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摘要：塑料模具制造包含各种复杂多样的机械加工工序和热加工工序。在这个复杂的多要素系统中，涉及了较多的热处理环节和较为复杂的热处理方法，贯穿了系统的全过程。模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程。在模具结构、材料和使用条件不变的情况下，保证热处理质量，采用最佳的热处理工艺是充分发挥模具材料潜力、延长模具使用寿命的关键；不当的热处理则不仅不能改善原有缺陷，反而使其积累放大而急剧恶化，从而使模具制造前功尽弃。因此，热处理工艺在塑料模具制造中占据着突出地位。
关键词：塑料模具制造；热处理；真空热处理
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。因此，对于塑料模具钢的制造工艺，特别是热处理工艺也是大不相同的，只能通过优化热处理工艺尽量减少模具变形程度。
1.塑料模具热处理的影响因素
在塑料模具加工过程中，模具的性能是保证产品质量的重要环节，模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程。它对模具的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。综上分析，正是热处理技术与模具质量有十分密切的关联性，使得这二者在现代化的进程中，相互促进，共同提高。20世纪80年代以来，区别于传统的热处理技术，在模具热处理技术领域中真空热处理技术、模具的表面强化技术和模具材料的预硬化技术有了快速的发展。这些新技术的发展对提高模具性能得到了推动作用。
2.塑料模具热处理方法
2.1.残余应力引起变形钢材经受了严格的磨削，弯曲和切削作业后应力很高，因此必须消除由这些作业而产生的应力，否则在热处理时会发生变形。
如模具零件必须切除大量的毛坯余量，则应该在粗加工（保留足够的精加工余量）后，消除其应力，先把模具加热到250～300度，并在此温度下保持足够的时间，再冷却到室温，然后可以进行精加工。
2.2.在热处理过程中加热太快引起变形热处理加热的速度应该足够的慢，以便使模具各部分的温度基本上一致。
在快加热过程中，薄截面比厚截面膨胀得快，这会在模具的连接处产生应力，如果这种应力大于钢材的屈服强度，就会使模具变形。另外，在快加热的过程中，当薄截面首先达到临界温度和开始收缩而厚截面仍然在膨胀中，这样也会引起变形。在慢加热时，合成的应力低于模具的屈服强度，因而不会发生变形。而在快加热时，合成应力大于屈服强度，所以模具会产生变形，当合成应力超过钢材的破裂强度时，将会导致模具破裂。
3.塑料模具钢的热处理技术
模具制造的成本高，特别是一些精密复杂的冷冲模、塑料模、压铸模等。采用热处理技术提高模具的使用性能，可以大幅度提高模具寿命，有显著的经济效益，我国模具技术工作者十分重视模具热处理技术的发展。塑料模具钢的热处理技术主要有以下几种。
3.1.真空热处理
模具钢经真空热处理后有良好的表面状态，变形小。与大气下的淬火比较，真空油淬后模具表面硬化比较均匀，而且略高一些，主要原因是真空加热时，模具钢表面呈活性状态，不脱碳，不产生阻碍冷却的氧化膜。在真空下加热，钢的表面有脱气效果，因而具有较高的力学性能，炉内真空度越高，抗弯强度越高。真空淬火后，钢的断裂韧性有所提高，模具寿命比常规工艺普遍提高40%～400%，甚至更高。
3.2.深冷处理
近年来的研究工作表明，模具钢经深冷处理（-196℃），可以提高其力学性能，一些模具经深冷处理后显著提高了使用寿命。模具钢的深冷可以在淬火和回火工序之间进行，也可在淬火回火之后进行深冷处理。如果在淬火、回火后钢中仍保留有残余奥氏体，则在深冷处理后仍需要再进行一次回火。深冷处理能提高钢的耐磨性和抗回火稳定性。深冷处理不仅可用于冷作模具，而且可用于热作模具和硬质合金。
3.3.模具的高温淬火和降温淬火
一些热作模具钢，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，采用高于常规淬火温度加热淬火，可以减少钢中碳化物的数量、改善其形态和分布，使固溶于奥氏体中碳的分布均匀化，淬火后可在钢中获得更多的板条马氏体，提高其断裂韧性和冷热疲劳抗力，从而延长模具使用寿命。例如3Cr2W8V钢制的一种热挤压模具，常规淬火温度为1080℃～1120℃，回火温度为560℃～580℃。当淬火温度提高至1200℃，回火温度为680℃（2次），模具寿命提高了数倍。
3.4.化学热处理
化学热处理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗咬合、抗氧化性等性能。几乎所有的化学热处理工艺均可用于模具钢的表面处理。渗氮工艺目前多采用离子渗氮、高频渗氮等工艺。离子渗氮可以缩短渗氮时间，并可获得高质量的渗层。离子渗氮可以提高压铸模的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳性和抗粘附性能。氮碳共渗可在气体介质或液体介质中进行，渗层脆性小，共渗时间比渗氮时间大为缩短。压铸模、热挤压模经氮碳共渗后可显著提高其热疲劳性能、氮碳共渗对冷墩模、冷挤压模、冷冲模、拉伸模等均有很好的应用效果。
参考文献：
[1]冯颖璋，潘振鹏.我国塑料成型模具用材料的进展[J]大型铸锻件，2001（4）.
