精密复杂塑料模具的选材及热处理.pdf

瞬酥翩、料引栏目主持李华介精密复杂塑料模具的选材及热处理安徽省宿州市模具热处理研究中心以刃赵昌盛精密塑料模具的品种规格多、形状复杂、表面粗糙度低及制造难度大,因此探讨精密复杂塑料模具的选材及热处理问题,综合分析其工作条件、性能以提高模具的使用寿命,保证加工质量,降低生产成本,就显得极为重要。众所周知,模具热处理时,特别是在淬火过程中,由于模具截面各部分加热和冷却的不一致而引起的温度差,加之组织转变的不等时性等原因,使得模具截面各部分体积膨胀不均匀,组织转变的不均匀,从而引起“组织应力”,加之模具内外温差所引起的热应力,当其内应力超过模具的屈服极限时,就会引起模具的变形和开裂。因此,精密复杂模具既要保证模具的综合力学性能和模具的精度,又要避开模具淬火这一关,这是广大模具制造者和热处理工作者面临的一项重要研究课题。一、预硬型塑料模具铜的选用及热处理模具淬火后的变形,不论采取何种热处理方法,热处理变形都是无法避免的。在此冶金工作者提供了一种预硬化型塑料模具钢供应模具制造者使用。所谓预硬化型塑料模具钢是钢厂根据用户的要求在供货时已预先对模具用钢进行了热处理,使之达到模具使用时的硬度要求。根据模具的工作条件,这个硬度范围变化较大,较低硬度为一,较高硬度为,在这种硬度条件下,可以把模具加工成形不再进行热处理而直接使用,从而可避免模具加工后再进行淬火、回火热处理操作所造成的氧化、脱碳、变形和开裂。这类钢适宜制造形状复杂、精密的大中型塑料模具,从而保证了模具的制造精度。目前,我国使用和新近研制的预硬化型塑料模具钢,大多数以中碳钢为基础,适当加人、和等合金元素制成。对于硬度要求较高的塑料精密模具硬度要求一,可切削性能差。为了改善钢的切削加工性能,节省在制造模具过程中的切削加工工时,延长刀具使用寿命,降低模具制造成本,国内外发展了一些易切削预硬化型塑料模具钢,即在钢冶炼时加入少量的、和等元素,使预硬化型塑料钢模具在较高硬度下完成车、钻、刨、铣、撞和磨等加工过程。目前已经列人国家标准的预硬化型塑料模具钢仅有。钢和。钢两种,另外,加上近年来研制引进的模具钢种及一些传统中碳合金钢、预硬型塑料模具钢,模具用钢主要有以下几种。钢、钢、钢、钢、议钢、。钢、钢、访钢、钢和钢。易切削预硬化型塑料模具钢有钢、。钢、钢和钢等。以上各类预硬化型塑料模具钢可根据精密塑料模具的需要进行选用。当然,预硬化型塑料模具钢虽然在钢厂就进行了最终热处理淬火、中高温回火,但如果模具需要进行改锻或进一步改变硬度和力学性能,可以对模坯重新进行淬火、回火热处理,而且必须在锻造后进行退火热处理,其工艺可按该钢号的热处理工艺进行,但只要在模具加工前进行热处理也可作精密复杂模具用钢。二、时效硬化型塑料模具钢的选用及热处理模具热处理变形是模具热处理三大难题之一变形、开裂和淬硬,预硬化型塑料模具钢虽然解决了精密复杂模具热处理变形和开裂问题,但是模具硬度较高时又给模具加工造成了困难。如何既保持模具的加工精度,又使模具具有较高硬度,同时还具有高的综合力学性能,从而避免模具热处理时的变形、开裂,这是精密、复杂、长寿命的塑料模具选材及热处理的一个难题。门爹荡户二热加工嗣热处理俘翻翩为此,国内外模具材料工作者研发了一系列时效硬化型塑料模具钢。