塑料模具的热处理工艺的研究

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【摘 要】在制造塑料零件时，塑料模具是必不可少的一种工具。各类模具的制备及生产才使得各式各样的塑料用具被制造出来。本文，首先阐述了塑料模具的制备方法，其次明确了塑料模具制备中需要考虑的选材问题和制造过程中热处理工艺问题等进行了简单的介绍和粗略的研究。

【关键词】塑料模具；制备方法；热处理

近年来，塑料制品的使用越来越广泛，为了追求不同的性能，需要对其制备工艺进行改善。而塑料制品的生产离不开塑料模具的使用。塑料模具，一般由钢材制作，是用来制备塑料制品和控制产品精确尺寸的配套工具。而生活中使用的塑料产品种类繁多，所以塑料模具也多种多样。下面介绍几种常见钢塑料模具的制备方法。

1.塑料模具的制备方法

1.1低碳钢及其合金钢模具

参考20Cr钢模具的制备顺序为：①配料、锻造、退火；②粗加工后冷挤压，然后再结晶退火；③进行精加工，再渗碳处理、淬火、回火；④，最后进行打磨抛光，然后组合安装。

1.2高合金渗碳钢模具

常见的如12CrNi4A钢模具的制备方案为：①配料、锻造、正火加高温回火；②然后粗加工后又高温回火；③、④两个步骤则和上述相同。

1.3调制钢制模具

其中最具代表性的40Cr钢模具的生产工艺为：①配料、锻造、退火；②粗加工后进行调质；③精加工后修整并研磨抛光；④最后将其装配完成。

1.4碳素工具钢及合金工具钢模具

使用较多的如CrWMn钢模具的制备工艺为：①配料、锻造、球化退火；②粗加工后再进行去应力退火；③半精加工后再精加工，然后再淬火和回火；④最后研磨抛光，并将其组装。

2.塑料模具热处理的影响因素及重点

2.1塑料模具热处理的影响因素

热处理是塑料模具的重要工艺过程，直接关系到塑料模具的性能以及产品的质量。在对塑料模具进行热处理时，主要受到四大方面因素影响：即模具的制造精度、强度、工作寿命以及制造成本等。其中，模具制造精度主要考虑组织转变不均匀、不彻底及热处理形成的残余应力过大等问题；模具强度则主要与热处理工艺的规范化程度以及设备的完好程度等有密切关系；模具的工作寿命，即通过热处理，引起组织结构不合理、晶粒度超标等，可能会造成模具性能的下降，影响模具的工作寿命。模具的制造成本则主要是当经过热处理过程时，可能引发模具的开裂、变形和性能大幅降低等，造成模具损害或作废，增加模具的制造成本。总之，根据塑料模具热处理的影响因素，应结合当前塑料模具技术的不断提升对热处理工程中应该注意的重点问题予以明确，正确处理热处理技术与模具质量的关系，使之可以相互促进，共同提高。

2.2塑料模具热处理的重点

一是，塑料模具钢在打磨、折弯等加工过程中，不可避免得存在残余应力。这些应力在热处理时容易在模具的粗加工过程中引起变形。所以可以先将模具加热到250～300℃之间，保温一定时间再自然冷却，消除应力，再进行精加工。

二是，在模具零件的加热速度应当非常缓慢，速度太快会导致各部分受热不均而引起弯曲。例如，加热速度过快时，薄截面比厚截面膨胀得快，使得在模具的连接处产生应力，而当应力大于钢材的屈服强度时，模具就容易出现变形，甚至会导致模具破裂。所以尽量控制加热速度，使模具的合成应力低于钢材的屈服强度，才不会致使模具发生变形。

