模具硬定仪

塑料模具钢是塑料模具的制备原材质，其性能高低与塑料生产企业息息相关，只有对其种类有比较清楚的了解，才能选择出合适的模具。一般塑料模具钢按其使用特性分为渗碳型、预硬型、时效硬化型、耐蚀型等类型。　　1、渗碳型　　渗碳钢退火后硬度低、塑性好，可以采用冷挤压成型。渗碳型塑料模具钢含碳量较低，常加元素Cr，同时加入适量的Ni、Mo、V，以提高淬透性和渗碳能力，退火后的应对≤100HBS。典型的牌号是瑞典的8416、美国的P2和P4等。国内的12CrNi3A和12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A，及最近新研制的0Cr4NioV(LJ钢)。　　2、预硬型　　预硬型是为避免大、中型精密模具热处理后的变形，保证模具的精度和使用性能而开发的一种模具钢。预先进行调质处理，硬度为30-40HRC。这类钢一般为中低碳合金钢，含碳量为0.35%-0.65%，常用合金元素有Cr、Ni、Mn、V等，为改善其切削性，加入S、Ca等。列入国标的预硬型塑料模具钢仅有3Cr2Mo(P20)钢和3Cr2MnNiMo两种。　　3、调质型　　是模具在加工后，再进行调质处理，使模具的性能更佳。主要有3类　　1）45、55等碳素钢，适宜于形状简单或精度要求不高、使用寿命不长的模具。　　2）40CrMo、42CrMo。前者有良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性，适宜制作中型模具；后者属于高强度钢，且有较高的疲劳极限，低温冲击性好，适宜制造要求一定强度和韧性的大、中型塑料模具。　　3）38CrMoAl、5CrNiMo。前者适用于PVC、PC的塑料模具。后者主要用于使用温度较高、耐磨性要求高的模具，如热固性塑料模。　　4、时效硬化型　　时效硬化型主要用于制造高精度、复杂型腔塑料模具，价格昂贵。有马氏体时效硬化和析出沉淀硬化钢两大类。典型的牌号有新开发的低钴、无钴、低镍的马氏体时效钢，调质后的钢的硬度在30HRC左右，时效处理后的硬度可达38-42HRC。还有是MAST马氏体时效钢，固溶后的硬度为28-32HRC，时效后可到48-52HRC，钢的强韧性高、时效尺寸变化小、焊接性能好。　　5、耐蚀型　　主要用于有聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS加抗燃树脂等生产中会分解出腐蚀性气体这一类的材料。典型牌号国外常用的耐蚀塑料钢有马氏体不锈钢和析出硬化型不锈钢两类，如瑞典的ASSAB公司的STVAX(4Cr13)和ASSAB~8407等。国内常见的是高碳高铬型耐蚀钢如1Cr17Ni2马氏体不锈耐酸钢、0Cr16Ni4Cu3Nb析出硬化不锈钢等。脉搏制造网外协加工-机械加工-数控加工-专注加工制造业B2B平台

模具材料是保证模具使用寿命的关键，同时也关系到加工成本，所以正确选择材料是模具设计的重要工作。在选择模具材料时应遵守以下几项原则：（1）根据冲压材料和冲压件生产批量选用材料；（2）根据模具种类及其工作条件，选用具有较高的强度、硬度、耐疲劳性耐磨性、耐冲击、等的材料：（3）满足加工要求，应具有良好的加工工艺性能，便于切削加工，淬透性好、热处理不易变形；（4）满足经济性要求。在模具制造中，通常按照零件结构和加工工艺过程的相似性，可将各种模具零件大致分为工作型面零件、板类零件、轴类零件、套类零件等。其加工方法主要有机械加工、特种加工二大类，机械加工方法主要包括各类金属切削机床的切削加工，采用普通及数控切削机床进行车、铣、刨、镗、钻、磨加工可以完成大部分模具零件加工，再配以钳工操作，可实现整套模具的制造。机械加工方法是模具零件的主要加工方法，即使是模具的工作零件采用特种加工方法加工，也需要用机械加工的方法进行预加工。 随着模具质量要求的不断提高，高强度、高硬度、高韧性等特殊性能的模具材料不断出现和复杂型面、型孔的不断增多，传统的机械加工方法已难以满足模具加工的要求。因而，直接利用电能、热能、光能、化学能、电化学能、声能等特种加工的工艺方法相继得到了很快的发展，目前以电加工为主的特种加工方法在现代模具制造中已得到了广泛应用，它是对机械加工方法的重要补充。（一）模具零件的毛坯选择模具零件的毛坯主要有锻件、铸件和型材（如热轧板、圆棒等）上的切割件等。毛坯类型的选择主要根据模具零件质量要求、结构尺寸和生产批量等因素来决定，通常凸、凹模等工作零件的毛坯采用锻件，模座、大型模具零件的毛坯采用铸件，垫板、固定板等零件的毛坯则采用型材上的切割件。不同方法得到的毛坯，其加工余量不同，必须合理确定毛坯的加工余量，加工余量过大，浪费材料和工时，而加工余量过小，则不能保证消除毛坯的表面缺陷，甚至造成废品。