【正文】 較高的耐磨性和抗腐蝕性，以及較好的傳熱性和抗壓性，是制作多型腔模具的理想構(gòu)料。激光加工技術(shù)也廣泛用子塑料模具的制造。這使模具精度越來越多地由設(shè)備來保證，減少了對人工技巧的依賴性。為了充分發(fā)揮注塑機(jī)的潛力 , 發(fā)展了多層多腔模具，多工位多腔模具。 （ 3）根據(jù)被制品的性質(zhì)，確定合適的表面改性層厚度。 表 4 塑料水杯模具表面處理技術(shù)比較 排列 指標(biāo) 高→較高→低 表面處理價格 抗變形和精度 抗壓能力 耐磨性 抗咬合性 抗氧化性 韌性 耐疲勞強(qiáng)度 耐熱沖擊性能 抗剝 落性能 表面粗糙度 PVD 法、 CVD 法、熱噴涂、氮化、各種低溫表面處理 PVD 法、離子氮化、各種低溫表面處理、 CVD 法 CVD 法、離子氮化、氣體氮化、軟氮化、 PVD 法 CVD 法、 PVD 法、氮化、軟氮化 CVD 法、 PVD 法、硫氮化、氧氮化、離子氮化 滲鉻、滲硼、氮化、 CVD 法、熱噴涂 CVD 法、 PVD 法、各種低溫表面處理 氮化、軟氮化、氧氮化、熱噴涂 CVD 法、 PVD 法、氮化、熱噴涂 CVD 法、氮化、 PVD 法、熱噴涂 PVD 法、 CVD 法、離子氮化、氮化和軟氮化 塑料模具表面改性技術(shù)的選用原則 , 為了提高塑料模的使用壽命，應(yīng)首先對已失效注塑模的失效形式進(jìn)行分析。離子注入應(yīng)用較多的是 N + 注入，它可使模具的表面硬度、耐磨性、耐疲勞性等得到明顯提高 ,氧離子注入在模具表面強(qiáng)化上也有相當(dāng)進(jìn)展。研究表明， PCVD 復(fù)合滲鍍強(qiáng)化可改善熱作模具和冷作模具的耐磨性、抗氧化性和耐蝕性，顯著提高模具壽命；而高淬透性的冷作模具鋼和熱作模具鋼是壓制熱固性塑料、復(fù)合強(qiáng)化塑料產(chǎn)品的模具，以及生產(chǎn)批量大、要求模具使用壽命長的塑料模具常用鋼種。化學(xué)氣相沉積是在真空條件下通過高溫化學(xué)反應(yīng)在基體表面上制得金屬或化合物薄膜的氣相沉積法。資料顯示， 45 鋼塑料模具表面化學(xué)鍍 Ni2P 或復(fù)合鍍 Ni2P 可代替 2Cr13 不銹鋼制造塑料模； Ni2P2SiC 復(fù)合化學(xué)鍍可使模具壽命提高 45 倍。復(fù)合電刷鍍不僅可強(qiáng)化模具型腔面，還能修復(fù)模具型腔面。我國是稀土大國，稀土資源占世界 90 %以上，將其引入塑料模具的表面強(qiáng)化處理，有望充分發(fā)揮資源優(yōu)勢以獲得最佳的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果，開發(fā)出具有我國獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)。滲入的鉻一部分溶入鐵素體α形成固溶體，另有相當(dāng)大一部分與碳形成化合物。研究表明，含硼膏劑復(fù)合滲處理的 45 鋼塑料模具可取代昂貴的合金鋼。 氮碳共滲是 塑料模具表層滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學(xué)熱處理工藝。 塑料模具的滲氮溫度 (450～ 580 ℃ ) 要低于滲碳溫度 ,其處理方式亦包括 :氣體、液體、固體和離子滲氮。研究表 明，對塑料模具型腔口處采用局部淬火，可以解決因分型面和型腔周邊塌陷而產(chǎn)生的溢料現(xiàn)象。 斷裂失效是危害最大的一種失效形式。成型面要求拋光成鏡面，表面粗糙度低于 014μ m ,以使壓制件具有良好的外觀并便于脫模。 （ 2）修理模具表面的桔皮和麻坑 修理模具表面的桔皮和麻坑基本步驟： ①用油石磨光的方法除掉有缺陷的表面。結(jié)果由于拋光時從模具表面不均勻地切掉金屬，產(chǎn)生了疙瘩 狀表面。如應(yīng)力在屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度之間位置時，就會發(fā)生永久的塑性變形階段。 塑料模表面桔皮和麻坑現(xiàn)象 塑料模表面常見的缺陷是桔皮和麻坑。在塑料模具材料中加入稀土元素，增強(qiáng)氧化膜與塑料模具表面材料的附著力，也能提高抗高溫氧化的能力。以5CrMnMo、 4Cr5MoSiV 和 3Cr2W8V 三種塑料模具鋼為例，它們的抗沖蝕 — 氧化能力逐次提高，分別可作低耐熱性熱作塑料模具鋼、中耐熱性熱作塑料模具鋼和高耐熱性熱作塑料模具鋼。也就是說，在一特征溫度下，沖蝕 — 腐蝕率中氧化皮造成的流失大于塑料模具表面金屬造成的流失量時 , 沖蝕在塑料模 具表面材料流失機(jī)制中占主導(dǎo)地位。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。 SM1 鍛軋之后 ,迅速退火 ,而 SM2 則不用退火，直接經(jīng)時效和預(yù)硬化處理可使用。 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 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 塑料模具對鋼材的質(zhì)量和性能有一些特殊要求。 2 塑料模具合理選材與熱處理的基準(zhǔn) 隨著對塑料模具的要求的提高 ,對模具鋼材也提出了更多的要求。 ⑦淬火變形開裂傾向。 ③ 切削加工性。 ⑥耐蝕性。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。