模具材料及表面处理（模具材料及表面处理结课论文）

2022-12-02

今天给各位分享模具材料及表面处理的知识，现在开始吧！

模具表面处理技术

模具表面处理技术

模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程。它对模具的如下性能有着直接的影响。

模具的制造精度：组织转变不均匀、不彻底及热处理形成的残余应力过大造成模具在热处理后的加工、装配和模具使用过程中的变形，从而降低模具的精度，甚至报废。

模具的强度：热处理工艺制定不当、热处理操作不规范或热处理设备状态不完好，造成被处理模具强度(硬度)达不到设计要求。

模具的工作寿命：热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等，导致主要性能如模具的韧性、冷热疲劳性能、抗磨损性能等下降，影响模具的工作寿命。

模具的制造成本：作为模具制造过程的中间环节或最终工序，热处理造成的开裂、变形超差及性能超差，大多数情况下会使模具报废，即使通过修补仍可继续使用，也会增加工时，延长交货期，提高模具的制造成本。

正是热处理技术与模具质量有十分密切的关联性，使得这二种技术在现代化的进程中，相互促进，共同提高。20世纪80年代以来，国际模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术、模具的表面强化技术和模具材料的预硬化技术。

模具的真空热处理技术

真空热处理技术是近些年发展起来的一种新型的热处理技术，它所具备的特点，正是模具制造中所迫切需要的，比如防止加热氧化和不脱碳、真空脱气或除气，消除氢脆，从而提高材料(零件)的塑性、韧性和疲劳强度。真空加热缓慢、零件内外温差较小等因素，决定了真空热处理工艺造成的零件变形小等。

按采用的冷却介质不同，真空淬火可分为真空油冷淬火、真空气冷淬火、真空水冷淬火和真空硝盐等温淬火。模具真空热处理中主要应用的是真空油冷淬火、真空气冷淬火和真空回火。为保持工件(如模具)真空加热的优良特性，冷却剂和冷却工艺的选择及制定非常重要，模具淬火过程主要采用油冷和气冷。

对于热处理后不再进行机械加工的模具工作面，淬火后尽可能采用真空回火，特别是真空淬火的工件(模具)，它可以提高与表面质量相关的机械性能，如疲劳性能、表面光亮度、而腐蚀性等。

热处理过程的计算机模拟技术(包括组织模拟和性能预测技术)的成功开发和应用，使得模具的智能化热处理成为可能。由于模具生产的小批量(甚至是单件)、多品种的特性，以及对热处理性能要求高和不允许出现废品的特点，又使得模具的智能化热处理成为必须。模具的智能化热处理包括：明确模具的结构、用材、热处理性能要求模具加热过程温度场、应力场分布的计算机模拟模具冷却过程温度场、相变过程和应力场分布的计算机模拟加热和冷却工艺过程的仿真淬火工艺的制定热处理设备的自动化控制技术。国外工业发达国家，如美国、日本等，在真空高压气淬方面，已经开展了这方面的技术研发，主要针对目标也是模具。

模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧性的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。这些表面性能指：耐磨损性能、耐腐蚀性能、摩擦系数、疲劳性能等。这些性能的改善，单纯依赖基体材料的改进和提高是非常有限的，也是不经济的，而通过表面处理技术，往往可以收到事半功倍的效果，这也正是表面处理技术得到迅速发展的原因。

模具的表面处理技术，是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术，改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的.系统工程。从表面处理的方式上，又可分为：化学方法、物理方法、物理化学方法和机械方法。虽然旨在提高模具表面性能新的处理技术不断涌现，但在模具制造中应用较多的主要是渗氮、渗碳和硬化膜沉积。

渗氮工艺有气体渗氮、离子渗氮、液体渗氮等方式，每一种渗氮方式中，都有若干种渗氮技术，可以适应不同钢种不同工件的要求。由于渗氮技术可形成优良性能的表面，并且渗氮工艺与模具钢的淬火工艺有良好的协调性，同时渗氮温度低，渗氮后不需激烈冷却，模具的变形极小，因此模具的表面强化是采用渗氮技术较早，也是应用最广泛的。

模具渗碳的目的，主要是为了提高模具的整体强韧性，即模具的工作表面具有高的强度和耐磨性，由此引入的技术思路是，用较低级的材料，即通过渗碳淬火来代替较高级别的材料，从而降低制造成本。

