上，強(qiáng)化層在使用過(guò)程中磨損后，還可以重新進(jìn)行強(qiáng) 化 [5]。 采用電火花表面強(qiáng)化技術(shù)，它是通過(guò)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。 SM2 可氮化與時(shí)效同時(shí)進(jìn)行。 (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?，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。 (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 。 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(lái)選用不同類型的塑料模具鋼及其熱處理。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。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。 ⑥淬透性。 ④氧化、脫碳敏感性。 ②退火工藝性。 (2)滿足工藝性能要求 模具的制造一般都要經(jīng)過(guò)鍛造、切削加工、熱處理等幾道工序。有些模具在工作過(guò)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。 ④高溫性能。 ③疲勞斷裂性能。 ②強(qiáng)韌性。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。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。 （ 2）局部塑性變形失效。 表 2 塑料水杯模具失效因素 失效因 熱處理 原材料 使用 機(jī)械加工 鍛造 設(shè)計(jì) 素 所占百分比 (%) 10 塑料模具的重要失效形式為磨損失效，局部塑性變形失效和斷裂失效。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)。有些塑料制品表面要求呈現(xiàn)清晰而豐滿的圖案紋，它對(duì)模具鋼材質(zhì)的要求與精密拋光性能相似，鋼純凈度、組織致密度、硬度都要求較高。由于在擠出或注塑過(guò)程中，模具接觸腐蝕介質(zhì)，應(yīng)選用耐蝕性好的塑料模具鋼，如 Cr14Mo，或鍍鉻，或采用鎳磷非晶涂層。高的硬度、細(xì)小而均勻的顯微組織，非金屬雜質(zhì)少，均有利于鏡面的拋光性的提高。但是，由于易切削鋼中含硫量較高，且存在大量的雜物， 所以模具鋼的力學(xué)性能特別是橫向性能相對(duì)較低。 1 塑料模具的工作條件及失效形式 塑料模具的作條件 表 1 塑料水杯模具的工作條件 條件 分類 工作壓力 (MPa) 工作溫度 (℃ ) 摩擦狀態(tài) 進(jìn)型腔時(shí)物料狀態(tài) 腐蝕狀態(tài) 小結(jié) 熱固性塑料模 20208000 150`250 摩擦磨損大 固體粉末狀態(tài)或預(yù)制坯料 有時(shí)有腐蝕 受熱 ,受力 ,受磨損較大 熱塑性塑料模 30006000 150250 摩擦磨損小 ,當(dāng)加入某些固態(tài)填料時(shí) (玻璃纖維 ,石英粉 )磨損較大 粘流狀態(tài) 有時(shí) 有腐蝕 受熱 ,受力 ,磨損較小 影響塑料模具鋼選擇的因素 (1) 切削加工性。這個(gè)過(guò)程就是塑料的成型與加工，塑料的成型加工方法已有數(shù)十種，同時(shí)塑料模具是塑料成型加工中不可缺少的工具，在總的模具產(chǎn)量中所占的比例逐年增加，在當(dāng)前已處于重要位置。塑料的多樣性開辟了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，如汽車零件、瓶子、計(jì)算機(jī)機(jī)箱、家具和許多 家用器具等都是塑料制造，塑料制品通常由聚合物或聚合物與其他組分的混合物，于受熱后在一定條件下塑制成一定形狀，并經(jīng)冷卻定型，修整而成。因此，探討塑料模具的制造中的選用材料與熱處理問(wèn)題，綜合分析其工作條件、失效、性能，合理選用材料與 熱處理以及提高它的使用壽命，保證制件質(zhì)量，降低制造成本顯得非常重要。通常加人 S、 Ca 和稀土元素，來(lái)改善預(yù)硬鋼的切削加工性，如我國(guó)研制的 5NiCaS。模具鋼的鏡面加工性能與鋼的純潔度、組織、硬度和鏡面加工技術(shù)有關(guān)。有些塑料含有氟和氯，比如聚氯乙烯、氟塑料以及添加阻燃劑的阻燃塑料 (如 ABS)。 （ 5)圖案光刻性能。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。從全面質(zhì)量管理的角度出發(fā)，不能把影響模具使用壽命的諸因素作為多項(xiàng)式之和來(lái)衡量，而應(yīng)該是多因素的乘積，這樣模具材料與熱處理的優(yōu)劣在整個(gè)模具制造過(guò)程中就顯得特別重要。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。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。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。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)。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)。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。 ⑤耐冷熱疲勞性能。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。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。切削用量大 , 刀具損耗低，加工表面粗糙度值低。淬火后具有均勻而高的表面硬度。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。 (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。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。 (3) 適應(yīng)塑件的生產(chǎn)批量要求 。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。 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。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。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。其強(qiáng)化層與結(jié)合牢固，耐沖擊