对塑料水杯模具的设计与热处理毕业设计(编辑修改稿)

对塑料水杯模具的设计与热处理毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

蚀 氧化破化程度又有一定的下降。 如果塑料模具表面氧化膜的耐冲蚀能力不如塑料模具表面材料，它将在粒子冲击下和塑料模具表面材料一起流失。 而且，随着温度的升高，塑料模具表面的氧化率增加很快，流失率也随着增加。 也就是说，在一特征温度下，冲蚀 — 腐蚀率中氧化皮造成的流失大于塑料模具表面金属造成的流失量时 , 冲蚀在塑料模 具表面材料流失机制中占主导地位。 但达到临界温度值后，氧化皮在粒子冲击间隔时间内变得更厚，且与塑料模具表面材料的结合强度更高，足以抵抗随后的磨粒冲击，这时材料的冲蚀腐蚀率会逐渐下降，而使其流失机制转入“腐蚀为主”的范围 ②冲击速度的影响 冲击速度大表明磨粒对塑料模具表面冲击的能量大、时间短，这对高温环境中塑料模具表面的氧化皮生长和破坏产生明显的影响。 试验表明，相同的磨粒流量在不同的冲击速度下冲蚀同种塑料模具表面，虽然冲蚀率随环境温度的变化仍显示出最大冲蚀的临界温度规律，但最大冲蚀率及其对应的温度值将随粒子速 度的增大而明显增加。 ③塑料模具材料的影响 塑料模具材料的性能主要是指材料自身的抗氧化和耐腐蚀性能，研究结果表明，塑料模具表面材料流失与温度关系曲线，将随它们的抗氧化能力或铬含量的增加而向高温方向移动，因为铬钢在含氧气氛中会生成 Cr2O3，塑料模具在冲蚀条件下，塑料模具表层金属流失后又会生成新的 Cr2O3 层，而且含铬越高，越容易生成这种保护层，这种保护层对塑料模具表面起较好的保护作用。 此外塑料粒子的冲击角、塑料粒子性能也是影响塑料模具表面高温冲蚀 氧化现象的重要因素。 提高塑料模具表 面抗高温冲蚀方法 从上面的研究分析可以看出，造成塑料模具表面尺寸精度和表面粗糙度破坏的主要因素是塑料模具在使用中产生高温冲蚀 — 氧化现象，而且这一现象又是不可避免的因此，如何降低高温冲蚀 — 氧化对塑料模具的影响、降低其对塑料模具表面尺寸精度和表面粗糙度的破坏，是延长塑料模具使用寿命、提高生产产品质量的重要课题，为此得出以下结论供参考。 (1)合理选择制造塑料模具的材料。 不同的塑料模具材料具有不同的使用环境 , 特别是温度环境的不同 , 塑料模具表面产生冲蚀 — 氧化的情况也完全不同。 以5CrMnMo、 4Cr5MoSiV 和 3Cr2W8V 三种塑料模具钢为例，它们的抗冲蚀 — 氧化能力逐次提高，分别可作低耐热性热作塑料模具钢、中耐热性热作塑料模具钢和高耐热性热作塑料模具钢。 而 2Cr13 属于马氏体类型钢，机械加工性能较好，经热处理后耐腐蚀性能较好，适宜制造承受高负荷并在腐蚀作用下的塑料模具和透明塑料制品塑料模具； 9Cr18Mo 则是一种高碳高铬马氏体不锈钢，它具有更高的硬度、耐磨性、抗回火稳定性和耐腐蚀性能以及较好的高温尺寸温度性，适宜制造承受在腐蚀环境条件下又要求高负荷、高耐磨的塑料模具。 (2)改变塑料模具材料的合金成分。 从塑料模具表面材料流失的情况可以看出，提高铬含量，也能较好的提高塑料模具表面抗冲蚀 — 氧化的能力。 在塑料模具材料中加入和氧亲和力大的合金元素如 Cr，实现优先氧化，在塑料模具表面生成薄而致密的氧化膜。 随着铬含量的增加，塑料模具表面材料流失向高温方向移动，塑料模具表面抗氧化和腐蚀性能性能提高。 当钢中的 Cr 达 18%以上时，铬钢在含氧气氛中会生成完整的 Cr2O3 膜，塑料模具表面发生冲蚀时，塑料模具表层金属流失后又会生成新的 Cr2O3 层，而且含铬越高，越容易生成这种保护层，这种保护层对塑料模具表面能起较好的保护作用。 