硬化膜沉积技术目前较成熟的是CVD、PVD。为了增加膜层工件表面的结合强度，现在发展了多种增强型CVD、PVD技术。硬化膜沉积技术最早在工具(刀具、刃具、量具等)上应用，效果极佳，多种刀具已将涂覆硬化膜作为标准工艺。模具自上个世纪80年代开始采用涂覆硬化膜技术。目前的技术条件下，硬化膜沉积技术(主要是设备)的成本较高，仍然只在一些精密、长寿命模具上应用，如果采用建立热处理中心的方式，则涂覆硬化膜的成本会大大降低，更多的模具如果采用这一技术，可以整体提高我国的模具制造水平。

模具材料的预硬化技术

模具在制造过程中进行热处理是绝大多数模具长时间沿用的一种工艺，自上个世纪70年代开始，国际上就提出预硬化的想法，但由于加工机床刚度和切削刀具的制约，预硬化的硬度无法达到模具的使用硬度，所以预硬化技术的研发投入不大。随着加工机床和切削刀具性能的提高，模具材料的预硬化技术开发速度加快，到上个世纪80年代，国际上工业发达国家在塑料模用材上使用预硬化模块的比例已达到30%(目前在60%以上)。我国在上世纪90年代中后期开始采用预硬化模块(主要用国外进口产品)。

模具材料的预硬化技术主要在模具材料生产厂家开发和实施。通过调整钢的化学成分和配备相应的热处理设备，可以大批量生产质量稳定的预硬化模块。我国在模具材料的预硬化技术方面，起步晚，规模小，目前还不能满足国内模具制造的要求。

采用预硬化模具材料，可以简化模具制造工艺，缩短模具的制造周期，提高模具的制造精度。可以预见，随着加工技术的进步，预硬化模具材料会用于更多的模具类型。 模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程。它对模具的如下性能有着直接的影响。

模具的制造精度：组织转变不均匀、不彻底及热处理形成的残余应力过大造成模具在热处理后的加工、装配和模具使用过程中的变形，从而降低模具的精度，甚至报废。

模具的强度：热处理工艺制定不当、热处理操作不规范或热处理设备状态不完好，造成被处理模具强度(硬度)达不到设计要求。

模具的工作寿命：热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等，导致主要性能如模具的韧性、冷热疲劳性能、抗磨损性能等下降，影响模具的工作寿命。

模具的制造成本：作为模具制造过程的中间环节或最终工序，热处理造成的开裂、变形超差及性能超差，大多数情况下会使模具报废，即使通过修补仍可继续使用，也会增加工时，延长交货期，提高模具的制造成本。

正是热处理技术与模具质量有十分密切的关联性，使得这二种技术在现代化的进程中，相互促进，共同提高。20世纪80年代以来，国际模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术、模具的表面强化技术和模具材料的预硬化技术。

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什么是模具表面处理？其作用有哪些

电镀和氮化。其中氮化有普通氮化和真空氮化。其他的用的不多。

塑料模具钢的表面处理

表面处理方法：1.氮化处理2.热处理

（一） C45 W 中炭钢

　美国标准编号： AISI 1050 ~ 1055；日本标准编号： S50C~ S55C德国标准编号： 1.1730　。中炭钢或45# 钢香港称为王牌钢,此钢材的硬度为：HB170 ~ HB220,价格便宜,加工容易,在模具上用作模架,顶柱，及一些不重要的零件上,市场上一般标准模架是采用此种钢材;

（二） 40 CrMn Mo 7 预硬塑胶模具钢

　美国、日本、新加坡、香港、中国标准编号：AISI P20， 德国及有些欧洲国家编号：DIN：1.2311、1.2378、1.2312。此种钢是预硬钢，一般不适宜热处理，但是可以氮化处理，此钢种的硬度差距也很大，由28 ~ 40 HRC 视乎那间钢厂的标准，由于已作预硬处理，机械切削也不太困难，所以很合适做一些中下价模具的镶件，有些生产大批量的模具模架也采用此钢材（有些客户指定要用此钢作模架），好处是硬度比中炭钢高，变形也比中炭钢稳定，P20此种钢由于在塑胶模具被广泛采用，所以品牌也很多，其中在华南地区较为普遍的品牌有： ASSAB 一胜百牌，瑞典产的有两种不同硬度，718S HB290~HB330（33~34HRC）、718H HB330~HB370 （34~38HRC）。大同钢厂，日本产：NAK 80（硬度40HRC+20） 及NAK55（硬度40HRC+20）两种，一般情况下，NAK 80做定模镶件，NAK55做动模镶件，要留意NAK55 不能直接做EDM皮纹，据钢材代理解释是含硫的关系，所以EDM后留有条纹的；德胜钢厂THYSSEN ，德国产，有好几种编号：GS-711（硬度34~36HRC）、 GS738（硬度32~35HRC）、GS808VAR（硬度38~42HRC）、GS318（硬度 29~33HRC）、GS312（硬度 29~33HRC），GS312含硫不能做EDM纹，在欧洲做模架较为普遍，GS312的Code 为 40 Cr MN Mo S8 ，百禄（BOHLER）奥国产，编号有：M261（38~42HRC）、M238（36~42HRC）、 M202（29~33HRC），M202不能做EDM纹，也是含硫，尚有其它品牌，不能尽录。

