塑料模具零件及其热处理

塑料模具零件的热处理工艺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、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，20，20Cr，20CrMnTi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12CrNi3A，12CrNi4A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.碳素工具钢及合金工具钢制模具例如T7A~T10A，CrWMn，9SiCr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。

4.调质钢制模具例如，45，40Cr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5.预硬钢制模具例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）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（34~42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。

二、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0.8~1.5mm，当压制含硬质填料的塑料时模具渗碳层厚度要求为1.3~1.5mm，压制软性塑料时渗碳层厚度为0.8~1.2mm。

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900~920℃，复杂型腔的小型模具可取840~860℃中温碳氮共渗。

渗碳保温时间为5~10h，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（900~920℃）以快速将碳渗入零件表层为主；中温阶段（820~840℃）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40~60min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。

(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/mm、2~2.5min/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。

三、塑料模的表面处理为了提高塑料模表面耐磨性和耐蚀性，常对其进行适当的表面处理。

1.塑料模镀铬是一种应用最多的表面处理方法，镀铬层在大气中具有强烈的钝化能力，能长久保持金属光泽，在多种酸性介质中均不发生化学反应。

镀层硬度达1000HV，因而具有优良的耐磨性。

镀铬层还具有较高的耐热性，在空气中加热到500℃时其外观和硬度仍无明显变化。

2.渗氮具有处理温度低（一般为550~570℃），模具变形甚微和渗层硬度高（可达1000~1200HV）等优点，因而也非常适合塑料模的表面处理。

含有铬、钼、铝、钒和钛等合金元素的钢种比碳钢有更好的渗氮性能，用作塑料模时进行渗氮处理可大大提高耐磨性。

适于塑料模的表面处理方法还有：氮碳共渗、化学镀镍、离子镀氮化钛、碳化钛或碳氮化钛，PVD、CVD法沉积硬质膜或超硬膜等。

塑料模具零件材料及热处理表格零件类别零件名称材料牌号热处理方法硬度说明国外一些材料牌号成型零件凹模型芯螺纹型芯螺纹型环成型镶件成型推杆凹模板等T8A、T10A淬火54~58HRC用于形状简单的小型芯、型腔S1 D3D2 O2SKD1 STD1STD11SKD11SKS31STS31O1 L6 SKS3STS3 SKT3STF3 SKT4H21 H10SKD5 SK4 STD4 SK5STD5 SKT3STS3 STF3SKT4X38Cr13 GS-083GS-083ESRGS-083V AR GSW-2083420SS P20M*Z40C40GSW-2311GS-318C80E2UPX4* PX5*35CrMo8618 P20GS-738GSW-2738CLC2738GS-343EFSGS-343ESR420SS 440CP20+Ni 420P2 P20+SSUS440CGS-312C80W1C105W1C105E2UCrWMn9Mn2V9SiCr9CrWMnMnCrWVCrNiMo淬火54~58HRC用于形状复杂、要求热处理变形小的型腔、型芯或镶件和增强塑料的成型模具Cr12Cr6WVCr12MoVCr4W2MoV54~58HRC20CrMnMo20CrMnTi18CrMnTi15CrMnMo渗碳、淬火54~58HRC5CrMnMo5CrW2Si40CrMnMo渗碳、淬火54~58HRC用于高耐磨、高强度和高韧性的大型型芯、型腔等3Cr2W8V38CrMoAl2Cr13调质、渗氮1000HV用于形状复杂、要求耐腐蚀的高精度型腔、型芯等P20 预硬化36~38HRC 