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塑料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的多個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用 ,而它的產(chǎn)量按體積計(jì)算在世界上已超過(guò)了鋼鐵的產(chǎn)量。同時(shí) , 塑料模具是塑料成型加工中不可缺少的工具 , 在總的模具產(chǎn)量中所占的例逐年增加 , 在當(dāng)前已處于重要位置。在我國(guó)塑料模具的應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位愈來(lái)愈重要。它的鋼材耗用量大 , 品種規(guī)格多 , 形狀復(fù)雜 , 表面粗糙度值要求低 , 制造難度大。因此 , 探討塑料模具的制造中的選用材料與熱處理問(wèn)題 , 綜合分析其工作條件、失效、性能 , 合理選用材料與熱處理以及提高它的使用壽命 , 保證制件質(zhì)量 ,降低制造成本顯得非常重要。 1、塑料模 具失效因素分析 (1) 一般模具失效因素分析 一般模具制造中包括模具設(shè)計(jì)、選用材料、熱處理機(jī)械加工、調(diào)試與安裝等過(guò)程。根據(jù)調(diào)查表明 : 模具失效的因素中 , 模具所使用的材料與熱處理是影響使用壽命的主要因素 , 其比例約占 70%,國(guó)內(nèi)外的有關(guān)資料也表明了相同的結(jié)果。從全面質(zhì)量管理的角度出發(fā) , 不能把影響模具使用壽命的諸因素作為多項(xiàng)式之和來(lái)衡量 , 而應(yīng)該是多因素的乘積 , 這樣模具材料與熱處理的優(yōu)劣在整個(gè)模具制造過(guò)程中就顯得特別重要。 (2) 塑料模具失效因素分析 塑料模具的重要失效形式為磨損失效 , 局部塑性變形失 效和斷裂失效。 ①當(dāng)塑料模具使用的材料與熱處理不合理 , 塑料模具的型腔表面硬度低 , 而耐磨性差 , 其表現(xiàn)為 , 型腔面因磨損及變形引起的尺寸超差 ; 粗糙度值因拉毛而變高 , 表面質(zhì)量惡化。尤其是當(dāng)使用固態(tài)物料進(jìn)入塑模型腔 , 它會(huì)加劇型腔面的磨損 , 故塑料模產(chǎn)生了磨損失效。加之 ,塑料加工時(shí)含有氯、氟等成份受熱分解出腐蝕性氣體 使塑料模具型腔面產(chǎn)生腐蝕磨損 , 形成侵蝕失效。 ②局部塑性變形失效。塑料模具所采用的材料強(qiáng)度與韌性不足 , 變形抗力低 ; 當(dāng)填充的物料進(jìn)入塑模型腔內(nèi) , 有超載、持續(xù)受熱 , 周期 受壓 , 而應(yīng)力分布不均勻 , 以及塑模型腔面硬化層過(guò)薄 , 從而使塑模產(chǎn)生局部的塑性變形而引起的表面皺紋、凹陷、麻點(diǎn)棱角堆塌 , 超過(guò)要求限度而造成失效以及回火不充分等因素使塑料模具壽命縮短 , 過(guò)早的失效。 ③斷裂失效。塑料模具形狀復(fù)雜 , 多棱角薄邊 ,應(yīng)力嚴(yán)重集中在韌性不足之外。同時(shí) , 塑料模采用合金工具鋼回火不充分 , 而發(fā)生斷裂失效。 從塑料模三種失效形式可知 : 選用合理的塑料模具材料與熱處理 , 對(duì)它的使用壽命至關(guān)重要。故此 ,塑料模具材料的選用與熱處理應(yīng)滿(mǎn)足下列要求 : 高的硬度、良好的耐磨性、型腔硬度要求 在 60, 淬火硬度大于 并且有足夠的硬化深度 , 心部有足夠的強(qiáng)韌性 , 以免脆斷 , 塑性變形。 定的抗熱性 , 在 150～ 250 ℃長(zhǎng)期工作 , 不氧化、不變形 , 尺寸穩(wěn)定性好。 射時(shí) , 有腐蝕介質(zhì)析出 , 要求有一定的耐蝕性。 對(duì)精密模具來(lái)說(shuō) , 要求變形小于 0105%, 并且有足夠的淬透性。 削加工性能好 , 具有優(yōu)良的拋光 , 耐磨性μ能 , 鏡面拋光可達(dá) 11 m 以下。 