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。 （ 3）斷裂失效。根據(jù)調(diào)查表明：模具失效的因素中，模具所使用的材料與 熱處理是影響使用壽命的主要因素 (詳見表 2)，其比例約占 70 %，國內(nèi)外的有關(guān)資料也表明了相同的結(jié)果。在注射成型塑料粘性磁體時，磁場注射模具主要有高強(qiáng)度、耐磨性較好的非磁性模具鋼制造，如 18 一 8 型不銹鋼經(jīng)氮化處理，或用 70Mn、 15Cr4V2WMo等 , 也有設(shè)計者采用釵銅合金材料，但是價格比非磁性模具鋼高，而且切削加工性較差。光盤或塑料透鏡等塑料制品的表面粗糙度要求很高，一般要求 Ra 值 一 ，主要由模具型腔的表面粗糙度來保證，一般模具型腔的粗糙度要比塑料制品的高一級。它的鋼材耗用量大，品種規(guī)格多，形狀復(fù)雜，表面粗糙度值要求低，制造難度大。在我國塑料模具的應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)中的地位愈來愈重要。 （ 2)鏡面加工性能。 （ 4)非磁性。 塑料模具失效因素分析 一般模具失效因素分析 一般模具制造中包括模具設(shè)計、選用材料、熱處理機(jī)械加工、調(diào)試與安裝等過程。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。硬度是影響耐磨性的主要因素。模具工作過程中，在循 環(huán)應(yīng)力的長期作用下，往往導(dǎo)致疲勞斷裂。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。球化退火溫度范圍寬，退火硬度低且波動范圍小，球化率高。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。另外，在選材時還應(yīng)考慮市場的生產(chǎn)和供應(yīng)情況，所選鋼種應(yīng)盡量少而集中，易購買。 (5) 優(yōu)先選用我國自產(chǎn)、冶金質(zhì)量穩(wěn)定可靠的模具鋼。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。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，并保持一定的壓力，使火花放電均勻連續(xù)。而且，隨著溫度的升高，塑料模具表面的氧化率增加很快，流失率也隨著增加。不同的塑料模具材料具有不同的使用環(huán)境 , 特別是溫度環(huán)境的不同 , 塑料模具表面產(chǎn)生沖蝕 — 氧化的情況也完全不同。 通過加入 Cr，塑料模具表面生成尖晶石結(jié)構(gòu)的氧化膜，由于尖晶石具有復(fù)雜致密的結(jié)構(gòu)，粒子在這種膜中的移動速度緩慢，移動所需的激活能增大，因此顯示出優(yōu)異的抗氧化性能。在使用塑料模具生產(chǎn)產(chǎn)品時，采取合理的生產(chǎn)工藝和工藝參數(shù)，特別 是控制溫度、塑料粒子的流動速度等，也可以較好的減少和降低塑料模具使用時沖蝕 — 氧化現(xiàn)象對塑料模具表面的破壞。當(dāng)鋼材所受的應(yīng)力低于其屈服點(diǎn)位置時，鋼材處于彈性變形階段，當(dāng)應(yīng)力去除后，它將恢復(fù)到原來的形狀。但如果鋼材過熱，雖然能加速滲碳過程，但炭化物會在晶粒邊緣成團(tuán)出現(xiàn)，這樣在模具表面就形成了不均勻表面硬度。因此在拋光時一定要避免過大的壓力。因此滲碳模具由于表面較硬可以得到很好的拋光性能；氮化得好的模具在拋光過程中也不會產(chǎn)生桔皮和麻坑 . 4 塑料模具的表面處理技術(shù) 塑料模具的表面性能要求及其失效形式 為保證成型后塑料制品的表面質(zhì)量，從而對塑料模具的表面狀態(tài)提出了以下要求 : ①型腔表面光滑。這種失效是由于模具型腔表面的硬化層過薄，變形抗力不足或是模具在熱處理時回火不足，在服役時發(fā)生組織轉(zhuǎn)變所致。通過工件表面的急熱急冷，可使表面一定厚度內(nèi)發(fā)生相變硬化而心部保持韌性，模具變形小且不會使表面變得粗糙。研究表明 ,低溫滲碳可實現(xiàn)塑料模具的無形變表面強(qiáng)化 。由于處理溫度低， CN 共滲后的模具淬透性提高，因此塑料模具變形較滲碳的小，但在碳氮共滲中應(yīng)注意避免和消除 HCN 的危害。理想滲硼件表面由 Fe2B 相 (硬度 HV1400 左右 )組成其耐磨性能十分優(yōu)異 ,尤其是抗磨粒磨損性能優(yōu)于滲氮、滲碳件，并且具有良好的抗腐蝕能力。研究表明，應(yīng)用于小型熱固性塑料模具的滲鉻高碳鋼，其耐磨性與滲硼后的耐磨性相近，比 GCr15 鋼還高幾倍。若稀土元素 Re 與氮形成 ReN 氮化物 ,使氮化物以高度彌散的狀態(tài)分布在共滲層中，可增加共滲層的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和 耐腐蝕性。資料顯示 :用電鍍法制取的耐磨耐蝕金屬陶瓷復(fù)合材料涂層經(jīng) 1h 、 400 ℃熱處理后，硬度可達(dá) 1400～ 1700HV，耐磨性是硬鉻鍍層的 17 倍，耐蝕性除硝酸外均優(yōu)于 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼，這使普通塑料模具鋼取代優(yōu)質(zhì)模具鋼成為可能。Ni2P 鍍層硬度