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深圳市恒兴昌模具科技有限公司
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模具动态

塑料模具零件的热处理工艺

发布日期:2014-07-11 14:18:20

选用不同品种钢材作塑料模具,其化学成分和力学性能各不相同,因此制造工艺路线不同;同样,不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。本节主要介绍塑料模具的制造工艺路线和热处理工艺的特点。

一、塑料模具的制造工艺路线 
1.低碳钢及低碳合金钢制模具 
    例如,20,20Cr,20CrMnTi等钢的工艺路线为:下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。 
2.高合金渗碳钢制模具 
    例如12CrNi3A,12CrNi4A钢的工艺路线为:下料→锻造模坯→正火并高温回火→机械粗加工→高温回火→精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。 
3.调质钢制模具 
    例如,45,40Cr等钢的工艺路线为:下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→装配。 
4.碳素工具钢及合金工具钢制模具 
    例如T7A~T10A,CrWMn,9SiCr等钢的工艺路线为:下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→机械半精加工→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。 
5.预硬钢制模具 
    例 如5NiSiCa,3Cr2Mo(P20)等钢。对于直接使用棒料加工的,因供货状态已进行了预硬化处理,可直接加工成形后抛光、装配。对于要改锻成坯料 后再加工成形的,其工艺路线为:下料→改锻→球化退火→刨或铣六面→预硬处理(34~42HRC)→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。

二、塑料模具的热处理特点

(一)渗碳钢塑料模的热处理特点 
1.对于有高硬度、高耐磨性和高韧性要求的塑料模具,要选用渗碳钢来制造,并把渗碳、淬火和低温回火作为最终热处理。 
2. 对渗碳层的要求,一般渗碳层的厚度为0.8~1.5mm,当压制含硬质填料的塑料时模具渗碳层厚度要求为1.3~1.5mm,压制软性塑料时渗碳层厚度为 0.8~1.2mm。渗碳层的含碳量为0.7%~1.0%为佳。若采用碳、氮共渗,则耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化、防粘性就更好。 
3.渗碳温度 一般在900~920℃,复杂型腔的小型模具可取840~860℃中温碳氮共渗。渗碳保温时间为5~10h,具体应根据对渗层厚度的要求来选择。渗碳工艺 以采用分级渗碳工艺为宜,即高温阶段(900~920℃)以快速将碳渗入零件表层为主;中温阶段(820~840℃)以增加渗碳层厚度为主,这样在渗碳层 内建立均匀合理的碳浓度梯度分布,便于直接淬火。 
4.渗碳后的淬火工艺按钢种不同,渗碳后可分别采用:重新加热淬火;分级渗碳后直接淬火(如合金渗碳钢);中温碳氮共渗后直接淬火(如用工业纯铁或低碳钢冷挤压成形的小型精密模具);渗碳后空冷淬火(如高合金渗碳钢制造的大、中型模具)。

(二)淬硬钢塑料模的热处理 
1.形状比较复杂的模具,在粗加工以后即进行热处理,然后进行精加工,才能保证热处理时变形最小,对于精密模具,变形应小于0.05%。 
2. 塑 料模型腔表面要求十分严格,因此在淬火加热过程中要确保型腔表面不氧化、不脱碳、不侵蚀、不过热等。应在保护气氛炉中或在严格脱氧后的盐浴炉中加热,若采 用普通箱式电阻炉加热,应在模腔面上涂保护剂,同时要控制加热速度,冷却时应选择比较缓和的冷却介质,控制冷却速度,以避免在淬火过程中产生变形、开裂 而报废。一般以热浴淬火为佳,也可采用预冷淬火的方式。 
3.淬火后应及时回火,回火温度要高于模具的工作温度,回火时间应充分,长短视模具材料和断面尺寸而定,但至少要在40~60min以上。

 

(三)预硬钢塑料模的热处理 
1.预硬钢是以预硬态供货的,一般不需热处理,但有时需进行改锻,改锻后的模坯必须进行热处理。 
2.预硬钢的预先热处理通常采用球化退火,目的是消除锻造应力,获得均匀的球状珠光体组织,降低硬度,提高塑性,改善模坯的切削加工性能或冷挤压成形性能。 
3.预硬钢的预硬处理工艺简单,多数采用调质处理,调质后获得回火索氏体组织。高温回火的温度范围很宽能够满足模具的各种工作硬度要求。由于这类钢淬透性良好,淬火时可采用油冷、空冷或硝盐分级淬火。