时效硬化型塑料模具钢经固溶处理后变软一般为一,可以进行切削加工,当模具制造成型后再进行时效处理,可以获得较高的综合力学性能,由于其时效温度低,模具变形较小,所以是精密复杂模具的理想用钢。时效硬化型塑料模具钢主要包括马氏体时效钢和无钻低镍时效硬化钢两大类。马氏体时效硬化钢具有高屈强比、良好的切削加工性和焊接性能,以及热处理工艺简单等优点。典型的高合金马氏体时效硬化钢有钢、钢、钢和麟钢,这一组钢在国外美国被命名为、和钢。该类钢的固溶处理温度一般为左右,固溶后形成低碳板条状马氏体,硬度为一犯,有很好的冷变形加工和切削加工性能。钢的时效温度为,时效后形成无碳或微碳一板条马氏体基体和时效析出的弥散度大且颗粒极小的金属间化合物如。、。、等使钢得到时效硬化,具有较高的强度,其硬度可达以上,且变形很小。这类钢在高强度、高韧性的条件下,仍具有良好的韧性和高的断裂韧度。类低马氏体时效钢主要用来制造高精度、超镜面和型腔复杂的塑料模具。但该类钢由于价格昂贵,使其应用受到限制。为了降低模具材料费用,近年来开发了一些无钻、低镍的马氏体时效钢,如钢,其镍含量大幅度下降,又无钻。固溶处理温度为的,固溶处理后的硬度为一,时效温度为一,固溶处理后的硬度为左右。由于时效析出相的数量比高合金马氏体时效钢少,所以时效尺寸变形较小一般约为,有利于控制模具的变形,且价格便宜,是高精度、复杂和长寿命塑料模具的理想用钢。无钻、低镍时效硬化钢是新发展的钢种之一,其合金元素比马氏体时效钢低,特别是镍含量较少,属低碳中合金钢,其代表钢号有钢、钢等。钢是一种低碳的镍铜铝铁合金钢,是新型时效硬化型镜面塑料模具钢,具有优良的镜面加工性能、良好的冷热加工性能、电加工性能和综合力学性能。固溶温度为左右,保温,空冷,固溶后硬度为。固溶处理的目的是为了使合金元素在基体充分溶解,使固溶体均匀化并达到软化,便于模具切削加工。在模具加工成型后进行时效处理,时效温度约为左右,即可获一的较高硬度,最后进行抛光处理。钢是制造高镜面光亮的精密复杂塑料模具的理想材料,深受一些模具用户的欢迎。三、模具的渗氮处理上面介绍了两种模具的选材及热处理,为了继续提高模具的表面硬度,增加模具的使用寿命,可采取在模具加工成型后进行低温表面强化热处理。渗氮是将氮渗人模具的表面,以提高模具表面的硬度、耐磨性、抗咬合性、抗腐蚀性能和疲劳性的一种低温表面强化工艺。渗氮处理温度较低,一般在内进行。对于预硬化钢模具和时效硬化钢模具,渗氮温度一般都低于或稍高于回火或时效温度,渗氮时模具心部没有相变,渗氮后模具基体硬度基本不变,模具变形较小。对于其他类钢制作的精密复杂模,如其基体硬度要求不高,而表面硬度要求较高,对其变形要求较小,可采取模具毛坯粗加工后进行调质热处理,精加工后进行低温渗氮处理,从而减小模具热处理变形,这是一些模具制造厂家经常采用的加工方法。一般来说,合金钢模具经渗氮处理后,表面硬度可达以上,对于含有一定量的钢,渗氮后模具表面硬度可达以上,可大大提高模具的使用寿命。四、结语精密复杂模具的选材和热处理是模具制造者和热处理工作者面临的一项重要研究课题,其核心是变形和硬度问题,它关系到模具的精度和使用寿命。预硬化型钢和时效硬化型钢是精密复杂模具较理