（三）X 40 CrMo V51热作钢

美国、中国、香港、新加坡、标准编号：AISI H13， DIN：（欧洲）1.2344；日本SKD61，此种钢材出厂硬度是：HB185~HB230须热处理。

用在塑胶模具上的硬度一般是48~52HRC，也可氮化处理，由于须要热处理，加工较为困难，故在模具的价格上比较贵一些，若是须要热处理到40HRC 以上的硬度，模具一般用机械加工比较困难，所以在热处理之前一定要先做工件的粗加工，由其是 ：运水孔，螺钉孔，及攻牙必须做好才进行热处理，否则要退火重做，那么是费时失事的，此种钢材也很普遍用在塑胶模具上，所以也有很多的品牌，我们厂常用的品牌是：一胜百（ASSAB）他们的编号是：8407；德胜（THYSSEN）他们的编号是GS344ESR或GS344EFS。（我们一般用在定件的是GS344ESR，用在动件的是GS344EFS）；日本的大同制钢DAIDO STEEL HI（日本客户多数指定用），尚有很多的品牌，由于我们厂不常用，所以不能尽录。

(四) X45 Ni Cr Mo 4 冷作钢

AISI6F7 欧洲编号：DIN 1.2767，此种钢材出厂硬度HB260，须要

热处理，一般应用硬度为500 ~ 540HRC，欧洲客人比较常用此钢，此钢韧

性好，打光效果也非常好，由于此钢在华南地区不普遍，所以品牌不多，我们公司用的是德胜（THYSSEN）GS767

(五) X42 Cr 13（不锈钢）

AISI：420 STAVAX DIN：1.2083 出厂硬度HB180~240，须要热处理，应用硬度48~52HRC，不适合氮化热处理（锐角的地方会龟裂）。此钢耐腐蚀及抛光的效果良好，所以一般透明胶件及有腐蚀性的胶料，例如：PVC及防火料、V2、V1、V0类的塑料很合适用此种钢材，此钢材也很普遍用在塑胶模具上，故此品牌也很多，我们公司常用的有：一胜百（ASSAB）S-136ESR

德胜（THYSSEN）GS083-ESR、GS083 GS083VAR；如果采用德胜的要注意，如果是透明件，那么定及动模镶件都要GS083ESR（据钢厂资料ESR 电渣重溶是提高钢材的晶体均匀，抛光效果更佳），不是透明胶件动模件一般不须要高光洁度的，可选用普通的GS083，因为钢材价格比较廉宜一些，也不影响模具的质量，此钢料有时客户也会要求用作模架，因为防锈关系，可以保证冷却管道的运水畅顺，以达到生产周期稳定，此钢种尚有很多品牌，不能尽录。

（六） X 36 Cr Mo 17（预硬不锈钢）

DIN：1.2316 、 AISI 420 STAVAX 、出厂硬度HB265~380，视乎钢厂的规格，如果是透明胶件我们公司一般不采用此钢材，因为抛光到高光洁度时，由于硬度不够很容易有坑纹，同时在啤塑也很易有花痕，要经常再抛光，所以还是用1.2083 ESR经过热处理调质硬至48~ 52HRC 省却很多

的麻烦（虽然此钢硬度不高，机械切削较易，模具完成周期短一些）。

我们公司采用此钢大多数是防锈功能的中等价格模具上，例如有腐蚀塑胶料，如上提及的PVC、V1、V2、V0类，此钢用在塑胶模具上也很普遍，品牌也多，我们公司常用的品牌：一胜百（ASSAB）S-136H、出厂硬度为HB290~330、德胜钢厂（THYSSEN）GS316（HB265~310）、GS316ESR （30~34HRC）、 GS083M（HB290~340）、GS128H（38~42HRC）、日本大同（DAIDO） PAK90（HB300~330）。

