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注塑机知识

塑料模具零件的热处理工艺

发布时间:2016-12-26 09:09:00 点击:

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海天注塑机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。


一、热处理名词解释


1、退火

1)概念:将钢加热到适当温度,保持一定时间,然后缓慢冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺。


2)目的:

a、将低钢的硬度,提高塑性(以利于切削加工);

b、细化晶粒,均匀钢的组织及成分;

c、消除钢中的残余内应力,防止变形开裂


3)分类:完全退火;球化退火;去应力退火


2、正火

1)概念:将钢加热到Ac3ACcm以上30500C,保温适当的时间,在空气中冷却的工艺方法。


2)目的:与退火的目的基本相同,但正火冷却速度比退火稍快,故正火后得到的珠光体组织比较细,强度、硬度比退火钢高。


正火比退火生产周期短,成本低操作方便,故在可能条件下优先采用正火,但复杂零件宜采用退火。


3、淬火

1)概念:将钢加热到Ac3Ac1以上某一温度,保温一定时间,然后以适当速度冷却,获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。


2)目的:为了获得马氏体,提高钢的强度和硬度。


4、回火

1)概念:将淬火后的钢,再加热到Ac1点以下的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。


2)目的:

a、消除内应力;

b、获得所需的力学性能(提高钢的韧性,适当调整钢的强度和硬度);

c、稳定组织和尺寸


二、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,2020Cr20CrMnTi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12CrNi3A12CrNi4A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,4540Cr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T7AT10ACrWMn9SiCr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。


5.预硬钢制模具

例如5NiSiCa3Cr2MoP20)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(3442HRC机械粗加工去应力退火机械精加工抛光装配。


三、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。


2.对渗碳层的要求,一般渗碳层的厚度为0.81.5mm,当压制含硬质填料的塑料时模具渗碳层厚度要求为1.31.5mm,压制软性塑料时渗碳层厚度为0.81.2mm。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900920,复杂型腔的小型模具可取840860中温碳氮共渗。渗碳保温时间为510h,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(900920)以快速将碳渗入零件表层为主;中温阶段(820840)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)。


(二)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4060min以上。


(三)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。


表1 部分预硬钢的预硬处理工艺

    

加热温度/

冷却方式

回火温度/

预硬硬度HRC

3Cr2Mo

830840

油冷或160180℃硝盐分级

580650

2836

5NiSCa

880930

油冷

550680

3045

8Cr2MnWMoVS

860900

油或空冷

550620

4248

P4410

830860

油冷或硝盐分级

550650

3541

SM1

830850

油冷

620660

3642


(四)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/mm22.5min/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


表2 部分时效硬化钢的热处理规范

     

固溶处理工艺

时效处理工艺

时效硬度HRC

06Ni6CrMoVTiAl

800850℃油冷

510530×68h

4348

PMS

800850℃空冷

510530×35h

4143

25CrNi3MoAl

880℃水淬或空冷

520540×68h

3942

SM2

900×2h油冷+700×2h

510×10h

3940

PCR

1050℃固溶空冷

460480×4h

4244




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