毕业论文4

塑料模具热处理工艺的设计

专 业：机电一体化技术姓 名：林志杰指导教师姓名：洪春语申请学位级别：论文提交日期：学位授予单位：

学 士

天津科技大学

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塑料模具的热处理工艺

摘 要

模具材料应用日趋广泛，特别在军工、汽车、电子、机械、建材和塑料等行业。本文主要以讲叙部分常用的塑料模具材料的性能为主，塑料在日常生活中必不可少的产品，如何将产品做好就必须对从模具材料有充分的认识。而对材料的特性显的特别重要，能帮助从事相关行业提供最佳的方案以提倡节约合理利用资源。 关键词：模具钢 热处理工艺 工艺路线

目 录

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第1章 绪论

第2章 塑料模具零件的热处理工艺 2.1 塑料模具的制造工艺路线 2.2 塑料模具的热处理特点

2.2.1 渗碳钢塑料模的热处理特点 2.2.2 淬硬钢塑料模的热处理 2.2.3 预硬钢塑料模的热处理 2.2.4 时效硬化钢塑料模的热处理 结论 参考文献

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第1章 绪论

模具是一种重要的加工工艺装备，是国民经济个工业部门发展的重要基础之一。模具性能的好坏、寿命高低，直接影响产品的质量和经济效益。而模具材料与热处理、表面处理时影响模具寿命诸因素的主要因素。所以，目前世界各国都在不断地开发模具新材料，改进强韧化处理新工艺和表面强化新技术。

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第2章 塑料模具零件的热处理工艺

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。

2.1 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

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工→淬火、回火→研磨抛光→装配。

5.预硬钢制模具

例如5NiSiCa，3Cr2Mo（3CR2MO）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。

2.2.1 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

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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）。

2.2.2 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。

2.2.3 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

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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2.1为部分预硬钢的预硬处理工艺，供参考。

表2.1 部分预硬钢的预硬处理工艺

钢 号 3Cr2Mo 5NiSCa 8Cr2MnWMoVS P4410 SM1 加热温度/℃ 830～840 880～930 860～900 830～860 830～850 冷却方式 油冷或160～180℃硝盐分级 油冷 油或空冷 油冷或硝盐分级 油冷 550～680 550～620 550～650 620～660 30～45 42～48 35～41 36～42 回火温度/℃ 580～650 预硬硬度HRC 28～36 2.2.4 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/mm2～2.5min/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2.2。

表2.2 部分时效硬化钢的热处理规范

钢 号 06Ni6CrMoVTiAl 固溶处理工艺 800～850℃油冷 时效处理工艺 510～530℃×（6～8）h 时效硬度HRC 43～48 7

PMS 25CrNi3MoAl SM2 PCR 800～850℃空冷 510～530℃×（3～5）h 41～43 39～42 39～40 42～44 880℃水淬或空冷 520～540℃×（6～8）h 900℃×2h油冷+700℃×2h 510℃×10h 1050℃固溶空冷 460～480℃×4h 结 论

近几年来，由于国内采用进口模具材料需求越来越大。已经成为国内模具材料行业的发展的一个助推力，从而将模具材料作为一个攻关的重点以推动对模具材料的研发。对于日趋激烈的制造市场，很多生厂家为了提高自身的品质以占有市场的份额为主导。对于生产成本也不断提高导致模具用量与日俱增，对其也越来越苛刻。为了降低模具生产成本，增加效益，保证高质量，在采取先进设备和制造工艺的同时，必须在提高模具寿命方面不断地作出努力。这就要求必须合理选用模具材料，合理实施热处理和表面强化工艺，大力推广新材料、新工艺、新技术的应用。

参考文献

[1]吴兆祥.模具材料及表面处理[M].北京:机械工业出版社,2009

[2]王家瑛.模具材料与使用寿命[M].北京:械工业出版社,2000 [3]曾珊琪等.模具的寿命与失效[M].北京:化学工业出版社，2005 [4]张鲁阳.模具失效与防护[M].北京:机械工业出版社，2005 [5]赵昌盛.失效模具材料应用手册[M].北京:机械工业出版社,2005

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