接性 , 鍛造工藝性能良好 1 2、塑料模具合理選材與熱處理的基準(zhǔn) 隨著對(duì)塑料模具的要求的提高 , 對(duì)模具鋼材也提出了更多的要求。即希望提供更多、更好的具有高硬度鏡面加工性能好 , 耐磨性能強(qiáng)的淬火 , 回火類(lèi)新鋼材。 但是 , 還要根據(jù)塑料的類(lèi)型以及對(duì)被成型的塑料制品的尺寸、精度、質(zhì)量、數(shù)量不同的要求 , 并考慮已有制造模具的條件來(lái)選用不同類(lèi)型的塑料模具鋼及其熱處理。 (1) 合理選用塑料模具鋼 表 1 塑料模具鋼的選用 工作條件 推薦鋼號(hào) 生產(chǎn)塑料產(chǎn)品批量較小 , 精度要求不高 , 尺寸不大的模具 45、 55 鋼或 10、 20 鋼滲碳 在使用過(guò)程中有較大的動(dòng)載荷 , 生產(chǎn)批量較大 , 磨損嚴(yán)重 122020 20滲碳 大型、復(fù)雜、批量較大、注射成型或擠壓成型模具 345 544 熱固性成型及要求高耐磨、高強(qiáng)度、塑料模具 97 5腐蝕和高精度塑料模具 49 雜、精密、高耐磨塑料模具 25250） 、 18 300） 、 18 350） (2) 塑料模具鋼的熱處理 塑料模具如果采用常規(guī)的熱處理質(zhì)量無(wú)法保證 ,模具使用壽命短 , 材料的利用率僅為 60%, 為此 ,對(duì)塑料模具中所使用的鋼材 , 應(yīng)采用特別的熱處理 ,以延長(zhǎng)塑模使用壽命。 對(duì)于要求心部具有高的強(qiáng)韌性和表面層的耐磨性的塑料模具 , 可通過(guò)表面強(qiáng)化處理技術(shù) , 提高耐磨性和使用壽命。然而表面強(qiáng)化技術(shù) , 它不僅能提高塑模型腔表面的耐 磨性 , 而且能使塑模內(nèi)部保持足夠的強(qiáng)韌性 , 這對(duì)于改善塑料模的綜合性能 , 節(jié)約合金元素 , 大幅度降低成本 , 充分發(fā)揮材料的潛力 , 以及更好地利用新材料 , 都是十分有效的 , 實(shí)踐證明 : 表面強(qiáng)化技術(shù)是提高塑模質(zhì)量和延長(zhǎng)其使用壽命的主要途徑。 采用電火花表面強(qiáng)化技術(shù) , 它是通過(guò)火花放電作用 , 把一種導(dǎo)電材料（ 涂敷及滲透到另一種導(dǎo)電鋼制模 45 鋼 的表面上 , 構(gòu)成合金化的表面層 , 從而改變模具工作面的物理和化學(xué)性能的一種工藝方法。為了使被強(qiáng)化的 45 鋼制模具的基體表面光潔 , 事先必須將模具基 體 45 鋼 的工作面和電極表面清洗干凈 , 然后手握 化機(jī)將電極 模具 45 鋼制作 工作面移動(dòng) , 并保持一定的壓力 , 使火花放電均勻連續(xù)。經(jīng)電火化強(qiáng)化之后 , 被強(qiáng)化表層 顯微 硬度可達(dá) 1400, 甚至更高。其強(qiáng)化層與結(jié)合牢固 , 耐沖擊、不剝落。強(qiáng)化處理時(shí) , 工件處于冷態(tài) , 且放電點(diǎn)極小 , 時(shí)間短 , 沒(méi)有退火變形等現(xiàn)象 , 這大大提高模具型腔面的耐熱性、耐磨性、熱硬性和耐蝕性 ,生產(chǎn)實(shí)踐證明 , 經(jīng)電火花表面強(qiáng)化后 , 擠出塑料模使用壽命可提高 1 倍以上 , 強(qiáng)化層 在使用過(guò)程中磨損后 , 還可以重新進(jìn)行強(qiáng)化。 3 、塑料模選用材料的發(fā)展方向 塑料模具對(duì)鋼材的質(zhì)量和性能有一些特殊要求。例如 : 熱處理變形小 , 研磨與拋光性能好 , 光潔度高 , 有較強(qiáng)的花紋刻蝕性 , 尺寸穩(wěn)定 , 有別于其他模具材料 , 尤其是型腔復(fù)雜 , 高精度的塑料模具對(duì)模具的選材有更高的要求 , 但模具鋼直接影響模具的壽命?，F(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)傳統(tǒng)的模具鋼從品種質(zhì)量、性能等方面都不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化的生產(chǎn)需求 , 于是國(guó)內(nèi)又開(kāi)發(fā)與研制了一些新型的塑料模具鋼 , 以供選用。 （ 1） 5韌性易切削料 、模具鋼 , 這種鋼材在國(guó)內(nèi)是首創(chuàng) , 其切削加工性、等向性、韌性和可鍛性均好。 5 預(yù)處理采用調(diào)質(zhì)工藝 , 其淬火溫度為 890～ 900 ℃ , 油淬之后 , 硬度在 上 , 650 ℃回火后 , 予處理硬度為 其切削加工性同退火狀態(tài)的 45 鋼 , 可順利地進(jìn)行多種切削加工。 (2) 料模具鋼它屬于硫系易切削模具鋼 , 用于要求高的注射模、壓鑄模 , 效果良好。兩種模具鋼中的元素 ,S 以 微粒夾雜存在 , 可以起到減少切削力和易于斷屑的作用。 鍛軋之后 , 迅速退火 , 而 不用退火 , 直接經(jīng)時(shí)效和預(yù)硬化處理可使用。二種鋼經(jīng) 570 ℃氮化后 , 心部基體強(qiáng)度不變 , 表面硬度可達(dá) 氮化與時(shí)效同時(shí)進(jìn)行。 4、國(guó)內(nèi)外塑料模具發(fā)展水平的比較 近年來(lái)確實(shí)發(fā)展很快 ,有些已達(dá)到或接近國(guó)際水平 ,尤其是隨著改革開(kāi)放政策的不斷深入 ,“三資”企業(yè)蓬勃發(fā)展 ,對(duì)我國(guó)塑料模具設(shè)計(jì)制造水平的提高起到了非常大的作用。然而 ,由于我國(guó)模具制造基礎(chǔ)薄弱 ,各地發(fā)展極不平衡 ,因此總體來(lái)看 ,與國(guó)際先進(jìn)水平相比和與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求相比 ,差距還很大。 這主要表現(xiàn)在下列方面。 (1) 塑料模具產(chǎn)品水平 (2) 工藝裝備水平 我國(guó)塑料模制造企業(yè)設(shè)備數(shù)控化率和 用覆蓋面比國(guó)外低得多 ,且設(shè)備不配套、利用率低的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。國(guó)產(chǎn)設(shè)備在精度、加工表面粗糙度、剛性、穩(wěn)定性、可靠性及刀具和附件的配套性和精度保持 性等方面與國(guó)外相比仍有較大差距。 .(3)開(kāi)發(fā)能力及經(jīng)濟(jì)效益等方面 國(guó)外模具企業(yè)技術(shù)人員比例很高 ,多數(shù)企業(yè)在 5%以上 ,有些在 50%以上 ,有些企業(yè)往往是大多數(shù)職工可在技術(shù)與生產(chǎn)崗位上互換 ,具有很高素質(zhì) ,加之企業(yè)對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)很重視 ,經(jīng)常 與產(chǎn)品廠(chǎng)一起共同開(kāi)發(fā)產(chǎn)品與模具 ,因此有很強(qiáng)的開(kāi)發(fā)能力。我國(guó)模具企業(yè)技術(shù)人員比例低 ,多數(shù)企業(yè)在 10%～ 15%之間 ,且大多數(shù)只注重模具開(kāi)發(fā) ,不重視產(chǎn)品開(kāi)發(fā) ,因此綜合開(kāi)發(fā)能力很低 ,在市場(chǎng)上常處于被動(dòng)地位。經(jīng)濟(jì)效益方面 ,國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家每個(gè)模具職工平均創(chuàng)造模具產(chǎn)值 15 萬(wàn)～ 20 萬(wàn)美元 ,而我國(guó)只有 4 萬(wàn)～ 5 萬(wàn)元人民幣。國(guó)外模具企業(yè)大都有一定利潤(rùn) ,而我國(guó)模具企業(yè)大都是微利甚至虧損。 .(4 )管理及其他方面 國(guó)內(nèi)外模具企業(yè)管理上的差距十分明顯。管理上差距所帶來(lái)的問(wèn)題往往比技術(shù)上的差距更為嚴(yán)重。 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)管理在國(guó)外企業(yè)中已十分廣泛 ,而國(guó)內(nèi)還很少采用。