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(diǎn)。

一、塑料模具的制造工藝路線

; f, n' w# I1 c' Y3 W7 Z/ N1 Q１.低碳鋼及低碳合金鋼制模具

) m+ ]" d, R/ C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。

2.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(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

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。
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4.碳素工具鋼及合金工具鋼制模具
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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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( `  i6 D$ [/ k3 A1 [: @& e5.預(yù)硬鋼制模具
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例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等鋼。對(duì)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(duì)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。
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' B3 n0 t9 S! H2 `# c+ p1 }二、塑料模具的熱處理特點(diǎn)
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/ X7 ^+ B: t+ g& D2 f" Q8 \1 j; V* z% ~（一）滲碳鋼塑料模的熱處理特點(diǎn)

1.對(duì)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。

0 @- |4 ]; t+ O2.對(duì)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(shí)模具滲碳層厚度要求為1.3～1.5mm，壓制軟性塑料時(shí)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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- j- X) U$ E2 P  r3.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(shí)間為5～10h，具體應(yīng)根據(jù)對(duì)滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝以采用分級(jí)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。

6 {5 J& P9 I$ z4.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(jí)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
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+ ^; W5 Z$ ?/ l* A' A0 l1 J" d1.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(shí)變形最小，對(duì)于精密模具，變形應(yīng)小于0.05%。
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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(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(shí)要控制加熱速度，冷卻時(shí)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(bào)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(shí)回火，回火溫度要高于模具的工作溫度，回火時(shí)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。
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8 D- h9 c9 L6 ^3 \" Y1 u. \（三）預(yù)硬鋼塑料模的熱處理
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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(shí)需進(jìn)行改鍛，改鍛后的模坯必須進(jìn)行熱處理。

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。
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$ C+ h) ~5 p* i3.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(shí)可采用油冷、空冷或硝鹽分級(jí)淬火。表3-27為部分預(yù)硬鋼的預(yù)硬處理工藝，供參考。
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表3-27 部分預(yù)硬鋼的預(yù)硬處理工藝
鋼 號(hào)  加熱溫度/℃  冷卻方式  回火溫度/℃  預(yù)硬硬度HRC
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* [. t/ v4 ?1 J  a' [; T3Cr2Mo  830～840  油冷或160～180℃硝鹽分級(jí)  580～650  28～36

0 Q  p  _9 K: h* x* |  Z) Z  E$ L5NiSCa  880～930  油冷  550～680  30～45
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# C: M% V4 w6 I, \4 `2 \# F8Cr2MnWMoVS  860～900  油或空冷  550～620  42～48

& x+ c5 [# O. y0 VP4410  830～860  油冷或硝鹽分級(jí)  550～650  35～41

0 w6 O7 K, H, z. _% |8 ySM1  830～850  油冷  620～660  36～42
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（四）時(shí)效硬化鋼塑料模的熱處理
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1.時(shí)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(shí)效處理，利用時(shí)效強(qiáng)化達(dá)到最后要求的力學(xué)性能。

2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐、箱式爐中進(jìn)行，加熱時(shí)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(shí)能準(zhǔn)確控制終鍛溫度，鍛造后可直接進(jìn)行固溶淬火。

3.時(shí)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(shí)效。裝箱保護(hù)加熱要適當(dāng)延長保溫時(shí)間，否則難以達(dá)到時(shí)效效果。部分時(shí)效硬化型塑料模具鋼的熱處理規(guī)范可參照表3-28