3.塑料模具的热处理工艺

塑料模具大多数是由各种掺杂元素的合金钢制备而成，所以其热处理过程离不开以下几类：

3.1正火

正火，也被称为常化，就是将零件加热至727～912℃这个零界温度区间，比这个温度再高40～60℃，然后保温一段时间。再将零件取出来放在空气中或吹风冷却，或者喷雾或喷水冷却。这种热处理手段是为了让零件的晶粒细化，也使碳化物的分布更加均匀，也可以消除加工过程中存在的内应力，提高零件的硬度（也有例外，除非零件在前面已经进行了淬火，则正火后硬度会降低）。

3.2退火

退火工艺经常用于金属的热处理过程中，它是先将金属缓慢加热到一定温度，然后保持一段时间，再以合适的速度冷却。这样坐可以降低材料的硬度，有利于切削加工；也可以去除残余应力，降低零件的变形程度与裂纹数量；使得晶粒更加细化，减少结构缺陷。金属材料、非金属材料等都会运用到退火这一热处理工艺，但是当前也有些新材料的退火目的不同于过去的传统金属。

3.3淬火

钢的淬火是指将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）温度以上，再进行保温过程，使材料内部转变为奥氏体组织，然后使冷却速度大于临界值，将零件进行冷却至Ms温度左右或以下，将其贝氏体或者马氏体化的一种热处理方法。常见的如铝、铜、钛等合金，以及钢化玻璃等材料的固溶处理或着其它带快速冷却的热处理手段也可称为淬火。

3.4回火

回火指的是将经过淬火的零件重新加热到临界温度以下的某一温度再保温若干时间，然后经过空冷、水冷或者油冷等缓慢冷却的过程将零件冷却这种热处理工艺。主要目的就是用来降低或者去除淬火过程中残留的内应力，或者降低硬度和强度，提升其延展性。

3.5时效处理和时效硬化

时效处理是指金属或合金工件（如低碳钢等）经固溶处理，高温淬火或冷加工变形等，后续放置在室温或者较高温度下稳定其性能，但会改变其形状，尺寸等的一种热处理工艺。时效硬化，指的是零件在高温加热时，在铁中残存少量的氮和碳元素，在后续使用中它们逐渐从纯铁中析出，形成自由碳化物和氮化物，阻碍了零件的塑性变形，降低了钢材的强度和延展性。这种现象称之为时效硬化，就是通常说的老化。

3.6渗碳

渗碳，一般是对金属的表面进行处理。采取渗碳处理的大多为低碳钢或低合金钢，具体操作就是将零件放入活性渗碳中，加热到900～950℃单相奥氏体区。再保温一段时间后，使部分活性碳原子渗入钢件表层，从而使得零件内部成份不变而表面富含碳。类似的工艺有低温渗氮处理。这种渗过碳的零件硬度会有所提高，耐磨性也有所增强。

4.展望

各类模具的制备及生产才使得各式各样的塑料用具被制造出来。如今，随着塑料制品及其模具等行业的迅速发展，塑料制品的种类越来越，这就需要各式各样配套的塑料模具的制备，所以也提高了对塑料模具钢的生产要求。特别是作为塑料模具制造中重要环节的热处理，其重要性更是不言而喻。在未来的发展中，为了满足不同塑料制品配套模具的需求，我国应当在塑料模具钢的材料选用、加工工艺和性能提高上加大研发力度，制备出新型的高性能塑料模具钢，生产出更加优良的塑料产品。

5.结语

目前，塑料已经被广泛应用多几乎任何一个领域。如果把全国使用的塑料按照体积来衡量，其总量已经远远超过钢铁。在制造塑料零件时，塑料模具是必不可少的一种工具。塑料模具的制造需要耗费大量的钢材，种类繁多，形状各异，而且对表面的光洁度要求较高。不同的塑料模具其使用的钢材有所不同，热处理过程中需要注意的问题也有所差异，这些都需要我们在实践中给予高度重视。在实践中必须严格规范对塑料模具进行热处理，注重各个环节的质量控制。

【参考文献】

[1]郑灿.低碳低合金塑料模具钢轧制与热处理工艺研究[D].东北大学，2008.

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