通过加入 Cr，塑料模具表面生成尖晶石结构的氧化膜，由于尖晶石具有复杂致密的结构，粒子在这种膜中的移动速度缓慢，移动所需的激活能增大，因此显示出优异的抗氧化性能。 在塑料模具材料中加入稀土元素，增强氧化膜与塑料模具表面材料的附着力，也能提高抗高温氧化的能力。 此外，还可以在塑料模具材料中加入不同的合金元素，控制氧化膜中的晶格缺陷，减少氧化膜的晶格缺陷浓度，降低离子的扩散速度，达到提高塑料模具表面的抗高温冲蚀 — 氧化的能力。 (3)对塑料模具表面进行合理的处理。 进行表面热处理、表面化学热处理和高能量密度表面处理等技术 ，使塑料模具材料既具有高硬度又使材料中的碳化物等硬化相的组成、形貌和分布合理，提高塑料模具表面的抗高温冲蚀 — 氧化能力，也能较好的保证塑料模具使用中的尺寸精度和表面粗糙度。 （ 4）对塑料模具材料进行表面处理。 根据表面工程理论，对塑料模具表面进行冶金、粘涂和表面薄膜层技术，改善塑料模具表面性能，提高塑料模具表面的抗高温冲蚀 — 氧化能力，保证塑料模具使用中的尺寸精度和表面粗糙度，提高塑料模具的使用寿命和生产产品的质量。 （ 5）采取合理的生产工艺和工艺参数。 在使用塑料模具生产产品时，采取合理的生产工艺和工艺参数，特别 是控制温度、塑料粒子的流动速度等，也可以较好的减少和降低塑料模具使用时冲蚀 — 氧化现象对塑料模具表面的破坏。 塑料模表面桔皮和麻坑现象 塑料模表面常见的缺陷是桔皮和麻坑。 这些缺陷一般发生在表面要求高度抛光的塑料模具上，特别是采用较大压力的机械抛光时更是如此 [7]。 桔皮是塑料模具表面出现的一种微小塑性的变形，是塑料模具由于被拉伸到超过其屈服点时，产生了永久塑性变形。 但在遇到桔皮表面或麻坑时，一般都认为是钢材的材料不好，然而大多数情况并不是钢材的情况造成的。 如果是钢材有问题，那可能是因为钢材的组织结构 特殊或者因为含有夹杂物，则桔皮和麻坑会出现在塑料模具的任意位置上，而不是整个模具的表面。 但现桔皮和麻坑一般都是比较广泛地分布在整个塑料模具的表面，而这就是过分抛光所造成的结果。 原因分析 （ 1）过度抛光引起的表面缺陷 要了解过分抛光的受力情况，必须先要弄清楚钢材应力与应变的关系。 当钢材所受的应力低于其屈服点位置时，钢材处于弹性变形阶段，当应力去除后，它将恢复到原来的形状。 如应力在屈服点和极限强度之间位置时，就会发生永久的塑性变形阶段。 而钢材的屈服点取决于钢材的硬度，钢材越硬，其屈服点越高。 当钢材 所承受的应力超过其极限强度值位置时，钢材就会出现断裂。 在塑料模具的抛光过程中，当模具表面所受的应力低于其屈服点，模具处于弹性变形阶段，不会发生永久的塑性变形，而是在模具表面由于抛光力的影响产生残余应力；当施加在模具表面上抛光应力强过了钢材的屈服点，由于钢材永久塑性变形的出现，会引起模具表面产生桔皮，出现桔皮后抛光机对模具自然需要施加更大的压力，然而这样做，则超过了钢材表面的极限强度，小的颗粒或者微块虽然除掉了，但是留下了小点状的凹坑即麻坑。 （ 2）过热引起的表面缺陷 在热处理过程中由于热处理温度过高而发生过 热时，高合金钢将处于混杂有马氏体与奥氏体的混合结构，这样使模具表面的硬度不一致（奥氏体比马氏体软一些），因此较软的奥氏体组成物比较硬的马氏体组成物更快变形和被磨削掉。 当抛光时用了较大压力时，塑料模具表面将很容易产生桔皮和麻坑。 （ 3）过分渗碳引起的表面缺陷 在塑料模具渗碳的过程中，钢材表面吸附了碳化物，得到碳弥散的均匀组织结构，因而提高了模具表面的硬度。 