塑料模具零件的熱處理工藝

金陽

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,。
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. P( k; i& m2 `/ h/ s9 v( k一,、塑料模具的制造工藝路線
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2 Z6 n1 P, W6 L, I1 H* [0 b１.低碳鋼及低碳合金鋼制模具

例如，20,，20Cr,，20CrMnTi等鋼的工藝路線為：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,。
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* J/ ~0 D1 [' b, v2.高合金滲碳鋼制模具
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1 b+ Z4 `7 s, Q3 _: @例如12CrNi3A,，12CrNi4A鋼的工藝路線為：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,。
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3.調(diào)質(zhì)鋼制模具
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: W9 _2 s+ ]% S0 |  H例如,，45，40Cr等鋼的工藝路線為：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,。

( H8 C+ h0 r5 l7 W4.碳素工具鋼及合金工具鋼制模具

例如T7A～T10A，CrWMn,，9SiCr等鋼的工藝路線為：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。
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( p0 n! J0 H" `/ V5 Y5.預(yù)硬鋼制模具

例如5NiSiCa,，3Cr2Mo（P20）等鋼,。對于直接使用棒料加工的，因供貨狀態(tài)已進(jìn)行了預(yù)硬化處理,，可直接加工成形后拋光,、裝配。對于要改鍛成坯料后再加工成形的,，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,。

7 O: c( C$ ?$ ]二、塑料模具的熱處理特點

0 G, i- @& K: v7 x, E* |! \（一）滲碳鋼塑料模的熱處理特點
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7 C/ g& M5 n2 n/ b! J+ {* u1.對于有高硬度,、高耐磨性和高韌性要求的塑料模具,，要選用滲碳鋼來制造,，并把滲碳、淬火和低溫回火作為最終熱處理,。

" h% w5 s& Z6 ~  E: b4 \8 \2.對滲碳層的要求,，一般滲碳層的厚度為0.8～1.5mm，當(dāng)壓制含硬質(zhì)填料的塑料時模具滲碳層厚度要求為1.3～1.5mm,，壓制軟性塑料時滲碳層厚度為0.8～1.2mm,。滲碳層的含碳量為0.7%～1.0%為佳。若采用碳,、氮共滲,，則耐磨性、耐腐蝕性,、抗氧化,、防粘性就更好。
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3.滲碳溫度一般在900～920℃,，復(fù)雜型腔的小型模具可取840～860℃中溫碳氮共滲,。滲碳保溫時間為5～10h，具體應(yīng)根據(jù)對滲層厚度的要求來選擇,。滲碳工藝以采用分級滲碳工藝為宜,，即高溫階段（900～920℃）以快速將碳滲入零件表層為主；中溫階段（820～840℃）以增加滲碳層厚度為主,，這樣在滲碳層內(nèi)建立均勻合理的碳濃度梯度分布,，便于直接淬火。
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4.滲碳后的淬火工藝按鋼種不同,，滲碳后可分別采用：重新加熱淬火,；分級滲碳后直接淬火（如合金滲碳鋼）；中溫碳氮共滲后直接淬火（如用工業(yè)純鐵或低碳鋼冷擠壓成形的小型精密模具）,；滲碳后空冷淬火（如高合金滲碳鋼制造的大,、中型模具）。

（二）淬硬鋼塑料模的熱處理

, q$ b# K) L6 }9 J4 k1.形狀比較復(fù)雜的模具,，在粗加工以后即進(jìn)行熱處理,，然后進(jìn)行精加工，才能保證熱處理時變形最小,，對于精密模具,，變形應(yīng)小于0.05%。
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0 ~# \: q3 O$ w, x) h, C2 l& g7 C2.塑料模型腔表面要求十分嚴(yán)格,，因此在淬火加熱過程中要確保型腔表面不氧化,、不脫碳、不侵蝕、不過熱等,。應(yīng)在保護(hù)氣氛爐中或在嚴(yán)格脫氧后的鹽浴爐中加熱，若采用普通箱式電阻爐加熱,，應(yīng)在模腔面上涂保護(hù)劑,，同時要控制加熱速度，冷卻時應(yīng)選擇比較緩和的冷卻介質(zhì),，控制冷卻速度,，以避免在淬火過程中產(chǎn)生變形、開裂而報廢,。一般以熱浴淬火為佳,，也可采用預(yù)冷淬火的方式。
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3.淬火后應(yīng)及時回火,，回火溫度要高于模具的工作溫度,，回火時間應(yīng)充分，長短視模具材料和斷面尺寸而定,，但至少要在40～60min以上,。

（三）預(yù)硬鋼塑料模的熱處理

8 g' t  C& B! S; O# ^1.預(yù)硬鋼是以預(yù)硬態(tài)供貨的，一般不需熱處理,，但有時需進(jìn)行改鍛,，改鍛后的模坯必須進(jìn)行熱處理。
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2.預(yù)硬鋼的預(yù)先熱處理通常采用球化退火,，目的是消除鍛造應(yīng)力,，獲得均勻的球狀珠光體組織，降低硬度,，提高塑性,，改善模坯的切削加工性能或冷擠壓成形性能。

3.預(yù)硬鋼的預(yù)硬處理工藝簡單,，多數(shù)采用調(diào)質(zhì)處理,，調(diào)質(zhì)后獲得回火索氏體組織。高溫回火的溫度范圍很寬能夠滿足模具的各種工作硬度要求,。由于這類鋼淬透性良好,，淬火時可采用油冷、空冷或硝鹽分級淬火,。表3-27為部分預(yù)硬鋼的預(yù)硬處理工藝,，供參考。

0 g) m2 ]7 T+ m  S/ ~表3-27 部分預(yù)硬鋼的預(yù)硬處理工藝
鋼 號  加熱溫度/℃  冷卻方式  回火溫度/℃  預(yù)硬硬度HRC
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; u1 U& G. ^  V5 Z! b. I3Cr2Mo  830～840  油冷或160～180℃硝鹽分級  580～650  28～36

% j, Z! X* x0 a7 g0 W6 g0 b8 E5NiSCa  880～930  油冷  550～680  30～45

8Cr2MnWMoVS  860～900  油或空冷  550～620  42～48
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P4410  830～860  油冷或硝鹽分級  550～650  35～41

SM1  830～850  油冷  620～660  36～42

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（四）時效硬化鋼塑料模的熱處理

/ D4 w$ y# Z* L% R& k! N1.時效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序,。首先進(jìn)行固溶處理,，即把鋼加熱到高溫，使各種合金元素溶入奧氏體中,，完成奧氏體后淬火獲得馬氏體組織,。第二步進(jìn)行時效處理,，利用時效強(qiáng)化達(dá)到最后要求的力學(xué)性能。
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& E6 F1 m8 R- L( [9 N2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐,、箱式爐中進(jìn)行,，加熱時間分別可取：1min/mm,、2～2.5min/mm,，淬火采用油冷，淬透性好的鋼種也可空冷,。如果鍛造模坯時能準(zhǔn)確控制終鍛溫度,，鍛造后可直接進(jìn)行固溶淬火。

1 D4 Z' S0 i# c3.時效處理最好在真空爐中進(jìn)行,，若在箱式爐中進(jìn)行,，為防模腔表面氧化，爐內(nèi)須通入保護(hù)氣氛,，或者用氧化鋁粉,、石墨粉、鑄鐵屑,，在裝箱保護(hù)條件下進(jìn)行時效,。裝箱保護(hù)加熱要適當(dāng)延長保溫時間，否則難以達(dá)到時效效果,。部分時效硬化型塑料模具鋼的熱處理規(guī)范可參照表3-28