【正文】 隨著高性能塑料的發(fā)展和不斷生產(chǎn)，塑料制品的種類日益增多，用途不斷擴(kuò)大，制品向精密化、大型化、復(fù)雜化發(fā)展，成型生產(chǎn)向高速化發(fā)展，模具的工作條件也越趨復(fù)雜。 塑料模具的工作條件 塑料模具的主要失效形式 塑料模具的基本失效形式也是表面磨損、塑性變形及斷裂，但由于對(duì)塑料制品的表面粗糙度及精度要求較高，故因表面磨損造成的模具失效比例較大。 （ 1）模具型腔表面粗糙度惡化 （ 2）模具型腔尺寸超差 （ 3）型腔表面侵蝕 ，以防止模具在工作中的塑性變形和沖擊損壞。 ，以防止模具在工作中的磨損和抵抗塑料的成型壓力。 ，且線膨脹系數(shù)要小。 。 ，熱處理變形小。 。 。 塑料模具材料的性能要求 隨著塑料產(chǎn)量的提高和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對(duì)塑料模具提出了越來(lái)越高的要求，促進(jìn)了塑料模具的不斷發(fā)展。目前塑料模具正朝著高效率、高精度、高壽命方向發(fā)展，推動(dòng)了塑料模具材料迅速發(fā)展。 我國(guó)目前用于塑料模具的鋼種，可按鋼材特性和使用時(shí)的熱處理狀態(tài)分類，見(jiàn)表 32。 對(duì)于我國(guó)傳統(tǒng)常用的塑料模具鋼，已有很多書(shū)藉資料作過(guò)詳細(xì)的論述，本節(jié)主要介紹我國(guó)近年研制和從國(guó)外引進(jìn)并已在生產(chǎn)中推廣使用的塑料模具鋼。 塑料模具材料 滲碳型塑料模具用鋼主要用于冷擠壓成形的塑料模。為了提高模具的耐磨性，這類鋼在冷擠壓成形后一般都進(jìn)行滲碳和淬回火處理，表面硬度可達(dá) 58～ 62HRC。 1. 0Cr4NiMoV（ LJ）鋼 （ 1） 化學(xué)成分 （ 2）工藝性能 （ 3）實(shí)際應(yīng)用 2. 12CrNi3A鋼 （ 1）化學(xué)成分 （ 2）工藝性能 （ 3） 實(shí)際應(yīng)用 滲碳型塑料模具用鋼 常用的淬硬型塑料模具鋼有：碳素工具鋼（如 T7A、T8A）、低合金冷作模具鋼、 Cr12型鋼、高速鋼、基體鋼和某些熱作模具鋼等。最終熱處理一般是淬火和低溫回火，熱處理后的硬度通常在 45～ 50HRC以上。 碳素工具鋼僅適于制造尺寸不大，受力較小，形狀簡(jiǎn)單以及變形要求不高的塑料模；低合金冷作模具鋼主要用于制造尺寸較大、形狀較復(fù)雜和精度較高的塑料模； Cr12型鋼適于制造要求高耐磨性的大型、復(fù)雜和精密的塑料模；W6Mo5Cr4V2鋼適于制造要求強(qiáng)度高和耐磨性好的塑料模；熱作模具鋼適合于制造有較高強(qiáng)韌性和一定耐磨性的塑料模。 淬硬型塑料模具用鋼 預(yù)硬型塑料模具用鋼 所謂預(yù)硬鋼就是供應(yīng)時(shí)已預(yù)先進(jìn)行了熱處理，并使之達(dá)到模具使用態(tài)硬度。這類鋼的特點(diǎn)是在硬度 30～ 40HRC的狀態(tài)下可以直接進(jìn)行成形車削、鉆孔、銑削、雕刻、精銼等項(xiàng)加工，精加工后可直接交付使用，這就完全避免了熱處理變形的影響，從而保證了模具的制造精度。 1. 3Cr2Mo（ P20）塑料模具鋼 2. 3Cr2NiMo（ P4410）塑料模具鋼 3. 8Cr2MnWMoVS（ 8Cr2S）鋼 4. 5CrNiMnMoVSCa（ 5NiSCa）鋼 5. Y55CrNiMnMoV（ SM1） 時(shí)效硬化型塑料模具鋼 此類鋼的共同特點(diǎn)是含碳量低、合金度較高，經(jīng)高溫淬火（固溶處理）后，鋼處于軟化狀態(tài)，組織為單一的過(guò)飽和固溶體。但是將此固溶體進(jìn)行時(shí)效處理，即加熱到某一較低溫度并保溫一段時(shí)間后，固溶體中就會(huì)析出細(xì)小彌散的金屬化合物，從而造成鋼的強(qiáng)化和硬化。