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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4 m) e7 z& S  G: Q. p0 ?* P7 n一、塑料模具的制造工藝路線
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１.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→機械粗加工→冷擠壓成形→再結(jié)晶退火→機械精加工→滲碳→淬火,、回火→研磨拋光→裝配,。
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$ o( s3 V# d( h% Y2.高合金滲碳鋼制模具
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例如12CrNi3A，12CrNi4A鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→正火并高溫回火→機械粗加工→高溫回火→精加工→滲碳→淬火,、回火→研磨拋光→裝配,。

3.調(diào)質(zhì)鋼制模具

3 U- |  `% i! M; `5 Z3 k例如，45,，40Cr等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→調(diào)質(zhì)→機械精加工→修整,、拋光→裝配。

" h+ B3 j+ x$ I) E: Q4.碳素工具鋼及合金工具鋼制模具
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  K0 A. n, |+ E" M1 [9 \& l例如T7A～T10A,，CrWMn,，9SiCr等鋼的工藝路線為：下料→鍛成模坯→球化退火→機械粗加工→去應(yīng)力退火→機械半精加工→機械精加工→淬火、回火→研磨拋光→裝配,。
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5.預(yù)硬鋼制模具

( ]$ r+ V6 V( n, `* U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）→機械粗加工→去應(yīng)力退火→機械精加工→拋光→裝配。

) ]4 T; D" N' r; ?; e二,、塑料模具的熱處理特點
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（一）滲碳鋼塑料模的熱處理特點

1.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,。

1 {. w( d" ~) t! p; R2.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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! h2 {2 ~9 e/ x2 u9 u% ~! A" M3.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,。

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）,。
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( U; @9 ?, w4 z' A+ u' z（二）淬硬鋼塑料模的熱處理
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1.形狀比較復(fù)雜的模具，在粗加工以后即進行熱處理,，然后進行精加工,，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%,。

2.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,。

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。

0 F" e1 X7 a  A, ^! x1 P! R（三）預(yù)硬鋼塑料模的熱處理
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; ]  ?4 G; ~) P1.預(yù)硬鋼是以預(yù)硬態(tài)供貨的,，一般不需熱處理,，但有時需進行改鍛，改鍛后的模坯必須進行熱處理,。
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) F- Y; U- s, ]- b2.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,。
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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 l4 B) q+ R( x表3-27 部分預(yù)硬鋼的預(yù)硬處理工藝
; y4 U8 ~( S1 J' ^) D+ b" t鋼 號  加熱溫度/℃  冷卻方式  回火溫度/℃  預(yù)硬硬度HRC

1 `1 I4 W, j6 j7 `, o; n3Cr2Mo  830～840  油冷或160～180℃硝鹽分級  580～650  28～36

5NiSCa  880～930  油冷  550～680  30～45

$ ?+ ?/ {0 S2 P) R8Cr2MnWMoVS  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
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7 V8 ^9 |) L9 k) u' G1 ^' W8 O4 B; SSM1  830～850  油冷  620～660  36～42
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& r- `1 M, I. w+ D' v* M5 I（四）時效硬化鋼塑料模的熱處理

1.時效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序,。首先進行固溶處理，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,。第二步進行時效處理，利用時效強化達到最后要求的力學(xué)性能,。
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2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐,、箱式爐中進行，加熱時間分別可�,。�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，鍛造后可直接進行固溶淬火,。
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3.時效處理最好在真空爐中進行,，若在箱式爐中進行，為防模腔表面氧化,，爐內(nèi)須通入保護氣氛,，或者用氧化鋁粉、石墨粉,、鑄鐵屑,，在裝箱保護條件下進行時效。裝箱保護加熱要適當(dāng)延長保溫時間,，否則難以達到時效效果,。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