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，其化學成分和力學性能各不相同，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。本節主要介紹塑料模具的制造工藝路線和熱處理工藝的特點。
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一、塑料模具的制造工藝路線

- D! [0 ~- u1 s  s１.低碳鋼及低碳合金鋼制模具

( W8 j/ t8 [8 R9 w% B+ S2 o$ Y例如，20，20Cr，20CrMnTi等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→冷擠壓成形→再結晶退火→機械精加工→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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% @5 D0 t1 M$ d% ^2 `例如12CrNi3A，12CrNi4A鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→正火并高溫回火→機械粗加工→高溫回火→精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。

( k9 N- w7 o. k( T4 A3.調質鋼制模具
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例如，45，40Cr等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→調質→機械精加工→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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( A; T+ {3 a  e- s5 G8 X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→研磨拋光→裝配。

5.預硬鋼制模具

1 g2 Z- I% ^) {4 A- j; F" R# O例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等鋼。對于直接使用棒料加工的，因供貨狀態已進行了預硬化處理，可直接加工成形后拋光、裝配。對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→預硬處理（34～42HRC）→機械粗加工→去應力退火→機械精加工→拋光→裝配。
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二、塑料模具的熱處理特點
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（一）滲碳鋼塑料模的熱處理特點

1.對于有高硬度、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。

2.對滲碳層的要求，一般滲碳層的厚度為0.8～1.5mm，當壓制含硬質填料的塑料時模具滲碳層厚度要求為1.3～1.5mm，壓制軟性塑料時滲碳層厚度為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。

3.滲碳溫度一般在900～920℃，復雜型腔的小型模具可取840～860℃中溫碳氮共滲。滲碳保溫時間為5～10h，具體應根據對滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝以采用分級滲碳工藝為宜，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，這樣在滲碳層內建立均勻合理的碳濃度梯度分布，便于直接淬火。
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4.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）。

  L. S% [  U0 b2 A9 ^  |/ z（二）淬硬鋼塑料模的熱處理

( k" o( j9 e. R3 D6 ]1.形狀比較復雜的模具，在粗加工以后即進行熱處理，然后進行精加工，才能保證熱處理時變形最小，對于精密模具，變形應小于0.05%。
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2.塑料模型腔表面要求十分嚴格，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。應在保護氣氛爐中或在嚴格脫氧后的鹽浴爐中加熱，若采用普通箱式電阻爐加熱，應在模腔面上涂保護劑，同時要控制加熱速度，冷卻時應選擇比較緩和的冷卻介質，控制冷卻速度，以避免在淬火過程中產生變形、開裂而報廢。一般以熱浴淬火為佳，也可采用預冷淬火的方式。

6 r& I( c& |. P6 A/ K3.淬火后應及時回火，回火溫度要高于模具的工作溫度，回火時間應充分，長短視模具材料和斷面尺寸而定，但至少要在40～60min以上。

3 ?: _- I, ]- W) [% b$ \2 p（三）預硬鋼塑料模的熱處理
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+ o  P. ]& p& ]1.預硬鋼是以預硬態供貨的，一般不需熱處理，但有時需進行改鍛，改鍛后的模坯必須進行熱處理。

2.預硬鋼的預先熱處理通常采用球化退火，目的是消除鍛造應力，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。

- |8 _0 k" X# m7 M$ b: o3.預硬鋼的預硬處理工藝簡單，多數采用調質處理，調質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，淬火時可采用油冷、空冷或硝鹽分級淬火。表3-27為部分預硬鋼的預硬處理工藝，供參考。
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5 _: i  y9 k8 h2 R8 \: r  J- y表3-27 部分預硬鋼的預硬處理工藝
鋼 號  加熱溫度/℃  冷卻方式  回火溫度/℃  預硬硬度HRC
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5 t. Y/ j/ U$ W2 I3Cr2Mo  830～840  油冷或160～180℃硝鹽分級  580～650  28～36
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$ a, ?% g; v4 `/ Y0 J) k7 b' p5NiSCa  880～930  油冷  550～680  30～45

8Cr2MnWMoVS  860～900  油或空冷  550～620  42～48

# D) [" \7 \: ^- \  GP4410  830～860  油冷或硝鹽分級  550～650  35～41
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: j% U1 W5 v- V/ z& hSM1  830～850  油冷  620～660  36～42
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（四）時效硬化鋼塑料模的熱處理
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1.時效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序。首先進行固溶處理，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。第二步進行時效處理，利用時效強化達到最后要求的力學性能。

, m! R% q0 [) J9 w4 d" B* D0 R1 u2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐、箱式爐中進行，加熱時間分別可取：1min/mm、2～2.5min/mm，淬火采用油冷，淬透性好的鋼種也可空冷。如果鍛造模坯時能準確控制終鍛溫度，鍛造后可直接進行固溶淬火。
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3.時效處理最好在真空爐中進行，若在箱式爐中進行，為防模腔表面氧化，爐內須通入保護氣氛，或者用氧化鋁粉、石墨粉、鑄鐵屑，在裝箱保護條件下進行時效。裝箱保護加熱要適當延長保溫時間，否則難以達到時效效果。部分時效硬化型塑料模具鋼的熱處理規范可參照表3-28