并且，這一強(qiáng)化過(guò)程引起的尺寸、形狀變化極小。 1. 25CrNi3MoAl鋼 2. 18Ni類鋼 3. 06Ni6CrMoVTiAl（ 06Ni）鋼 4. 10Ni3CuAlMoS（ PMS）鏡面塑料模具鋼 5. Y20CrNi3AlMnMo（ SM2）鋼 耐蝕塑料模具鋼 PCR 0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)鋼屬析出硬化不銹鋼 ,硬度為32～ 35HRC時(shí)可進(jìn)行切削加工。該鋼再經(jīng) 460～ 480℃ 時(shí)效處理后，可獲得較好的綜合力學(xué)性能。 （ 1）鍛造工藝 （ 2）固溶處理 （ 3）時(shí)效處理 （ 4）淬透性及淬火變形 其它塑料模具材料 選用不同品種鋼材作塑料模具，其化學(xué)成分和力學(xué)性能各不相同，因此制造工藝路線不同；同樣，不同類型塑料模具鋼采用的熱處理工藝也是不同的。本節(jié)主要介紹塑料模具的制造工藝路線和熱處理工藝的特點(diǎn)。 塑料模具零件的熱處理工藝 下料 → 鍛造模坯 → 退火 → 機(jī)械粗加工 → 冷擠壓成形 → 再結(jié)晶退火 → 機(jī)械精加工 → 滲碳 → 淬火、回火 → 研磨拋光 → 裝配。 下料 → 鍛造模坯 → 正火并高溫回火 → 機(jī)械粗加工 → 高溫回火→ 精加工 → 滲碳 → 淬火、回火 → 研磨拋光 → 裝配。 下料 → 鍛造模坯 → 退火 → 機(jī)械粗加工 → 調(diào)質(zhì) → 機(jī)械精加工 →修整、拋光 → 裝配。 下料 → 鍛成模坯 → 球化退火 → 機(jī)械粗加工 → 去應(yīng)力退火 → 機(jī)械半精加工 → 機(jī)械精加工 → 淬火、回火 → 研磨拋光 → 裝配。 棒料直接加工成形后拋光、裝配。坯料其工藝路線為：下料→ 改鍛 → 球化退火 → 刨或銑六面 → 預(yù)硬處理（ 34～ 42HRC） → 機(jī)械粗加工 → 去應(yīng)力退火 → 機(jī)械精加工 → 拋光 → 裝配。 塑料模具的制造工藝路線 塑料模具的熱處理特點(diǎn) 塑料模的表面處理 ，鍍鉻層在大氣中具有強(qiáng)烈的鈍化能力，能長(zhǎng)久保持金屬光澤，在多種酸性介質(zhì)中均不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鍍層硬度達(dá) 1000HV，因而具有優(yōu)良的耐磨性。鍍鉻層還具有較高的耐熱性，在空氣中加熱到 500℃ 時(shí)其外觀和硬度仍無(wú)明顯變化。 （一般為 550～ 570℃ ），模具變形甚微和滲層硬度高（可達(dá) 1000～ 1200HV）等優(yōu)點(diǎn)，因而也非常適合塑料模的表面處理。含有鉻、鉬、鋁、釩和鈦等合金元素的鋼種比碳鋼有更好的滲氮性能，用作塑料模時(shí)進(jìn)行滲氮處理可大大提高耐磨性。 適于塑料模的表面處理方法還有：氮碳共滲、化學(xué)鍍鎳、離子鍍氮化鈦、碳化鈦或碳氮化鈦， PVD、 CVD法沉積硬質(zhì)膜或超硬膜等。 表面化學(xué)熱處理技術(shù) 化學(xué)熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入工件表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。 作用： （ 1）強(qiáng)化工件表面 （ 2）保護(hù)工件表面 活性原子滲入工件表層都是由以下三個(gè)基本過(guò)程組成： （ 1）分解 （ 2）吸收 （ 3）擴(kuò)散 圖 41 氣體滲碳示意圖 滲碳 滲碳 ：把鋼置于滲碳介質(zhì)中，加熱到單相奧氏體區(qū)，保溫一定時(shí)間，使碳原子滲入鋼表層的化學(xué)熱處理工藝。一般情況下，滲碳在 850～ 950℃ 進(jìn)行。 