关于毛坯的加工余量可查阅相关工艺设计手册。（二）模具零件的机械加工 用机械加工方法加工模具零件，要充分考虑模具零件的材料、结构形状、尺寸、精度和使用寿命等方面的不同要求，采用合理的加工方法和工艺路线。尽可能通过加工设备来保证模具零件的加工质量，减少钳工修配工作量，提高生产效率和降低成本。（三）模具零件的电加工 1．电火花加工电火花加工是在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电腐蚀作用，对工件进行加工的一种工艺方法，它是不断放电蚀除金属的过程。 电火花加工质量主要受电极制造精度、脉冲放电参数（电规准）、放电间隙、电极损耗的影响，其中电极的设计与制造是关键。(1）电极材料 选择时应根据加工对象、工艺方法和加工设备条件等因素综合考虑，对大中型腔可采用石墨材料电极；中小型腔、窄槽等可采用纯铜电极。 (2）电极设计与制造 电极必须根据模具结构和精度要求，考虑电极损耗和放电间隙等因素进行设计。电极结构可分为整体式电极、组合式电极和镶拼电极三种，应根据电极大小与复杂程度、电极的结构工艺性等因素进行选择。 通常电极精度至少应达到IT7、Ra1.6μm。电极加工主要采用切削加工，必要时可再采用电加工。尽管电火花加工有许多优点，但仍有一定的局限性：①需要制作成形电极；②只能用于加工金属等导电材料；③加工速度一般较慢，为了提高加工速度，一般要事先用机械加工方法对零件进行预加工；④存在电极损耗，影响加工精度；⑤最小角部半径有限制，一般电火花加工加工能得到的最小角部半径等于放电间隙。2．电火花线切割加工 电火花线切割加工和电火花成形加工的原理是一样的，都是基于工具电极和工件之间脉冲放电时的腐蚀现象使金属熔化或气化，从而实现对各种形状金属零件的加工。不过在线切割加工时，是用连续移动的电极丝作为工具电极代替电火花加工中的成形电极。需要特别指出，电火花线切割加工时要注意工件内部残余应力对加工的影响，防止变形。对热处理后的毛坯进行电火花线切割加工时，由于大面积去除金属和切断加工，会使材料内部残余应力的相对平衡受到破坏从而产生变形，破坏了加工精度。在线切割过程中，由于内应力的作用，工件可能会突然开裂。为减少这些情况，应选择锻造性能好，淬透性好，热处理变形小的材料。 脉搏制造网——机械加工b2b服务平台

摘要 模具作为昂贵的机械加工装备，如何减少损耗，延长其使用寿命，成为技术人员普遍面临的课题。本文就热处理对模具的影响提出一些个人看法，仅供大家参考。关键词 模具 失效 热处理一、模具失效的形式、原因及对策http://www.microscopy.com.cn/data/attachment/portal/201111/15/1646051apfujse1wlr11oo.jpg二、热处理对模具失效的影响因素 由于模具是在极其恶劣的条件下服役，故模具要有足够的强度、韧性、抗摩擦性及咬合性能等。而上述性能的获得除与原材料、工作状况有关外，更重要的是通过热处理工艺改变金属组织及含量、结构、最大限度地提高模具的综合性能。而热处理又是依加热----保温---冷却三大隐蔽过程完成的。故影响质量的因素复杂。1预处理 即模具毛胚的退火，调质及应力处理等。其目的在于消除金属残存的组织缺陷、应力等，形成有利于热处理及淬火的良好条件。该工艺温度、时间、及冷却工艺的正确与否，都对模具失效及质量做出反应。例： T8A钢制冲头 经碳化物微细化预处理后再加低温淬火+回火，可以减少冲头崩裂，使模具提高寿命10倍。 Cr12MoV钢冷冲模 经高温奥氏体化退火+等温退火的预处理后，不但细化晶粒，消除碳化物不均匀性，并使模具服役寿命提高1倍。 9SiCr钢滚丝模 按常规处理，其晶粒度为8—9级，后经超细化预热处理可以达13~14级，抗弯强度及断裂强度分别提高30%和40%。可有效地防止早期失效，寿命可提高1倍。2、淬火 由于加热温度较高，稍有不慎，即会发现晶粒粗大、氧化脱碳、强度、钢性不佳等。淬火中的快速冷却会形成应力隐患，导致模具在服役中早期失效。例： 4Cr5MoSiV钢制铝合金压铸模，在使用2000余次时发生疲劳开裂，经检测发现模具表面强度为HRC40~44。心部为HRC43~44，且裂纹处有0.1mm的贫碳区，呈粗针马氏体，故判为淬火温度过高，保护不良，表面脱碳所为。 反之，淬火温度过低，易出现网状铁素体，形成沿铁素体的脆性断裂，如铬钢冲头在服役中断裂，镜分析呈马氏+铁素体组织，即加热不足所为。3.回火 回火在于消除因力，获得合理的硬度，均匀而正确的金相组织，而应力消除程度又与温度、时间成正比关系。见图1：下图2所示拉深零件，由于工作条件恶劣。