(七) X 38 Cr Mo 51 热作钢

“AISI H11” 欧洲 DIN 1.2343 、此钢出厂硬度为：HB 210~230 须要热处理，一般应用硬度为：50~540 HRC ，据钢厂的资料，此钢比1.2344（H13）韧性略高，在欧洲比较多采用，我们公司也常用此钢做定模及动模镶件，由于在亚洲及美洲地区此钢不甚普及所以品牌不多，只有2~3个品牌在香港。我们公司采用的是：德胜钢厂（THYSSEN） 的GS343 EFS 、此钢可氮化处理。

（八） S 7 重负荷工具钢

出厂硬度为：HB200~225 须要热处理，应用硬度为：54~58 HRC，此钢一般是美国客人要求采用在定及动模镶件及行位也有，欧洲及华南地区不太普遍。我们公司采用的品牌有：一胜百（ASSAB） COMPAX – S7 、及德胜钢厂（THYSSEN） GS307 。

（九） X 155 Cr VMo 121 冷作钢

AISI D2 欧洲编号： DIN 1.2379 、日本JIS SKD11出厂硬度为： HB240~255、应用硬度：56~60HRC，可氮化处理，此钢多数用在模具上的行位上（日本客人比较多用）。品牌有：一胜百（ASSAB） XW-41 、大同钢厂（DAIDO） DC-53 / DC11，德胜钢厂（THYSSEN） GS-379。

（十） 100 Mn Cr W4 90 Mn Cr V 8 油钢

AISI 01，DIN 1.2510 AISI 02，DIN 1.2842 出厂硬度：HB220~230，要热处理，应用硬度580~600HRC，此钢用在塑胶模具上一般是行位的垫片及垃圾钉上，品牌有：一胜百（ASSAB），DF2，德胜（THYSSEN）GS-510及GS-842，龙记（LKM）2510 。

(十 一) Be Cu 铍铜

此材料一般用在塑胶模具难于做冷却的位置上，因为铜的散热效果比钢快很多，品牌有：MOLDMAX 30/40 ，硬度分别为：26~32HRC及36~42HRC德胜（B2）出厂硬度为35HRC。

（十 二）AMPCO 940 合金铜

此材料出厂硬度为 ：HB 210 ，用在模具上也是难于做冷却的地方上，散热效果也很理想，只是较铍铜软一些，强度没有铍铜那么好，产量也不是那么大的模具，也可考虑用。

模具的型腔的作用及表面处理方法有哪些

塑料模具、压铸模具、橡胶模具、陶瓷模具等型腔类的模具，其型腔就是成型产品的地方。这类模具一般都要型腔（凹模）、型芯（凸模），（吹塑模没有凸模，吸塑模没有凹模）。型腔形成产品的外形，型芯形成产品的内形。这类模具的表面处理方法是；淬火、渗碳、渗氮、镀铬、表面发蓝（发黑）等。

制作超声波模具采用的三大类材料表面处理工艺有那些不同？

一、工艺：超声波模具制作过程比较复杂，所以模具设计师在设计时首先需要清楚该款模具需要哪种材质的材料，避免因错用材料而影响其时效及品质。

二、材料：超声波熔接要求金属材料柔顺性好（声波在传递过程中对机械损耗小），超声波模具材料最常用的是铝合金及钛合金，偶尔也会用到钢材。常用于制作超声波模具的材料型号及特性如下：（东莞亿信超声波公司所生产模具材料均采用美国美铝材料，所用材料均达到美国铝业行业协会ASTM标准）

1、铝镁合金7075-T651，铝锰合金2024-T651，铝铜合金6061-T651A、7075-T651：使用于振动系统及Horn制造，该材料具有极高的机械屈服强度，是制造超声波模具材料的首选B、2024-T651：一般用于HORN制造，轫性佳，热传导性强，硬度适中，用于制作一般塑胶制品超声波模具C、6061-T651：一般用于出力较低的HORN制造，轫性佳，质地相对7075材料来说软一点。

2、钛合金：配合连续发振的超声波机器使用，轫性较高，热传导好，硬度高，使用时间长,但是成本昂贵。

3、国产硬质铝合金：一般用来做一些要求不高的超声波模具，常用于不用出力的超声波下模，热传导低，如用来生产超声波模具，对超声波机器损害大，生产成本低。

制作一套超超声波模具，要注意以下事项：产品的要求：超声波模具使用时间的长短、磨损率

模具的表面处理技术有哪些

有

1)EDM面，用火花机打出来

2)喷砂面

3)咬花(腐皮纹)，用药水浸出各种花纹的表面

4)电镀，镀钛，镀铁氟龙

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