目的 ：使表層硬度、耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度較心部有較大提高，心部保持一定強(qiáng)度和較高韌性。 滲碳方法 ：可分為固體滲碳、液體滲碳和氣體滲碳、真空滲碳和離子滲碳。目前生產(chǎn)中廣泛采用氣體滲碳。 鋼的滲氮（氮化） 簡(jiǎn)介氣體滲氮和離子滲氮兩種方法。 氣體滲氮是將工件置于通入氨氣的爐中，加熱至 500～600℃ ，使氨分解出活性氮原子，滲入工件表層，并向內(nèi)部擴(kuò)散形成氮化層。 離子滲氮是在一定真空度下，利用工件（陰極）和陽(yáng)極之間產(chǎn)生的輝光放電現(xiàn)象進(jìn)行的，所以又叫輝光離子滲氮。圖 42為離子滲氮裝置示意圖。 滲硼 滲硼是模具制造中比較有效的一種化學(xué)熱處理工藝。它是把工件置于含有活性 B原子的介質(zhì)中加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間后，在工件表面形成一層堅(jiān)硬的滲硼層。滲硼層具有優(yōu)異的特性：滲硼層的硬度很高；耐磨性高，超過(guò)滲碳層、滲氮層的耐磨性；具有良好的耐蝕性，但不耐硝酸；熱硬性高。 滲硼的方法有固體滲硼、氣體滲硼、液體滲硼等。其中固體法和液體浴法應(yīng)用最多。 碳氮共滲 碳氮共滲是向工件的表面同時(shí)滲入碳和氮，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝。因?yàn)榧骖櫫藵B碳和滲氮的優(yōu)點(diǎn)，所以在模具上也有應(yīng)用。 碳氮共滲的方法有液體碳氮共滲和氣體碳氮共滲。目前生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的有低溫氣體氮碳共滲和中溫氣體碳氮共滲兩種方法。生產(chǎn)中習(xí)慣所說(shuō)的氣體碳氮共滲就是指中溫氣體碳氮共滲。 其主要目的是提高工件的表面硬度、耐磨性和疲勞極限 涂鍍技術(shù) 電鍍 電鍍的目的在于改變固體材料的表面特性，改善外觀，提高耐蝕、耐磨、減摩性能，或制取特定成分和性能的金屬覆層，提供特殊的點(diǎn)、磁、光、熱等表面特性和其它物理性能等。 電鍍是應(yīng)用電化學(xué)的基本原理，將金屬工件浸入欲鍍金屬鹽溶液（即電解質(zhì)溶液）中并作為陰極與直流電源負(fù)極相連，以鍍層金屬板作為陽(yáng)極與電源正極相連，通入直流電，在直流電場(chǎng)的作用下，金屬鹽溶液中的陽(yáng)離子在工件表面沉積出牢固鍍層的工藝過(guò)程。 電刷鍍 電刷鍍是依靠一個(gè)與陽(yáng)極聯(lián)接的墊或刷提供電鍍需要的電解液，電鍍時(shí)，墊或刷在被鍍的陰極上移動(dòng)的一種電鍍方法。電刷鍍是由電鍍發(fā)展起來(lái)的并成為一項(xiàng)獨(dú)立的表面工程技術(shù)。它是有槽電鍍技術(shù)的發(fā)展，它仍然依靠電流的作用來(lái)獲得所需的金屬鍍層，許多電鍍的電化學(xué)原理和定律都適用于電刷鍍。因此，電刷鍍可以看作是電鍍的一種特殊形式，不用鍍槽，故又稱無(wú)槽鍍或涂鍍。 化學(xué)鍍 化學(xué)鍍是利用合適的還原劑，使溶液中的金屬離子在經(jīng)催化的表面上還原出金屬鍍層的一種化學(xué)方法。在化學(xué)鍍中，溶液內(nèi)的金屬離子是依靠鍍液中的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電子而還原成相應(yīng)的金屬。因此，它的沉積過(guò)程不是通過(guò)界面上固液兩相間金屬原子和離子的交換，而是液相離子通過(guò)液相中的還原劑在金屬或其它材料表面上的還原沉積。它從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)無(wú)外加電場(chǎng)的電化學(xué)過(guò)程。 