到目前為止 ,通過(guò) 證的模具企業(yè)全國(guó)還不到 1%。另外 ,諸如企業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品 結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)及企業(yè)運(yùn)營(yíng)機(jī)制等方面 ,國(guó)內(nèi)外差距也較大。 .(5)產(chǎn)需矛盾 我國(guó)塑料模具市場(chǎng)總體上供不應(yīng)求 ,特別是大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命塑料模產(chǎn)需矛盾十分突出 ,滿(mǎn)足率只有 60%左右。尤其是為工程塑料配套的模具 ,目前滿(mǎn)足率只有 40%左右。工程塑料是我國(guó)重點(diǎn)支持和優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè) ,預(yù)計(jì)每年將有 25%的增長(zhǎng)率。為解決這個(gè)矛盾 ,每年只好大量 進(jìn)口。 1999 年共進(jìn)口 塑模具約 4 億美元 ,其中絕大部分是塑料模具。 in a of of by in of At an in by of in is in an in of of of to of a of a of as as of it is 1,of (1) of in of to of of 0% of at of of of as a of to of of at of it is (2) of of of of ① to by of as a of of of it it a In of so of ② in is of is as as a so by of as as of by as to of ③ of on of a At of of of a of it is A1 60, is of to 1, 150 ~ 250 ℃ at C1 a of D1 of is 105 is E1 μ up a 011 m F1 in 2, of a of of to of of to of on of of to of (1) a of o. he of of of is 5,55 0,20 n of is a of 22020 0or 45 5447 59 5250), 18300), 18350) (2)of f of of is 0%, to on in be to of of of be of to of is to of a in to of as as of is to to of it is a a 5 on of to of a Be in to 5 of be 5 of 9110 5 to a of so by up 1400, or of in is is is no as to of by of of in of be 3, of is a of is of is a on of of of of of (1) 5is of 5 of 90 ~ 900 ℃ , or 650 ℃ to of of 5 be a of (2) M2 it is nS to of M2 is by of be of 70 ℃ , of of of up M2 be at 4, at of in or to of up of to of a of of of so is is in (1) of (2) of NC is a of at to of as is a . (3) of a of of in %, at 0%, of in on of a in to is of so is a of of 0% ~ 15%, on of do to is in in a of 50,000 to 0 a or . (4) at on is On of by of in Up to is % of In as of as . (5) on to 0%. 0%. of to to of an 5%. To to a of 1999 of of 00 of