塑料模具的熱處理工藝的研究

【摘 要】在制造塑料零件時，塑料模具是必不可少的一種工具。各類模具的制備及生產才使得各式各樣的塑料用具被制造出來。本文，首先闡述了塑料模具的制備方法，其次明確了塑料模具制備中需要考慮的選材問題和制造過程中熱處理工藝問題等進行了簡單的介紹和粗略的研究。

【關鍵詞】塑料模具；制備方法；熱處理

近年來，塑料制品的使用越來越廣泛，為了追求不同的性能，需要對其制備工藝進行改善。而塑料制品的生產離不開塑料模具的使用。塑料模具，一般由鋼材制作，是用來制備塑料制品和控制產品精確尺寸的配套工具。而生活中使用的塑料產品種類繁多，所以塑料模具也多種多樣。下面介紹幾種常見鋼塑料模具的制備方法。

1.塑料模具的制備方法

1.1低碳鋼及其合金鋼模具

參考20Cr鋼模具的制備順序為：①配料、鍛造、退火；②粗加工后冷擠壓，然后再結晶退火；③進行精加工，再滲碳處理、淬火、回火；④，最后進行打磨拋光，然后組合安裝。

1.2高合金滲碳鋼模具

常見的如12CrNi4A鋼模具的制備方案為：①配料、鍛造、正火加高溫回火；②然后粗加工后又高溫回火；③、④兩個步驟則和上述相同。

1.3調制鋼制模具

其中最具代表性的40Cr鋼模具的生產工藝為：①配料、鍛造、退火；②粗加工后進行調質；③精加工后修整并研磨拋光；④最后將其裝配完成。

1.4碳素工具鋼及合金工具鋼模具

使用較多的如CrWMn鋼模具的制備工藝為：①配料、鍛造、球化退火；②粗加工后再進行去應力退火；③半精加工后再精加工，然后再淬火和回火；④最后研磨拋光，并將其組裝。

2.塑料模具熱處理的影響因素及重點

2.1塑料模具熱處理的影響因素

熱處理是塑料模具的重要工藝過程，直接關系到塑料模具的性能以及產品的質量。在對塑料模具進行熱處理時，主要受到四大方面因素影響：即模具的制造精度、強度、工作壽命以及制造成本等。其中，模具制造精度主要考慮組織轉變不均勻、不徹底及熱處理形成的殘余應力過大等問題；模具強度則主要與熱處理工藝的規范化程度以及設備的完好程度等有密切關系；模具的工作壽命，即通過熱處理，引起組織結構不合理、晶粒度超標等，可能會造成模具性能的下降，影響模具的工作壽命。模具的制造成本則主要是當經過熱處理過程時，可能引發模具的開裂、變形和性能大幅降低等，造成模具損害或作廢，增加模具的制造成本。總之，根據塑料模具熱處理的影響因素，應結合當前塑料模具技術的不斷提升對熱處理工程中應該注意的重點問題予以明確，正確處理熱處理技術與模具質量的關系，使之可以相互促進，共同提高。

2.2塑料模具熱處理的重點

一是，塑料模具鋼在打磨、折彎等加工過程中，不可避免得存在殘余應力。這些應力在熱處理時容易在模具的粗加工過程中引起變形。所以可以先將模具加熱到250～300℃之間，保溫一定時間再自然冷卻，消除應力，再進行精加工。

二是，在模具零件的加熱速度應當非常緩慢，速度太快會導致各部分受熱不均而引起彎曲。例如，加熱速度過快時，薄截面比厚截面膨脹得快，使得在模具的連接處產生應力，而當應力大于鋼材的屈服強度時，模具就容易出現變形，甚至會導致模具破裂。所以盡量控制加熱速度，使模具的合成應力低于鋼材的屈服強度，才不會致使模具發生變形。

3.塑料模具的熱處理工藝

塑料模具大多數是由各種摻雜元素的合金鋼制備而成，所以其熱處理過程離不開以下幾類：

3.1正火

正火，也被稱為常化，就是將零件加熱至727～912℃這個零界溫度區間，比這個溫度再高40～60℃，然后保溫一段時間。再將零件取出來放在空氣中或吹風冷卻，或者噴霧或噴水冷卻。這種熱處理手段是為了讓零件的晶粒細化，也使碳化物的分布更加均勻，也可以消除加工過程中存在的內應力，提高零件的硬度（也有例外，除非零件在前面已經進行了淬火，則正火后硬度會降低）。