表3-27为部分预硬钢的预硬处理工艺,供参考。 
表3-27 部分预硬钢的预硬处理工艺 
钢 号        加热温度/℃    冷却方式                   回火温度/℃    预硬硬度HRC 
3Cr2Mo       830~840      油冷或160~180℃硝盐分级    580~650    28~36 
5NiSCa       880~930      油冷                       550~680    30~45 
8Cr2MnWMoVS  860~900      油或空冷                    550~620    42~48 
P4410        830~860      油冷或硝盐分级              550~650    35~41 
SM1          830~850      油冷                       620~660    36~42

(四)时效硬化钢塑料模的热处理 
1.时效硬化钢的热处理工艺分两步基本工序。首先进行固溶处理,即把钢加热到高温,使各种合金元素溶入奥氏体中,完成奥氏体后淬火获得马氏体组织。第二步进行时效处理,利用时效强化达到最后要求的力学性能。 
2.固溶处理加热一般在盐浴炉、箱式炉中进行,加热时间分别可取:1min/mm、2~2.5min/mm,淬火采用油冷,淬透性好的钢种也可空冷。如果锻造模坯时能准确控制终锻温度,锻造后可直接进行固溶淬火。 
3.时效处理最好在真空炉中进行,若在箱式炉中进行,为防模腔表面氧化,炉内须通入保护气氛,或者用氧化铝粉、石墨粉、铸铁屑,在装箱保护条件下进行时效。装箱保护加热要适当延长保温时间,否则难以达到时效效果。部分时效硬化型塑料模具钢的热处理规范可参照表3-28。 
表3-28 部分时效硬化钢的热处理规范 
钢 号              固溶处理工艺       时效处理工艺            时效硬度HRC 
06Ni6CrMoVTiAl    800~850℃油冷     510~530℃×(6~8)h    43~48 
PMS               800~850℃空冷     510~530℃×(3~5)h    41~43 
25CrNi3MoAl       880℃水淬或空冷    520~540℃×(6~8)h    39~42 
SM2               900℃×2h油冷+700℃×2h    510℃×10h       39~40 
PCR               1050℃固溶空冷     460~480℃×4h           42~44

(四)时效硬化钢塑料模的热处理 
1.时效硬化钢的热处理工艺分两步基本工序。首先进行固溶处理,即把钢加热到高温,使各种合金元素溶入奥氏体中,完成奥氏体后淬火获得马氏体组织。第二步进行时效处理,利用时效强化达到最后要求的力学性能。 
2.固溶处理加热一般在盐浴炉、箱式炉中进行,加热时间分别可取:1min/mm、2~2.5min/mm,淬火采用油冷,淬透性好的钢种也可空冷。如果锻造模坯时能准确控制终锻温度,锻造后可直接进行固溶淬火。 
3.时效处理最好在真空炉中进行,若在箱式炉中进行,为防模腔表面氧化,炉内须通入保护气氛,或者用氧化铝粉、石墨粉、铸铁屑,在装箱保护条件下进行时效。装箱保护加热要适当延长保温时间,否则难以达到时效效果。部分时效硬化型塑料模具钢的热处理规范可参照表3-28。 
表3-28 部分时效硬化钢的热处理规范 
钢 号              固溶处理工艺       时效处理工艺            时效硬度HRC 
06Ni6CrMoVTiAl    800~850℃油冷     510~530℃×(6~8)h    43~48 
PMS               800~850℃空冷     510~530℃×(3~5)h    41~43 
25CrNi3MoAl       880℃水淬或空冷    520~540℃×(6~8)h    39~42 
SM2               900℃×2h油冷+700℃×2h    510℃×10h       39~40 
PCR               1050℃固溶空冷     460~480℃×4h           42~44

 

三、塑料模的表面处理

为了提高塑料模表面耐磨性和耐蚀性,常对其进行适当的表面处理。 
1.塑料模镀铬是一种应用最多的表面处理方法,镀铬层在大气中具有强烈的钝化能力,能长久保持金属光泽,在多种酸性介质中均不发生化学反应。镀层硬度达1000HV,因而具有优良的耐磨性。镀铬层还具有较高的耐热性,在空气中加热到500℃时其外观和硬度仍无明显变化。 
2.渗氮具有处理温度低(一般为550~570℃),模具变形甚微和渗层硬度高(可达1000~1200HV)等优点,因而也非常适合塑料模的表面处理。含有铬、钼、铝、钒和钛等合金元素的钢种比碳钢有更好的渗氮性能,用作塑料模时进行渗氮处理可大大提高耐磨性。 
适于塑料模的表面处理方法还有:氮碳共渗、化学镀镍、离子镀氮化钛、碳化钛或碳氮化钛,PVD、CVD法沉积硬质膜或超硬膜等。

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