【正文】 非常感謝在本次設(shè)計(jì)中曾給予我耐心指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)，正是由于他們才使我能夠在做畢業(yè)課題時(shí)遇到問題能及時(shí)解決，他們的學(xué)識(shí)和為人也深 深地影響著我。 致謝 感謝非常老師和學(xué)校給我提供了這次深入學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)和寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境。近十幾年來，國內(nèi)許多單位在研制新型塑料模具鋼、提高冶金質(zhì)量、優(yōu)化熱處理工藝、提高模具壽命等方面做了大量的工作，為用戶提供了很多質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的塑料模具鋼，獲得了明 顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。為使我國模具工業(yè)有較大發(fā)展，除加強(qiáng)加工與檢測(cè)設(shè)備的研究外，對(duì)材料及其處理工藝的研究也應(yīng)得到足夠的重視。這種方法制得的型腔有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。材料熱處 理工藝的發(fā)展方向是真空熱處理和模具的型腔表面強(qiáng)化處理，提高模具型腔鋼材的基體強(qiáng)度、剛度和韌性提高模具型腔表面強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、提高模具壽命。我國在這方面寫國外相差甚遠(yuǎn)，目前主要以卡尺、千分表等手動(dòng)測(cè)量工具進(jìn)行直接接觸測(cè)量，除隨機(jī)誤差外， 量具的示 值誤差也很大，這很難適應(yīng)復(fù)雜型腔高精度尺寸要求的模具零件的檢測(cè) [10]。在測(cè)量方面采用三座標(biāo)測(cè)量機(jī)、大型工具顯微鏡、數(shù)顯高度尺，光學(xué)投影比較儀等精密測(cè)量?jī)x。激光加工技術(shù)也廣泛用子塑料模具的制造。這種新加工方法，對(duì)改變電火花加工后材料表面的金相屬性有重要意義，在實(shí)際應(yīng)用中有 較大的價(jià)值。實(shí)現(xiàn)高層次的自動(dòng)化是目前電火化加工的一個(gè)發(fā)展方向。一種連續(xù)軌道座標(biāo)磨床不僅能加工圓孔，還可磨削任意形狀的凸模和凹模，其定位精度很高，己使立式座標(biāo)鍵床退居次要地位。這使模具精度越來越多地由設(shè)備來保證，減少了對(duì)人工技巧的依賴性。 在設(shè)計(jì)方法上，用計(jì)算機(jī)模擬塑料成型時(shí)的料流速度，溫度控制，流動(dòng)方式以及應(yīng)力場(chǎng)的分布等，使模具達(dá)到最優(yōu)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)選擇，得到最佳的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，減少反復(fù)試模的工作量。冷卻系統(tǒng)不單對(duì)型腔進(jìn)行冷卻，對(duì)滑塊、型芯都進(jìn)行冷卻，從而構(gòu)成空間的立體冷卻系統(tǒng)。已發(fā)展應(yīng)用于微型注射件，熱敏性材料的注射成型等等，以及多層多腔注射模，熱流道裝置已成為專門的商業(yè)產(chǎn)品。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。為提高塑料制品生產(chǎn)效率，在模具結(jié)構(gòu)上將向多型腔、自動(dòng)裝卸料、節(jié)能省料方向發(fā)展。美國現(xiàn)擁有模具專業(yè)廠家一萬多個(gè)，年代后 期模具總產(chǎn)值達(dá)多億美元。模具生產(chǎn)技術(shù)也是衡量一個(gè)國家制造工藝水平的重要標(biāo)志之一。 （ 3）根據(jù)被制品的性質(zhì)，確定合適的表面改性層厚度。由此，可以得出塑料模具表面改性技術(shù)的選用原則如下 （ 1）塑料模具表面應(yīng)考慮具有較 好的強(qiáng)度、耐熱性能、耐磨性和耐腐蝕性。部分品種含有氯及氟，在加工過程中放出腐蝕性的氣體，侵蝕型腔表面。熱塑性塑料模具的工作條件是受熱、受壓、受磨損，但不嚴(yán)重。 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(jià)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(duì)已失效注塑模的失效形式進(jìn)行分析。比如，用 Ni60 “一步法” 熱噴焊 45 號(hào)鋼，就可以將模具使用壽命提高 6 倍。由于 熱噴涂層不夠致密，與基材結(jié)合強(qiáng)度不高，在模具表面改性中難以發(fā)揮作用。 熱噴涂和熱噴焊技術(shù) 熱噴涂技術(shù)是將噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，用高速氣流將其霧化、加速，使其以高速噴射到工件表面，形成耐磨、耐蝕以及抗高溫氧化等特殊性能涂層的表面涂層方法。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。電子束作用與激光束相似，既可獲得高硬度表面合金層，又能防止模具變形。激光沖擊硬化是利用脈沖激光作用在材料表面產(chǎn)生高強(qiáng)沖擊波，使金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，其組織結(jié)構(gòu)類似于經(jīng)爆炸沖擊及快速平面沖擊的材料中的亞結(jié)構(gòu)。采用激光束對(duì)模具表面強(qiáng)化的主要方式為激光相變硬化和激光沖擊硬化。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(zhǎng)的塑料模具常用鋼種。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 ( PCVD)原理與直流輝光放電等離子體滲氮的原理相似，因此設(shè)備也容易從離子滲氮爐改造而獲得。