叶平(上海大学)

　　摘 要　　本文对大截面预硬型塑料模具钢3Cr2MnNiMo和世界先进同类钢种(ASSAB718)进行了对比性研究，结果发现二者的切削加工性能存在明显差距。结合金相组织观察，TEM和SEM&EDX分析，3Cr2MnNiMo钢加工性能欠佳的主要原因在于钢中非金属夹杂物及组织中存在的成分偏析。本文利用Thermo.Calc软件对预硬型塑料模具钢的成分与工艺进行了优化设计，很大程度上降低了钢中氧化铝夹杂含量，基本xx了组织中的成分偏析，从而明显改善钢的切削加工性能。此外，初步研究了采用正火加高温回火工艺代替常规调质工艺的可行性。本论文的主要研究结果如下：
　　1、钢中非金属夹杂物是影响切削性能的主要原因，硬质点A1203夹杂物严重损坏切削加工性能，而软性相MnS夹杂物则有利于切自U加工性能的改善，xx或改性硬质点氧化物夹杂是改善3Cr2MnNiMo钢切削加工性能的主要手段。
　　2、利用Thermo-Calc软件对3Cr2MnNiMo钢进行成分优化设计，可降低钢中氧化铝夹杂的含量，从而减少刀具磨损量，降低切削力，明显改善了钢的切削加工性能。
　　3、采用锻前高温均匀化扩散退火，即在1200+_10。C下保温10个小时，可以基本xx钢中的成分偏析，提高了3Cr2MnNiMo钢的表面加工质量。
　　4、3Cr2MnNiMo钢在910。CJE火后高温回火的热处理制度下，切削加工性能良好，该工艺可有效避免厚度较小的模块发生开裂。
　　关键词：大截面预硬型塑料模具钢切削加工性能Thermo—Calc软件非金属夹
　　杂物
　　{dy}章 前言
　　1.1塑料模具钢材料现状
　　当前，工业技术迅速发展，技术革新的周期越来越短，为了降低产品成本，提高产品质量和生产率，提高材料利用率，国内外制造工业广泛的采用各种无切削、少切削工艺，如精密冲裁、精密锻造、压铸、冷挤压、热挤压等以模具压制成型的新工艺代替传统的切削加工工艺。现在家用电器行业约80%的零部件依靠模具加工，机电工业70%以上的零部件采用模具加工，塑料制品、陶瓷制品、建材制品的55%也采用模具成型。因此，许多工业产品质量的提高，成本的降低，产品更新换代的速度往往取决于模具的精度、质量、制造周期和使用寿命。所以美国提出“模具是工业发展的基石”，日本模协提出“模具是促进社会繁荣的动力”。
　　随着我国塑料制品工业的迅速发展，对塑料模具钢的需求量及性能要求越来越高。资料显示：塑料模具钢在国内市场每年的消耗总量超过100，000t，广泛应用在电子、石化、汽车、仪表等工业领域，传统的钢种已不能满足新产品新工艺发展的需求。近年来为适应塑料制品生产的需要，塑料模具钢褥到迅速发展，其产品种类日益齐全，质量水平不断提高，标准也日渐完善。
　　有关信息报导：属于新产品开发所需关键模具(例如56cm以上的彩色电视机壳体塑料模具)，目前有相当一部分大型、精密、复杂、长寿命模具需要进口[51。据不xx统计，仅珠江三角洲近百家塑料模具厂(包括中外合资厂)，每年从国外进El高级塑料模具钢材3000～5000t。其价格高达5.8～6万元/t[6J。因此为适应市场需求，必须大量生产各种规格的({zh0}是已纳入国标及部标的)优质塑料模具铜，以物美价廉提高市场竞争能力，逐步阱国产钢材取代昂贵的进口钢材。
　　目前塑料已成为工业和民用产品生产的一种主要原料。在塑料制品生产成本中，成型模具的质量对塑料制品的质量和生产成本有着极为重要的影响。采用性能优越的优质专用塑料模具钢可以提高塑料模具的质量和寿命，有利于获得优质塑料制品。发达国家十分注意提高塑料模具的使用寿命和模具质量问题，并形成了专用塑料模具钢系列，其分类如图1-1所示。其中，渗碳钢、冷挤压成型钢用于形状简单，尺寸程度要求不高、表面粗糙度要求一般的塑料制品模具：整体淬硬型钢用于对磨损性要求较高的模具，如压制复合强化塑料(玻璃纤维强化塑料等)的模具;耐腐蚀钢用于制造腐蚀性较强的塑料(如聚氯乙烯及阻燃塑料等)成形用模具;时效硬化钢多用于制造形状复杂的精密模具;无磁钢可用来压制磁性塑料制品，日本发展了一些加钒的高锰奥氏体组织的无磁性模具钢，通过碳化钒的沉淀硬化作用，可以使钢的硬度达到HRC40以上。
　　对型腔复杂、要求精密的塑料模具，为避免其热处理变形，国外一般采用预硬型塑料模具钢，如美国的P20，瑞典的718(改型P20)。它们的预硬硬度为HRC28～35，在此硬度下可直接进行车削、铣削、钻孔、绞孔、雕刻等加工，精加工后直接交付使用，从而保证了模具的精度。近年来，塑料制品工业日益向着大型，复杂，精密的方向发展，如洗衣机内桶，电冰箱内腔，甚至全塑汽车覆盖件及工业用塑料制品件等，其尺寸均在600～1000mm以上。这类塑料制品不仅有着较大的外形尺寸，而且要有美观的商品外形条件，这无疑对塑料制品模具用材料提出了更高的要求。一般塑料模具钢应具备以下性能：
　　1) 材料高度纯洁、组织均匀致密，偏析少，无网状及带状碳化物，无孔洞疏松及白点等缺陷。
　　2) 热处理过程应有较少的氧化、脱碳及畸变倾向，尺寸稳定性好。
　　3) 淬透性高，热处理后应具有高的强韧性，高硬度和高的耐磨性，等向性能好。
　　4) 预硬后应具有良好的切削加工性。
　　5) 有良好的热加工工艺性能。
　　6) 有良好的镜面抛光性、花纹图案蚀刻性。(这2种特性主要取决于钢的硬度、纯洁度、组织致密性、均匀性和等向性)
　　7) 有良好的耐氟氯腐蚀性和耐热性。
　　鉴于预硬型塑料模具钢的使用条件，在上述诸性能中，抛光性能和切削加工
　　性。占极为重要的地位。

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