用于中小型热塑性注射模SM45 淬火19~23HRCSM15NiSCa 预硬化35~45HRC用于大中型热塑性注射模SM2PMS预硬化后时效硬化40~45HRC用于注射模、长寿命而尺寸精度高的中小型模具塑料模零件材料及热处理零件类别零件名称材料牌号热处理方法硬度说明国外材料牌号成型零件凹模型芯螺纹型芯螺纹型环成型镶件06NiCrMoVTiAl06Ni7Ti2Cr 精加工后时效50~57HRC 用于尺寸精度高的小型注射模GS-379GS-711GS-7676F7 618718 716719 40X1395X18 H11GS-162STF3 Y7ASTD4 Y8STD5 Y8AC70E2UC70W1Y10 Y10A1770 27302710 23102550 X125XB2CXBF 9XBF5XHm P20P20+1.7Ni45WCrr12X200Cr1290MnCrV890MnV8105WCr6105Wcr540CrMnMo7100MnCrW4X165CrMoV1290MnWCrV5 PMS 8Cr2S 淬火空冷42~60HRC 用于大型注射模25CrNi3MoAl 调质渗氮1100HV 使用与型腔腐蚀花纹PCR 淬火空冷42~53HRC 用于制造聚氯乙烯及混有阻燃剂的热塑性注射模4Cr5MoSiVS 淬火空冷二次回火43~46HRC 用于形状不太复杂的大型热塑性注射模65Nb LD2CG-2 012Al用于小型、精密、形状复杂的型腔及嵌件，热处理后耐磨性好成型推杆凹模板等45 50 5545Mn 45MnB45MnVB调质淬火22~26HRC43~48HRC 用于形状简单的、要求不高的型腔、型芯55NiCrMoV6X160CrMoV12X155CrVMo12-1X30WCrV9-3X38CrMoV5-1HEMS-1A20 15 渗碳淬火54~58HRC08 10 15Mn 渗碳回火54~58HRC 用于冷压加工的型腔SM50 SM55 调质退火21~28HRC 用于形状简单的小型模具、使用寿命不长的成型零件3Cr2Mo 40Cr3Cr2NiMo调质28~35HRC 用于小型精度不高、寿命不很长的模具GrMn2SiWMoV 淬火61~64HRC 用于大中型、精密塑料模ZCuBe2ZCuBe2.4固溶时效处理用于高寿命、高精度、形状复杂、大量生产的塑料模Zn-4Al-3Cu 可制光洁复杂的型腔塑料模零件材料及热处理零件类别零件名称材料牌号热处理方法硬度说明国外材料牌号模体零垫板支承板浇口板锥模套45 淬火43~48HRCS45CY8A Y10AC80W1C105W1C80E2UC105E2U 1880AISI4140AISI420PQS50C S55C 动、定模板动、定模座板45 调质230~270HB45Mn2 40Mn840MnV8 调质25~30HRC件固定板45 调质230~270HB GS2510 Q235A推件板T8A T10A 淬火54~58HRC45 调质230~270HB浇注系统零件浇口套拉料杆拉料套分流锥45 端部淬火40~45HRC S45C20T8A9MnV9SiCr12T10A淬火50~55HRCSUJ2 1880C105W1C105E2UY10A导向零件导柱20 20Cr20CrMnTi渗碳、淬火56~60HRC导套T8A T10A 淬火50~55HRC限位导柱推板导柱推板导套导钉T8A T10A20 20Cr20CrMnTi淬火50~55HRC1770 Y7C70W2Y8A Y10AC80W1C105W1C80E2UC105E2U1880 Y7A S45CSUJ2C70W1C70E2USK7 STC7抽芯机构零件斜导柱斜滑块滑块T8A T10A 淬火54~58HRC楔紧块T8A T10A 淬火54~58HRC45 淬火43~48HRC推出机构零件推杆推管T8AT10A淬火54~58HRC推块复位杆45 T7AT8A T7淬火43~48HRC挡板45 淬火43~48HRC 或不淬火S45CSUJ2 推杆固定板卸模杆固定板45Q235A.塑料模零件材料及热处理零件类别零件名称材料牌号热处理方法硬度说明国外材料牌号定位零件圆锥定位件T10A 淬火58~62HRC S45C Y10AC105E2UC105W1定位圈45定距螺钉限位钉限制块止动销233545淬火43~48HRC 标准S45C支承零件支承柱45 43~48HRC Y8A Y10AC80W1垫块45 Q235A其他零件加料圈柱塞T8AT10A淬火50~55HRC C105W1C80E2UC105E2US45CSUJ2C70W11880手柄套筒Q235A喷嘴水嘴45黄铜吊钩45 Q235A1．螺纹型芯的热处理硬度也可取40-45HRC2．牌号对照：P20(3CR2Mo) 5NiSCa(5CrNiMnMoVSCa) SM1(55CrNiMnMoVS) SM2(20CrNi3AlMnMo) PMS(10Ni3CuAlVS) 8Cr2S(8Cr2MnWMoVS)PCR(Cr16Ni4Cu3Nb) 65Nb(65Cr4W3Mo2VNb) LD2(7Cr7Mo3VSi)CG-2(6Cr4Mo3Ni2WV) O12Al(5Cr4Mo3SiMnV Al)3国外材料牌号见国内外塑料模具钢牌号对照表及附表1。