但如果钢材过热，虽然能加速渗碳过程，但炭化物会在晶粒边缘成团出现，这样在模具表面就形成了不均匀表面硬度。 结果由于抛光时从模具表面不均匀地切掉金属，产生了疙瘩 状表面。 如果抛光压力太高，成团的炭化物就会从模具表面脱落，从而出现麻坑。 表面缺陷的处理方法 （ 1）抛光时应避免过大的压力手工油石研磨和手工抛光需要花费高的生产成本，加工时间也较长，因此现在越来越多地采用机械装置研磨和抛光。 采用手工抛光，加工应力很少会超过钢材表面的屈服强度，因此不会出现桔皮和麻坑。 但采用机械抛光如果控制不当，压力就会超过屈服强度，从产生桔皮和麻坑。 因此在采用机械抛光时应非常小心，避免采用大的压力。 但在采用机械抛光时，总是希望较快完成，这样就需要采用较大的压力来清除以前的切削痕迹 ，而这样就会造成更大的桔皮或麻坑。 因此在抛光时一定要避免过大的压力。 （ 2）修理模具表面的桔皮和麻坑 修理模具表面的桔皮和麻坑基本步骤： ①用油石磨光的方法除掉有缺陷的表面。 通常是在进行金刚石抛光前用新的油石来磨光。 ②消除应力，把模具的表面从高度受力的状态下解除出来。 消除应力时的温度应该比模具的回火温度低 100℃。 这样不至于使模具钢软化。 ③应力消除之后，用金刚石抛光，这次用力要轻。 提高硬度有助于防止产生桔皮和麻坑 ,因为只有对钢材所施加的应力大于屈服点，才出现桔皮 .因此可以通过提高模具硬度 ,使模具能承受 更大的压力而不出现桔皮，麻坑也随硬度的提高而减少。 因此渗碳模具由于表面较硬可以得到很好的抛光性能；氮化得好的模具在抛光过程中也不会产生桔皮和麻坑 . 4 塑料模具的表面处理技术 塑料模具的表面性能要求及其失效形式 为保证成型后塑料制品的表面质量，从而对塑料模具的表面状态提出了以下要求 : ①型腔表面光滑。 成型面要求抛光成镜面，表面粗糙度低于 014μ m ,以使压制件具有良好的外观并便于脱模。 ②型腔表面耐磨抗蚀。 一般要求成型面硬度达 30～ 60HRC，且表面粗糙度长期保持不变，长期受热表面不软化、不氧化。 通常 ，塑料模具的主要失效形式为 :成型面磨损、塑性变形和断裂。 表面磨损是指塑料对模具成型面的摩擦，使表面拉毛的现象。 当原料中含有无机填料时，将明显加剧模具的磨损，除型腔表面粗糙度迅速恶化外，型腔尺寸也由于磨损而急剧变化。 塑性变形是指模具在持续受热、受压作用下，发生局部塑性变形而失效的方式。 这种失效是由于模具型腔表面的硬化层过薄，变形抗力不足或是模具在热处理时回火不足，在服役时发生组织转变所致。 断裂失效是危害最大的一种失效形式。 塑料成形模具形状复杂，存在许多角薄边，在这些位置会造成应力集中，产生断裂。 此外 ,回 火不足也可能发生断裂。 塑料模具的表面处理 按照塑料模具的性能要求，可对其进行多种方式的表面处理。 通常，可根据所用工艺的特点将其分成 :表面淬火、化学热处理、电镀、化学镀、气相沉积和三束改性等几类。 表面热处理 表面热处理包括表面淬火、化学热处理两大类。 表面淬火是指仅对工件表面进行热处理以改变其组织和性能的工艺方式，诸如感应加热淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热淬火、电解液淬火等。 通过工件表面的急热急冷，可使表面一定厚度内发生相变硬化而心部保持韧性，模具变形小且不会使表面变得粗糙。 研究表 明，对塑料模具型腔口处采用局部淬火，可以解决因分型面和型腔周边塌陷而产生的溢料现象。 塑料模具的化学热处理通常。