关于塑料模具表面强化技术的研究

关于塑料模具表面强化技术的研究

【摘 要】材料技术水平的不断提高使塑料制品在工业制造和日常生活得到了广泛的应用，越来越多的工业产品和日常用品都涉及到塑料制品，这也对塑料制品的性能提出了更高的要求。本文详细介绍了塑料模具的相关信息，包括其使用性能、失效形式、表面处理技术等。分析探讨了如何正确运用表面强化技术、提高塑料模具使用寿命，表明了我国塑料模具表面强化技术的发展方向，旨在进一步推动塑料模具的发展及应用。

【关键词】塑料模具；表面强化；技术研究

我国的塑料模具技术水平在工业化进程中取得了巨大的进步，但与发达国家的塑料模具技术水平相比，仍存在着很大的差距，我国塑料模具技术水平有着很大的提升和发展空间。如何提高塑料模具使用性能及使用寿命，是当前塑料模具研究的一大课题。对塑料模具表面进行强化处理可以提高塑料模具表面硬度、耐磨性及耐蚀性，进而有效提高其使用性能及使用寿命。

1 塑料模具概述

塑料模具，即在塑料加工工业中与成型机配套使用，使生产出的塑料制品构型完整、尺寸精确的工具。例如，组合式塑料模具可以用于压塑、挤塑、吹塑、注射、低发泡成型等多种制作方式，组合式塑料模具一般由凹模和凸模组成。其中，凹模具有可变型腔，由凹模组合基板、凹模组件、凹模组合卡板组成；凸模具有可变型芯，由凸模组合基板、凸模组合卡板、凸模组件、侧截组合板、型腔截断组件组成。我们可以通过凹模、凸模、辅助成型系统的组合变化来加工不同形状、不同尺寸的塑料制品。

由于塑料品种繁多，加工方法多样，塑料成型机及塑料制品结构有繁有简，所以相应的，为满足塑料制品的生产要求，塑料模具的种类和结构形式种类也是多种多样的。由于不同塑料制品的成型方法不同，对应不同工艺要求，塑料模具可以分为挤出成型模具、注射成型模具、高发泡聚苯乙烯成型模具、吸塑成型模具等。

2 塑料模具性能要求及其失效形式

2.1 塑料模具性能要求

塑料模具与成型机配套使用时，温度一般在150℃至200℃，这表明了塑料模具的使用过程中不但受到压力作用，同时也受到温度作用，依据塑料模具的使用环境及加工方法我们可以归纳出塑料模具的基本性能要求：（1）良好的型腔表面光滑度。高品质的塑料制品对型腔表面的粗糙值有很高的要求，塑料模具的型腔表面应进行抛光处理，减小表面粗糙度，一般来说，表面粗糙度应低于0.4um，以保证塑料塑料成品外观良好且便于脱模。（2）足够的表面硬度及耐磨抗蚀性。

模具在工作过程中会受到较大的压力和摩擦力，为保持模具形状精度及尺寸精度，塑料模具成型面硬度必须保持在50～60HRC以下，塑料模具表面具有足够的硬度，从而确保模具的刚度和耐磨抗蚀性符合技术要求。（3）优良的切削加工性。塑料模具有时要根据实际情况进行相应的切削加工和钳工修配，所以塑料模具用钢应具有适宜的硬度，以确保切削加工的顺利进行。（4）良好的热稳定性。由于塑料模具结构的复杂性，很难对成型模具进行二次加工，所以塑料模具制作过程中应选用热稳定性较强的材料作为原料。保证塑料模具具有较小的变形率以及较小的尺寸变化率，保证塑料模具的尺寸精度及表面粗糙度。

2.2 模具的失效形式

塑料模具的失效形式主要有：成型面磨损及腐蚀、塑性变形、断裂。

成型面磨损是指物料对模具成型面的摩擦作用使成型面产生拉毛现象，其根本原因是模具与物料间的磨擦作用。成型面的磨损程度与塑料制品生产过程中的压力、温度、物料变形、润滑等多种因素有关。成型面的腐蚀则是指塑料制品生产过程中产生的腐蚀性气体对模具型腔面产生腐蚀作用。此外，模具如果同时发生磨损与腐蚀现象，两种现象交叉作用，也会加速模具的失效。

模具在持续受压、受热作用下，容易产生局部塑形变形而导致模具失效，这种失效形式称为塑形变形失效。发生变形失效的根本原因是模具型腔表面硬化层厚度过低，模具变形抗力不足或模具热处理时组织结构发生变化。

塑料模具结构过于复杂，在成型过程中存在的较薄的部位或者塑料模具回火处理不足，在塑料制品生产时受压力及温度的作用容易产生断裂，称为断裂失效。断裂失效是失效形式中危害最大的一种失效形式。

3 塑料模具表面处理技术

塑料模具的表面处理按照其工艺特点可以分为表面热处理、电镀及化学镀、气相沉积等。

3.1 塑料模具表面热处理

塑料模具表面热处理包括表面淬火和化学热处理两类。表面淬火是通过对模具表面进行淬火等热处理，目的是通过模具表面的温度发生较大变化，改变其组织性能。热处理过程中，模具表面忽冷忽热，使表层发生硬化，内部保持其韧性，使得模具变形小且性能增强。化学热处理一般包括渗碳、渗氮、渗硫、渗硼等，化学热处理能有效提高模具表面的耐磨性和强度，其中，渗碳、渗氮、碳氮共渗是最常应用的几种塑料模具表面化学热处理的方法。

3.2 电镀和化学镀

塑料模具表面电镀包括金属电镀及复合电镀两类。对模具表面进行电镀处理

温度低，塑料模具易加工是电镀的显著优点，常用的电镀有镀铬、镀镍等。复合电镀是指电镀过程中，金属与电镀液中的固体微粒同时沉积从而形成镀层，固体微粒可以按照性能需求选择不同材料，复合电镀可以增强模具表面的耐磨性、耐蚀性及耐热性。化学镀的均镀能力以及深镀能力优于电镀，化学镀可以使模具表面镀层厚度均匀，镀层致密且空隙较小。化学镀的另一优点是化学镀设备简单，操作简便。

3.3 气相沉积

气相沉积是利用气相中发生的化学、物理过程，在模具表面形成成分为金属、非金属、化合物等装饰性或功能性涂层。气相沉积按照表面涂层成膜原理的不同可分为化学气相沉积、物理气相沉积、等离子体增强化学沉积等三种。经过气相沉积处理后，模具表面可具有较高的抗磨性、耐蚀性和抗氧化性，能显示提高模具的性能及使用寿命。

4 总结

对模具表面强化技术的研究可以充分发挥塑料模具的发展潜力，有效提高塑料模具的性能及使用寿命，对推动我国塑料制品行业以及我国国民经济的发展有重大意义。我们应重视模具表面强化处理的理论研究及应用研究，积极研发先进设备，以进一步推广塑料模具的应用范围。

【参考文献】

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