塑料模具塑件成型部位失效及处理工艺探究

朱坚 杭州第一技师学院

塑料模具的使用寿命是其综合价值的重要体现，尤其成型部位零件的精度和使用寿命更是最关键之处，在结构复杂的大型塑料模具中，如果其没有较长的使用寿命作为保障，则会让企业因为塑料模具内腔尺寸以及表面光滑度的变化而蒙受巨大的损失，所以为了保证塑料模具可以达到预定的使用寿命，需重视塑料模具成型工艺中关于表面冲蚀磨损等因素的研究，促进塑料模具使用寿命的提升。

1 失效原因分析

在常温常压下塑料模具成型部位零件在正常养护条件下，内部精度和表面精度可以得到保证，但是在高温高压的工作环境下，成型部位零件会在该特殊成型环境下让塑料颗粒释放出各种特殊的腐蚀气体，从而对成型部位零件进行冲击腐蚀。并且在该环境下所产生的塑料颗粒会在内腔移动，导致成型部位零件的表面精度下降。经过试验可以发现，内腔精度和表面精度出现下降的主要原因是发生高温氧化-冲蚀和磨损、颗粒分子对成型表面产生的冲击。

2 处理工艺

2.1 表面合金化

2.1.1 离子注入 Cr、Y 等元素

塑料零件抗高温抗高压一级耐腐蚀和耐磨性能是提升塑料磨具使用性能的关键所在，采用离子注入工艺可以有效的提升塑料零件在该领域的性能，相关研究表明，在塑料零件的表面注入Cr、Y 元素是最有效的离子注入方式，最高可将塑料零件在上述的各项性能提升1000 倍。而且采用这种方式提升塑料零件的各项能力，还不会让塑料零件的基本性能发生变化。这种处理方式对于环境的要求较为简单，在室温真空条件下，就可以完成离子注入工艺，并且因为该工艺可以形成新化合物同其余基本体相互结合牢固的个结构，所以在脱落现象上会比较于其余方式有着更好的表现。

2.1.2 钛 - 氮表面扩渗

针对实际的生产需求，钛-氮表面扩渗工艺凭借自身在适应性强，同时扩渗周期短的特点上，在处理塑料模具上也有着广泛的运用，这是当前塑料模具处理的高级技术，该技术可以在模具表面形成一个致密的渗层，所以模具硬度、抗拉伸能力、耐腐蚀、耐磨性能就会因为这一渗层，得到巨大的强化。同时这种方式在使用上，除开周期短，对零件的外形无需求之外，在使用中关于掉皮剥落上都有着良好的适应性。

2.1.3 渗碳热处理

在生产中，渗碳热处理方式是非常经典的一种热处理方式，该方式虽然在使用中相比较于其余的处理方式，有着较为明显的缺点，就是对零件的外形损害过高，在高精度的塑料模具处理上，采用这种处理方式会严重损害塑料模具的精密性，但是这种方式因为在处理渗层时，无论是控制能力还是时间，甚至渗层的成分都可以得到控制，这种渗层控制便利、渗速快的化学热处理方式从而在实际的生产中有着大规模的运用，并且，对生产环节进行分析这种，这种处理方式在成本控制上也更加的优良，一本而言，采用该方式，最为重要的内容就是对含碳量进行控制，在按照顺序正确的完成各项工艺之后，硬度可以达到62HRC。

2.1.4 渗氮热处理

表面强化能够有效的提升塑料模具的使用性能，在实际的生产条件下，渗氮热处理也是一种非常常用的技术，该技术条件下，一般可以将温度调整在450℃-570 摄氏度，也就是在该温度区间内，渗氮热处理技术可以实现离子渗氮。渗氮热处理技术在该领域有着巨大的利用价值的原因在于，在热处理技术完成离子渗透之后，塑料模具的表明硬度就会发生巨大的变化，表面硬度会提升到900 到1000HV，并且可以发现硬化厚度也会发生相应的变化，达到0.1 到0.3mm，所以在这种状态下，模具的内腔必然可以有着更高的耐磨性。对高精度塑料模具和透明塑料模具有更好的成型效果，所以采用这种方式制作有着巨大的实用意义。

2.1.5 碳氮共渗处理

碳氮共渗是在生产中非常常用的一种低温处理技术，该技术在使用中除开能够提升硬度和耐磨性这几项能力之外，其在抗咬合性上的优异表现，成为了该技术可以得到运用的关键所在。碳氮共渗处理技术的关键节点在于实现气体软氮化，这是实现低温处理的技术要点。相比较于传统的碳氮热处理技术，这种实现气体碳氮共渗处理的低温技术，可以有效的避免被处理塑料模具发生形变的可能，所以在高精度塑料模具处理上，碳氮共渗有着良好的是影响。并且，这种处理技术除开可以实现哎耐磨性上的更高强化之外，根据实际情况，完成喷丸处理，还可以改变模具的疲劳极限。

2.2 表面覆层

2.2.1 TD 覆层处理

该技术可以得到极高运用价值的关键在于，塑料模具经过覆层处理之后，必然可以实现在各个领域上相关性能的提升，尤其是在耐磨性和硬度上表现优异。TD 覆层技术的核心在于，将目标模具置于硼砂熔盐的混合物中，然后对温度进行控制，在高温环境下，塑料模具的表面会形成一层金属碳化物。这层金属碳化物就是确保零件在硬度和耐磨性上得到提升的关键所在。但是该技术同其余的热处理技术一样，对于淬火工艺要求很高，不然塑料模具很容易因为淬火环节所存在的问题，出现精度下降甚至开裂的问题。

2.2.2 PVD( 或 PCVD) 气相沉积

该技术因为是一种低温处理技术，同时塑料模具在处理之后各项性能，同覆层技术相比，难以拥有优势，甚至在硬度上还存在较高的差距，所以该技术一般都是作为对高温处理技术的补充，例如一些高温回火零件就会采用这种方式进行处理，所以该技术在硬化型塑模钢处理上有着很好的实用性。塑模钢在该技术条件下，会在表现形成一层致密的镀层，从而达到强化塑料模具的效果。

2.2.3 激光熔覆

激光熔覆技术还是一项不够成熟的技术，但是该技术在实际使用中却依旧有着强大的实用性，随着自动化技术的发展，在塑料模具处理上，提升整个工艺流程的自动化程度已经迫在眉睫，而激光熔覆技术除开在硬度、抗变形、抗氧化、结构致密等多项塑料模具处理上的优异性之外，更加的符合自动化的生产环境，所以该技术成为当前塑料模具表面处理技术发展关键路径。

3 结论

(1）塑料模具在使用中出现内腔精度以及表现光滑性下降的根本原因，在于高温高压这类极端环境下，所产生的塑料颗粒会对模具表明造成冲击腐蚀和磨损。

(2）塑料模具表面的光滑性以及产生磨损的严重性，一般会受到塑料颗粒的大小以及冲击角度的影响。

(3）针对塑料模具在高温高压这类环境下，其使用精度会下降的问题，对塑料模具的表面进行强化，是提升塑料模具使用厂家生产效率和企业受益的良好方式。当前能够对塑料模具表面进行强化的方式多种多样，扩渗、渗碳、碳氮共渗等都是非常优异的处理方式，本文中所介绍的塑料模具的处理方式基本可以满足当前生产环境下，对于塑料模具的要求，但是随着技术的发展，在模具处理上实现更高程度的自动化，必然是当前技术发展下塑料模具处理工艺流程的必然路径，所以发展激光熔覆这一新技术，提升模具处理的自动化程度，有着更大的现实意义。