熱浸鍍是將一種基體金屬浸在熔融狀態(tài)的另一種低熔點(diǎn)金屬中，在其表面形成一層金屬保護(hù)膜的方法。鍍層金屬主要有鋅、錫、鋁、鉛等及其合金，鍍層金屬為鋅時(shí)鍍層耐蝕性好，粘附性好，鍍層金屬為鋁時(shí)鍍層有優(yōu)異的耐蝕性，良好的耐熱性，對(duì)光、熱有良好的反射性。 根據(jù)熱浸鍍前處理方法的不同，其工藝可分為溶劑法和保護(hù)氣法兩大類。 熱浸鍍工藝分鍍前表面處理、助鍍處理、熱浸鍍和鍍后處理四個(gè)基本工藝階段，主要步驟： 預(yù)鍍件堿洗 → 酸洗 → 水洗 → 稀鹽酸處理 → 水洗 → 溶劑處理→ 烘干 → 熱浸鍍 → 鍍后處理 → 制品。其中，溶劑處理是該工藝的重要環(huán)節(jié)，是提高鍍層質(zhì)量、防止漏鍍的關(guān)鍵步驟。 熱浸鍍 氣相沉積技術(shù) 氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)過(guò)程，改變工件表面成分，在表面形成具有特殊性能的金屬或化合物涂層的新技術(shù)。 特點(diǎn)： （ 1）涂層具有很高的硬度，低的摩擦系數(shù)和自潤(rùn)滑性能。 （ 2）涂層具有很高的熔點(diǎn)、化學(xué)穩(wěn)定性好，基體金屬在涂層中的溶解度小，以及較低的摩擦系數(shù)。 （ 3）涂層具有較強(qiáng)的抗蝕能力 （ 4）涂層在高溫下也具有良好的抗大氣氧化能力 化學(xué)氣相沉積 化學(xué)氣相沉積（ CVD）是利用氣態(tài)物質(zhì)在一定的溫度下于固體表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并在其上面生成固態(tài)沉積膜的過(guò)程。 其過(guò)程如下： （ 1）反應(yīng)氣體向工件表面擴(kuò)散并被吸附； （ 2）吸附于工件表面的各種物質(zhì)發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)； （ 3）生成物質(zhì)點(diǎn)聚集成晶核并長(zhǎng)大； （ 4）表面化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物脫離工件表面返回氣相； （ 5）沉積層與基體的界面發(fā)生元素的互擴(kuò)散形成鍍層。 物理氣相沉積 物理氣相沉積（ PVD）是將金屬、合金或化合物放在真空室中蒸發(fā)（或稱濺射），使這些氣相原子或分子在一定條件下沉積在工件表面上的工藝稱為物理氣相沉積（簡(jiǎn)稱 PVD）。 物理氣相沉積可分為真空蒸鍍、真空濺射和離子鍍?nèi)悺? 與 CVD法相比， PVD法的主要優(yōu)點(diǎn)是處理溫度較低，沉積速度較快、無(wú)公害等，因而有很高的實(shí)用價(jià)值。它的不足之處是沉積層與工件的結(jié)合力較小，鍍層的均勻性稍差。此外它的設(shè)備造價(jià)高，操作維護(hù)的技術(shù)要求也較高。 2. 真空濺射 其它表面處理技術(shù) 熱噴涂 熱噴涂是一種采用專用設(shè)備利用熱源將金屬或非金屬材料加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，用高速氣流將其吹成微小顆粒并噴射到機(jī)件表面，形成覆蓋層。 熱噴涂工藝過(guò)程通常分為噴涂前預(yù)處理、噴涂、噴后處理等三個(gè)基本步驟。 熱噴涂技術(shù)具有下列特點(diǎn)： （ 1）方法多樣。 （ 2）基材不受限制。 （ 3）可噴涂材料極為廣泛。 （ 4）涂層廣泛。 （ 5）涂層厚度可以控制。 （ 6）工藝簡(jiǎn)便并不受工件限制。 激光表面處理 利用專門(mén)的激光器發(fā)出能量極高的激光（即高功率密度激光束），以極快的速度加熱工件表面，自冷淬火后使工件表面強(qiáng)化的熱處理方法稱為激光熱處理。