[2]黄全新.模具材料与热处理工艺选择探讨[J].广西教育，2012（11）.
作者简介：李闯（1985.10-）男，江苏淮安，中国人民解放军总参谋部第六十研究所，助理工程师。
关键词：塑料模具制造；热处理；真空热处理
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。因此，对于塑料模具钢的制造工艺，特别是热处理工艺也是大不相同的，只能通过优化热处理工艺尽量减少模具变形程度。
1.塑料模具热处理的影响因素
在塑料模具加工过程中，模具的性能是保证产品质量的重要环节，模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程。它对模具的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。综上分析，正是热处理技术与模具质量有十分密切的关联性，使得这二者在现代化的进程中，相互促进，共同提高。20世纪80年代以来，区别于传统的热处理技术，在模具热处理技术领域中真空热处理技术、模具的表面强化技术和模具材料的预硬化技术有了快速的发展。这些新技术的发展对提高模具性能得到了推动作用。
2.塑料模具热处理方法
2.1.残余应力引起变形钢材经受了严格的磨削，弯曲和切削作业后应力很高，因此必须消除由这些作业而产生的应力，否则在热处理时会发生变形。
如模具零件必须切除大量的毛坯余量，则应该在粗加工（保留足够的精加工余量）后，消除其应力，先把模具加热到250～300度，并在此温度下保持足够的时间，再冷却到室温，然后可以进行精加工。
2.2.在热处理过程中加热太快引起变形热处理加热的速度应该足够的慢，以便使模具各部分的温度基本上一致。
在快加热过程中，薄截面比厚截面膨胀得快，这会在模具的连接处产生应力，如果这种应力大于钢材的屈服强度，就会使模具变形。另外，在快加热的过程中，当薄截面首先达到临界温度和开始收缩而厚截面仍然在膨胀中，这样也会引起变形。在慢加热时，合成的应力低于模具的屈服强度，因而不会发生变形。而在快加热时，合成应力大于屈服强度，所以模具会产生变形，当合成应力超过钢材的破裂强度时，将会导致模具破裂。
3.塑料模具钢的热处理技术
模具制造的成本高，特别是一些精密复杂的冷冲模、塑料模、压铸模等。采用热处理技术提高模具的使用性能，可以大幅度提高模具寿命，有显著的经济效益，我国模具技术工作者十分重视模具热处理技术的发展。塑料模具钢的热处理技术主要有以下几种。
3.1.真空热处理
模具钢经真空热处理后有良好的表面状态，变形小。与大气下的淬火比较，真空油淬后模具表面硬化比较均匀，而且略高一些，主要原因是真空加热时，模具钢表面呈活性状态，不脱碳，不产生阻碍冷却的氧化膜。在真空下加热，钢的表面有脱气效果，因而具有较高的力学性能，炉内真空度越高，抗弯强度越高。真空淬火后，钢的断裂韧性有所提高，模具寿命比常规工艺普遍提高40%～400%，甚至更高。
3.2.深冷处理
近年来的研究工作表明，模具钢经深冷处理（-196℃），可以提高其力学性能，一些模具经深冷处理后显著提高了使用寿命。模具钢的深冷可以在淬火和回火工序之间进行，也可在淬火回火之后进行深冷处理。如果在淬火、回火后钢中仍保留有残余奥氏体，则在深冷处理后仍需要再进行一次回火。深冷处理能提高钢的耐磨性和抗回火稳定性。深冷处理不仅可用于冷作模具，而且可用于热作模具和硬质合金。
3.3.模具的高温淬火和降温淬火
一些热作模具钢，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，采用高于常规淬火温度加热淬火，可以减少钢中碳化物的数量、改善其形态和分布，使固溶于奥氏体中碳的分布均匀化，淬火后可在钢中获得更多的板条马氏体，提高其断裂韧性和冷热疲劳抗力，从而延长模具使用寿命。例如3Cr2W8V钢制的一种热挤压模具，常规淬火温度为1080℃～1120℃，回火温度为560℃～580℃。当淬火温度提高至1200℃，回火温度为680℃（2次），模具寿命提高了数倍。
3.4.化学热处理
化学热处理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗咬合、抗氧化性等性能。几乎所有的化学热处理工艺均可用于模具钢的表面处理。渗氮工艺目前多采用离子渗氮、高频渗氮等工艺。离子渗氮可以缩短渗氮时间，并可获得高质量的渗层。离子渗氮可以提高压铸模的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳性和抗粘附性能。氮碳共渗可在气体介质或液体介质中进行，渗层脆性小，共渗时间比渗氮时间大为缩短。压铸模、热挤压模经氮碳共渗后可显著提高其热疲劳性能、氮碳共渗对冷墩模、冷挤压模、冷冲模、拉伸模等均有很好的应用效果。
参考文献：
[1]冯颖璋，潘振鹏.我国塑料成型模具用材料的进展[J]大型铸锻件，2001（4）.
[2]黄全新.模具材料与热处理工艺选择探讨[J].广西教育，2012（11）.
作者简介：李闯（1985.10-）男，江苏淮安，中国人民解放军总参谋部第六十研究所，助理工程师。