3.2退火

退火工藝經常用于金屬的熱處理過程中，它是先將金屬緩慢加熱到一定溫度，然后保持一段時間，再以合適的速度冷卻。這樣坐可以降低材料的硬度，有利于切削加工；也可以去除殘余應力，降低零件的變形程度與裂紋數量；使得晶粒更加細化，減少結構缺陷。金屬材料、非金屬材料等都會運用到退火這一熱處理工藝，但是當前也有些新材料的退火目的不同于過去的傳統金屬。

3.3淬火

鋼的淬火是指將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）溫度以上，再進行保溫過程，使材料內部轉變為奧氏體組織，然后使冷卻速度大于臨界值，將零件進行冷卻至Ms溫度左右或以下，將其貝氏體或者馬氏體化的一種熱處理方法。常見的如鋁、銅、鈦等合金，以及鋼化玻璃等材料的固溶處理或著其它帶快速冷卻的熱處理手段也可稱為淬火。

3.4回火

回火指的是將經過淬火的零件重新加熱到臨界溫度以下的某一溫度再保溫若干時間，然后經過空冷、水冷或者油冷等緩慢冷卻的過程將零件冷卻這種熱處理工藝。主要目的就是用來降低或者去除淬火過程中殘留的內應力，或者降低硬度和強度，提升其延展性。

3.5時效處理和時效硬化

時效處理是指金屬或合金工件（如低碳鋼等）經固溶處理，高溫淬火或冷加工變形等，后續放置在室溫或者較高溫度下穩定其性能，但會改變其形狀，尺寸等的一種熱處理工藝。時效硬化，指的是零件在高溫加熱時，在鐵中殘存少量的氮和碳元素，在后續使用中它們逐漸從純鐵中析出，形成自由碳化物和氮化物，阻礙了零件的塑性變形，降低了鋼材的強度和延展性。這種現象稱之為時效硬化，就是通常說的老化。

3.6滲碳

滲碳，一般是對金屬的表面進行處理。采取滲碳處理的大多為低碳鋼或低合金鋼，具體操作就是將零件放入活性滲碳中，加熱到900～950℃單相奧氏體區。再保溫一段時間后，使部分活性碳原子滲入鋼件表層，從而使得零件內部成份不變而表面富含碳。類似的工藝有低溫滲氮處理。這種滲過碳的零件硬度會有所提高，耐磨性也有所增強。

4.展望

各類模具的制備及生產才使得各式各樣的塑料用具被制造出來。如今，隨著塑料制品及其模具等行業的迅速發展，塑料制品的種類越來越，這就需要各式各樣配套的塑料模具的制備，所以也提高了對塑料模具鋼的生產要求。特別是作為塑料模具制造中重要環節的熱處理，其重要性更是不言而喻。在未來的發展中，為了滿足不同塑料制品配套模具的需求，我國應當在塑料模具鋼的材料選用、加工工藝和性能提高上加大研發力度，制備出新型的高性能塑料模具鋼，生產出更加優良的塑料產品。

5.結語

目前，塑料已經被廣泛應用多幾乎任何一個領域。如果把全國使用的塑料按照體積來衡量，其總量已經遠遠超過鋼鐵。在制造塑料零件時，塑料模具是必不可少的一種工具。塑料模具的制造需要耗費大量的鋼材，種類繁多，形狀各異，而且對表面的光潔度要求較高。不同的塑料模具其使用的鋼材有所不同，熱處理過程中需要注意的問題也有所差異，這些都需要我們在實踐中給予高度重視。在實踐中必須嚴格規范對塑料模具進行熱處理，注重各個環節的質量控制。

【參考文獻】

[1]鄭燦.低碳低合金塑料模具鋼軋制與熱處理工藝研究[D].東北大學，2008.

[2]何文德，張麗.試論塑料模具制造中的熱處理工藝[J].價值工程，2010，33：320-321.

[3]劉靜嫻.高檔塑料模具鋼P80R冶煉工藝的優化研究[D].大連理工大學，2014.