塑料模具零件的热处理工艺

金阳

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。

% r. @% [, [- C7 P一、塑料模具的制造工艺路线
, k2 @1 c0 Z1 ~. q+ q
１.低碳钢及低碳合金钢制模具
, l/ T! C% K2 a  Z- O$ \
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。
1 v6 c7 Y& `8 p1 U5 b2 A2 w2 |9 U
, d& b0 I# M3 Q1 W* {7 O0 [2.高合金渗碳钢制模具

. v8 F4 I; s8 I! [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。
$ _* x; r% i6 l& ]" R3 D( t
& e* z2 z- P0 _3.调质钢制模具
' C& W' q& T0 T9 e% S' e
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

( T/ s2 L$ E- b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→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。
6 M# a  t  i6 r- G" x  ?* Z/ E6 _7 j
5.预硬钢制模具
. x6 X. t; ]" l, r( f) Y/ i3 @
例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）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。
7 i( j6 ^9 a5 p8 W6 `/ x; v! ^
二、塑料模具的热处理特点

（一）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。

3 Z$ p$ t8 p/ O( s+ B- C* W1 s2.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。
3 @) V! l4 _& X/ ]$ W, c& b
+ V' O$ p, A% O' S2 a# Q# G4.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）。
" c( _4 a" K- s5 w' `4 S
（二）淬硬钢塑料模的热处理
$ }) V, |  t, m5 Z* v' \8 J6 Z
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%。
+ Y+ f: Q- c3 {
6 X7 x+ y' K* T. I+ o2.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。

- m: T: d8 J5 h' z3.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。

（三）预硬钢塑料模的热处理
4 K0 v8 R) @6 {/ }+ X" s. E
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。

' N9 U9 k( p  r/ b0 y1 W2.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。
( p; L) F8 p$ `$ q4 T+ l
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3-27为部分预硬钢的预硬处理工艺，供参考。
# W0 C' t7 q# X+ E7 B  {3 M* b* H0 R+ c% {
  M8 W: Z% O) F' w) f: c2 }表3-27 部分预硬钢的预硬处理工艺
$ @$ ]- g- j( Z! J& k4 v0 n8 z钢 号  加热温度/℃  冷却方式  回火温度/℃  预硬硬度HRC

# ~% s$ \4 `* W3 X" r4 \+ c3 A& {" C3Cr2Mo  830～840  油冷或160～180℃硝盐分级  580～650  28～36

5NiSCa  880～930  油冷  550～680  30～45

# V! p3 z5 D! K8 @3 N: L8Cr2MnWMoVS  860～900  油或空冷  550～620  42～48

* D$ n0 Y0 `3 X9 V) A( E6 }P4410  830～860  油冷或硝盐分级  550～650  35～41

SM1  830～850  油冷  620～660  36～42


5 ]2 J) M- ?7 @" _8 @（四）时效硬化钢塑料模的热处理

9 z/ b" C$ D4 `/ I4 e0 W/ [; Q1.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。
' g4 f. K" N- a9 G) o% L/ r" ~: t+ K
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/mm、2～2.5min/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3-28