模具材料与热处理-第8章

8．1塑料模具的工作条件与性能要求8．1．1塑料模具材料的使用性能要求8．1．2塑料模具材料的工艺性能要求8．2塑料模具材料的选用8．2．1渗碳型塑料模具用钢8．2．2淬硬型塑料模具用钢8．2．3预硬型塑料模具用钢8．2．4时效硬化型塑料模具钢8．2．5耐蚀塑料模具钢8．2．6其它塑料模具材料8．3塑料模具的热处理及实例8．3．1塑料模具的制造工艺路线8．3．2塑料模具的热处理特点8．3．3塑料模的表面处理第8章塑料模具钢及其热处理目录重点1.了塑料模具材料的服役条件、失效特点和性能要求2.合理地选择塑料模具材料及热处理工艺8.1塑料模具的工作条件与性能要求塑料模具材料应具有的性能包括使用性能和工艺性能两方面。8.1.1塑料模具材料的使用性能要求1.硬度、耐磨性和耐蚀性2.强度、韧性和疲劳强度3.耐热性4.尺寸稳定性5.导热性8.1.2塑料模具材料的工艺性能要求1.切削加工性和表面抛光性2.塑性加工性3.电加工性4.热处理工艺性5.表面处理工艺性6.表面刻蚀性能和镜面加工性能7.焊接性能8.2塑料模具材料的选用1.模具材料选择的基本要求（1）综合性能优良模具材料应具有一定的硬度和耐磨性，使模具在特定的工作条件下能够保持其形状和尺寸的稳定;应具有足够的强度和韧性，既能承受一定的高压又能承受一定冲击载荷的作用;应具有一定的抗热性能，包括一定的热强性和热硬性、热稳定性、热疲劳抗力和抗粘着性等，以承受模具工作时因强烈的摩擦而产生的局部高温。（2）工艺性能良好所选用的模具材料应具有良好的冷、热加工性能及热处理工艺性能，制造简单，加工方便，能够保证供应且经济性合理等。2.模具材料选择时应考虑的因素（1）模具的工作条件包括承载力的大小、速度（冲击状况）、工作温度及腐蚀情况等。（2）模具的失效形式——塑性变形失效、磨损失效及断裂失效。（3）模具所加工的产品——批量的大小、质量的高低、材质的好坏（4）模具的结构——模具的大小、形状、模具工件的工作性质等。模具的工作工件所用的材料应该比其他工件所用的材料好。（5）模具的制造工艺（6）现有的设备及技术水平8.2.1渗碳型塑料模具用钢渗碳型塑料模具用钢主要用于冷挤压成型的塑料模具。为了便于冷挤压成型，这类钢在退火时必须有高的塑性和低的变形抗力，因此，对这类钢要求有低的或超低的碳含量，为了提高模具的耐磨性，这类钢在冷挤压成型后一般都进行渗碳和淬火、回火处理，表面硬度可达58～62HRC。介绍两个典型钢种。0Cr4NiMoV(LJ)钢12CrNi3A钢8.2.2淬硬型塑料模具用钢1.常用钢种及热处理常用的淬硬型塑料模具用钢有碳素工具钢、低合金冷作模具钢、Cr12型钢、高速钢、基体钢和某些热作模具钢等。这些钢的最终热处理一般是淬火和低温回火(少数采用中温回火或高温回火)，热处理后的硬度通常在45HRC以上。2.实际应用碳素工具钢仅适于制造尺寸不大，受力较小，形状简单以及变形要求不高的塑料模具;低合金冷作模具钢主要用于制造尺寸较大、形状较复杂和精度较高的塑料模具;Cr12型钢适于制造要求高耐磨性的大型、复杂和精密的塑料模具;热作模具钢适于制造有较高强韧性和一定耐磨性的塑料模具。另外，GD钢也是近年新推广使用的一种淬硬型塑料模具钢。该钢强韧性高、淬透性和耐磨性好，淬火变形小，价格低，用其取代Cr12MoV钢或基体钢制造大型、高耐磨、高精度塑料模具，不仅降低了成本，而且提高了模具的使用寿命。8.2.3预硬型塑料模具用钢所谓预硬钢就是供应时已预先进行了热处理，并使之达到模具使用态硬度的钢。这类钢的特点是在硬度30～40HRC的状态下可以直接进行成型车削、钻孔、铣削、雕刻、精锉等加工，精加工后可直接交付使用，这就完全避免了热处理变形的影响，从而保证了模具的制造精度。介绍几种典型预硬型塑料模具用钢。3Cr2Mo（P20）钢3Cr2NiMo（P4410）钢8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢Y55CrNiMnMoV（SM1）钢8.2.4时效硬化型塑料模具用钢时效硬化型塑料模具用钢的共同特点是碳含量低、合金度较高，经高温淬火(固溶处理)后，钢处于软化状态，组织为单一的过饱和固溶体。采用此类钢制造塑料模具时，可在固溶处理后进行模具的机械成型加工，然后通过时效处理，使模具获得使用状态的强度和硬度，这就有效地保证了模具最终尺寸和形状的精度。介绍几种时效硬化型塑料模具用钢。25CrNi3MoAl钢18Ni类钢06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）钢10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模具钢Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢8.2.5耐蚀型塑料模具用钢0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)钢属于析出硬化不锈钢，硬度为32～35HRC时可进行切削加工。该钢再经460～480℃时效处理后，可获得较好的综合力学性能。8.2.6其他塑料模具材料1.铜合金2.铝合金3.锌合金8.3塑料模具的热处理及实例选用不同品种钢做塑料模具，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。8.3.1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钢的工艺路线为:下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成型→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→研磨抛光→装配。4.碳素工具钢及合金工具钢制模具例如T7A～T10A，9CrWMn，9SiCr钢的工艺路线为:下料→锻造模坯→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）钢。对于直接使用棒料加工的，因其已进行了预硬化处理，故可在加工成型后直接抛光、装配。对于要改锻成坯料后再加工成型的，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→研磨抛光→装配。8.3.1塑料模具的制造工艺路线8.3.2塑料模具的热处理特点1.渗碳钢塑料模具的热处理2.淬硬钢塑料模具的热处理3.预硬钢塑料模具的热处理4.时效硬化钢塑料模具的热处理8.3.3塑料模具的表面处理为了提高塑料模具表面耐磨性和耐蚀性，常对其进行适当的表面处理。1.渗碳2.渗氮和氮碳共渗3.渗硼及其复合渗4.TD法5.气相沉积6.热喷涂7.表面淬火8.离子注入面对如此众多的表面强化处理方式，在具体选择的时候，应根据具体情况进行选择。思考题8-1请解释下列名词术语:渗碳、TD法、气相沉积、热喷涂、表面淬火、离子注入。8-2试述塑料模具材料的选择原则。8-3塑料模具热处理的基本要求有哪些?其热处理工艺有什么特点?8-4对模具材料进行表面处理的目的是什么?处理手段有哪些?目录