模具零件的熱處理工藝

不同類型的鋼材用作塑料模具，其化學成分和機械性能不同，因此製造工藝路線不同； 同樣，不同類型的塑料模具鋼採用不同的熱處理工藝。 本節主要介紹塑料模具的製造工藝路線和熱處理工藝的特點。

一、塑膠模具製造工藝路線

1、低碳鋼及低碳合金鋼模具

例如20、20Cr、20CrMnTi等鋼的工藝路線為：下料→鍛壓模坯→退火→機械粗加工→冷擠壓成型→再結晶退火→機械精加工→滲碳→調質→磨拋→裝配.

2.高合金滲碳鋼模具

例如12CrNi3A、12CrNi4A鋼的工藝路線為：下料→鍛模坯→正火高溫回火→機械粗加工→高溫回火→精加工→滲碳→調質→研磨拋光→裝配。

3.調質鋼模具

例如45、40Cr等鋼的工藝路線為：下料→鍛模坯→退火→機械粗加工→回火回火→機械精加工→修整、拋光→裝配。

4、碳素工具鋼及合金工具鋼模具

例如T7A～T10A、CrWMn、9SiCr等鋼的工藝路線為：下料→鍛成模坯→球化退火→機械粗加工→去應力退火→機械半精加工→機械精加工→淬火、回火→磨削拋光→組裝。

5. 預硬鋼模具

例如5NiSiCa、3Cr2Mo（P20）等鋼。 對於直接用棒料加工的，由於供應情況已經預硬化，可以直接加工成型，然後拋光和組裝。 對於需要鍛成毛坯再加工成型的，工藝路線為：下料→鍛造→球化退火→刨或銑六面→預硬處理（34～42HRC）→機械粗加工→去應力退火→機械精加工→拋光→組裝。

塑料模具的熱處理特點

(1)滲碳鋼塑料模具的熱處理特性

• 對於高硬度、高耐磨性和高韌性要求的塑料模具，應採用滲碳鋼製造，滲碳、淬火和低溫回火是最終熱處理。
• 對滲碳層的要求，一般滲碳層的厚度為0.8~1.5mm，壓制含硬填料的塑料時，模具滲碳層厚度要求為1.3~1.5mm，壓制軟塑料時，滲碳層的厚度為0.8～1.2mm。 滲碳層的碳含量優選為0.7％至1.0％。 如果採用碳氮共滲，則耐磨、耐腐蝕、抗氧化、抗粘等性能會更好。
• 滲碳溫度一般為900～920℃，複雜型腔的小型模具可採用840～860℃的中溫碳氮共滲。 滲碳保溫時間為5-10h，應根據滲碳層厚度的要求選擇。 滲碳工藝宜採用分級滲碳工藝，即高溫階段（900～920℃）主要是快速滲入零件表面； 中溫階段（820～840℃）主要是增加滲碳層的厚度。 滲碳層內建立了均勻合理的碳濃度梯度分佈，便於直接淬火。
• 滲碳後的淬火工藝因鋼種而異。 滲碳後可單獨使用：再加熱和淬火； 分級滲碳後直接淬火（如合金滲碳鋼）； 中溫碳氮共滲後直接淬火（如純鐵或低碳鋼冷擠壓成型的工業小型精密模具）； 滲碳後空氣淬火（如高合金滲碳鋼製成的大中型模具）。

(2)淬硬鋼塑料模具的熱處理

• 對於形狀較複雜的模具，應在粗加工後進行熱處理，再進行精加工，以保證熱處理時變形最小。 對於精密模具，變形量應小於0.05%。
• 塑料模具型腔的表面要求非常嚴格，所以在淬火加熱過程中，要保證型腔表面不氧化、脫碳、不腐蝕、不過熱等。經過嚴格脫氧後的保護氣氛爐或鹽浴爐。 如果採用普通箱式電阻爐加熱，應在型腔表面塗上保護劑，並控制加熱速度。 冷卻介質，控製冷卻速度，避免淬火過程中變形、開裂、報廢。 一般熱浴淬火較好，也可採用預冷淬火。
• 淬火後應及時回火，回火溫度應高於模具工作溫度，回火時間要充足。 長度取決於模具材料和截面尺寸，但至少需要40-60min。

(3)預硬鋼塑料模具的熱處理

• 預硬鋼以預硬狀態供貨，一般不需要熱處理，但有時需要改鍛，改鍛後的模具毛坯必須進行熱處理。
• 預硬鋼的預熱處理通常採用球化退火，目的是消除鍛造應力，獲得均勻的球形珠光體組織，降低硬度，增加塑性，提高模具坯的切削性能或冷擠壓成形性能。
• 預硬鋼的預硬工藝簡單，大多采用調質處理，調質後得到回火索氏體組織。 高溫回火溫度範圍寬，可以滿足模具的各種工作硬度要求。 由於這類鋼的淬透性好，淬火時可採用油冷、空冷或硝鹽分級淬火。 部分預硬鋼的預硬工藝見表3-27，供參考。

(4)時效硬化鋼塑模具的熱處理

• 時效硬化鋼的熱處理工藝分為兩個基本步驟。 首先進行固溶處理，即將鋼加熱到高溫，使各種合金元素溶入奧氏體中，奧氏體完成後，通過淬火獲得馬氏體組織。 第二步是時效處理，通過時效強化達到最終要求的機械性能。
• 固溶處理加熱一般在鹽浴爐或箱式爐中進行。 加熱時間可分別為：1min/mm、2~2.5min/mm，淬火採用油冷，淬透性好的鋼也可空冷。 如果在鍛造模具毛坯時能準確控制終鍛溫度，則可在鍛造後直接進行固溶淬火。
• 時效處理最好在真空爐中進行。 如果在箱式爐中進行，為防止型腔表面被氧化，必須通入保護氣氛，或在爐內使用氧化鋁粉、石墨粉、鑄鐵屑。盒子。 在保護條件下老化。 包裝保護加熱應適當延長保溫時間，否則難以達到老化效果。 部分時效硬化塑料模具鋼的熱處理規範見表3-28。

塑膠模具的表面處理

為了提高塑料模具表面的耐磨性和耐腐蝕性，常對其進行適當的表面處理。

• 塑料模具鍍鉻是應用最廣泛的表面處理方法之一。 鍍鉻層在大氣中具有很強的鈍化能力，能長期保持金屬光澤，在多種酸性介質中不發生化學反應。 塗層硬度達到1000HV，因此具有優異的耐磨性。 鍍鉻層還具有較高的耐熱性，在空氣中加熱至500℃時其外觀和硬度保持不變。
• 滲氮具有加工溫度低（一般為550～570℃）、模具變形小、滲層硬度高（可達1000～1200HV）等優點，因此也非常適用於塑料模具的表面處理。 含有鉻、鉬、鋁、釩和鈦等合金元素的鋼種比碳鋼具有更好的滲氮性能。 用作塑料模具時的滲氮處理可大大提高耐磨性。

適用於塑料模具的表面處理方法有：氮碳共滲、化學鍍鎳、離子鍍氮化鈦、碳化鈦或碳氮化鈦、PVD、CVD法沉積硬膜或超硬膜等。

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