但是其沉積溫度較高 ,一般在 900～ 1 000℃ , 甚至更高的溫度 下才能進(jìn)行，模具畸變嚴(yán)重， 心部組織急劇粗化，硬度等性能降低較大，處理后還需淬火改善心部性能，因此該技術(shù)不適于高精度塑料模具， 特別是細(xì)長(zhǎng)桿件、半導(dǎo)體用塑料模及其它精度達(dá)微米級(jí)公差的精密模具。 CVD 可在塑料模具表面沉積超硬物質(zhì) TiC、 TiN 等 ,使模具型腔獲得高硬度、高耐磨及高抗蝕性等一系列優(yōu)異性能?；瘜W(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。但其涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度較低，沉積層有可能出現(xiàn)早期剝離而失效；另外，PVD 的繞鍍性也很差，難以適用于存在多孔、窄槽、尖角的復(fù)雜塑料模。其特點(diǎn)是處理溫度低，能量利用率高，所得鍍層結(jié)合力較強(qiáng)，可在模具鋼的高溫回火溫度以下進(jìn)行，故模具變形小，最適合于形狀、尺寸精密的塑料模。 （ 1）物理氣相沉積。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。研究表明，化學(xué)鍍 Ni 可顯著降低制模材料費(fèi)，縮短制模周期，減少加工費(fèi)用，增加模具壽命 。與電鍍相比，化學(xué)鍍均鍍能力和深鍍能力好，可在形狀復(fù)雜的表面上產(chǎn)生均勻厚度的鍍層，鍍層致密、空隙小，具有特殊的機(jī)械、物理和化學(xué)性能，而且設(shè)備簡(jiǎn)單 ,操作容易。如 :彩電殼體模具局部出現(xiàn)大面及麻坑深達(dá) 4mm，用電刷鍍修復(fù)填平麻坑、強(qiáng)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 萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯 [9]。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。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 屬復(fù)合沉積于金屬表面，則可達(dá)到減摩、抗咬合等目的。加入鍍液中的固體微?？蔀闊o機(jī)物和有機(jī)物。工業(yè)上最常見的有鍍鉻、鍍鎳等。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(shì)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(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)。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。 （ 5）稀土化學(xué)熱處理。資料顯示，滲釩層內(nèi)有 VC 生成，滲層硬度在 HM1100～ 2800 之 間 。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。 （ 4）滲 Cr 、 V。目前工業(yè)上應(yīng)用較多的是低溫電解滲硫，由于其處理溫度 (150～ 250 ℃ )低，模具表面性能不會(huì)發(fā)生明顯變化，適合精度高的塑料模 具表面處理，但其存在的滲劑污染、滲層易腐蝕等問題。 （ 3）滲硫。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。 （ 2）滲硼。氮 碳共滲與其他強(qiáng)化工藝相結(jié)合可獲得更好的強(qiáng)化效果。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。 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。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] 。 碳氮共滲是指在 820～ 860 ℃溫度下同時(shí)將 CN 滲入滲碳型塑料模具并以滲碳為主的處理方式。滲氮適用于中、高溫回火的塑料模具鋼表面強(qiáng)化。 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。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。處理后的模具表面獲得馬氏體和彌散分布的氮化物，其耐磨性和疲勞強(qiáng)度明顯提高且拋光性好。 （ 1）滲 C、滲 N 和 CN、 NC 共滲。研究表 明，對(duì)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。 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。通常，可根據(jù)所用工藝的特點(diǎn)將其分成 :表面淬火、化學(xué)熱處理、電鍍、化學(xué)鍍、氣相沉積和三束改性等幾類。此外 ,回 火不足也可能發(fā)生斷裂。 斷裂失效是危害最大的一種失效形式。 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。 表面磨損是指塑料對(duì)模具成型面的摩擦，使表面拉毛的現(xiàn)象。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。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。 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。這樣不至于使模具鋼軟化。 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。 （ 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。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清除以前的切削痕跡 ，