http://www.microscopy.com.cn/data/attachment/portal/201111/15/164804l2t9ie4iv6v9p4i8.jpg 原为Cr12MoV钢经淬火+回火常规热处理，温度要求HRC57，仅能拉深1000件即早期失效，后改为T10A钢采用淬火+中温回火后硬度为HRC55。平均寿命达4000件，而后又改为380~400℃回火，使其硬度在HRC48，则寿命可达6000~8000件。而Cr12MoV钢制冲头，冲厚2.5mm的钢板，常规淬火+210℃回火硬度降至HRC58~62，寿命仅有1000件，后采用中温410℃回火，硬度降至HRC57~59。不但克服了模具的早期失效，且冲件达到10000件，寿命提高10倍。 由此可见，回火温度和所获硬度对寿命有巨大影响，而且对应力的消除程度、变形等作出反映。4.软点 淬火加热中，因温度不均匀、保护不良、严重氧化或冷却介质中的污染等，均可造成硬度不均，而使模具强度受损，在模具使用中将出现塌角、变形、掉块等弊病，这对冷镦模、剪切模和中模尤为重要。5.硬化层 磨损失效除与模具硬度过低，或淬硬层过浅有关外，还与化学热处理硬化层有关，若热处理工艺不当，尤其是淬火温度、时间以及冷却介质能力和钢材选择等因素，均可影响淬硬度层导致刃口发钝、抗压强度下降、局部塌陷、变形等早期失效。模具在渗碳、渗氮、渗硼、碳氮共渗化学热处理中由于工艺或配方不适，操作不当也会出现渗层、硬化层不均或过浅等弊端，出现刃口不锋利、咬合、啃刃口、粘模、塌陷、氧化腐蚀和硬化层脱落等失效，严重影响模具的寿命。三、防止模具失效的热处理对策1、 服役中的低温去应力回火 模具在长期服役中，尤其是热作模具在巨大的冲压力和和温度的双重应力作用下，将发生不均匀的塑性变形及金属组织的变化，从而产生可观的内应力，当这种潜在应力聚集到极限时，金属将会出现开裂、崩块、变形等失效。故小于500g的铝压铸模在使用1万次在模具服役一段时间后，应增加低温去应力回火处理，以防止早期失效。如100g的铝压铸模在使用2.5万次，大于500g的铝压铸模在使用500次后，进行低温去应力回火与未去应力回火者有明显不同，前者较后者早期失效的下降25%。2、 精化热处理工艺 如φ175mm×233mm的3Cr2W8V钢热压模冲头，其被冲压坯料要在900℃中加热后，置于4000KN水压机中热压成形。原冲头热处理工艺如图3所示，，平均寿命仅有1200件，即以开裂和磨损的形式失效，后改为图4所示热处理工艺，其平均寿命提高64%，以热疲劳失效。http://www.microscopy.com.cn/data/attachment/portal/201111/15/164938p74p7wfjchwcpzj4.jpg 还有W18Cr4V钢的电池冲压拉深模，原采用常规热处理工艺，仅能拉深锌筒2万件，表面因拉伤和脆断而失效。后改为图5复合热处理工艺后，单头可拉深6万件，双头达10万件以上，节约制模材料、工时，具有明显经济效益。http://www.microscopy.com.cn/data/attachment/portal/201111/15/165011fdsup9dylc80fufy.jpg3、 增加调质工序 调质在模具加工中不仅是获得良好力学性能，改善切削性能的手段，更重要的在于能改善金属内部组织，获得均匀细小颗粒的碳化物，减少网状和带状碳化物偏析及其它缺陷等，这为模具成形后减少变形、防止开裂、减少应力、防止模具在热处理中及服役中的失效有一定作用，一般调质工序在下料→锻造→退火→粗加工成形→调质→精加工成形→淬火回火→磨刃口→装配流程中，调质后的高温回火，由于不要求索氏体组织及性能，故回火温度可高于常温回火温度，以顺利地精加工成形。实践证明，经上述工艺流程的模具其变形量较小，即模具的最大变形发生在粗加工后、精加工成形前的调质中。4、 合理锻造 在锻造中依据材料选择加热温度，方式及加热时间和锻造次数、停锻温度等，并应采取反复横向锻拔、镦拔和多项镦拔、扁方锻造以及对角锻造等，使残余网状、带状碳化物消除，碳化物级别＜2级。经锻造后的钢材流线应合理分布，流线平行于型腔短轴或垂直于型腔端面，呈幅射状以最大限度减少应力和隐患，防止模具早期失效。5、 采用新钢种 模具用钢对其寿命影响甚大，因此选用一些具有良好的抗拉、抗弯强度和有较好淬透性的新型钢种对延长模具寿命有明显提高。6、 正确的电加工及磨削 该工序也是产生应力叠加造成失效的原因之一，故正确的电加工、磨削工艺是防止模具失效的又一途径。7、 改进模具设计结构 为减少模具在机加工、热处理及使用中的应力，模具在设计时应尽可能采取型腔对称法，截面均匀法、边孔最少法、尖角避免法及圆弧多用法的模具设计