星期一, 5月 16

    热处理工艺对精密模具钢材的影响

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    ■商智苑/梧济工业

    探讨

    近年来3C产业非球面光学品塑胶射出成型产品尺寸日趋严格,射出品体积减重划,微小化,尺寸公差所小化等,产品多样化等,射出品的生产周期及射出品良率将是攸关产品的重要竞争力,尤其精密模具对公差稳定度更是扮演产品精度重要的角色,本文论述热处理工艺对模具钢材残留应力,硬度,抗压强度,抗拉强度,安全应力,相变化等机械性质及物理特性的影响关系探讨。

    超精密模具及精密射出成型产品近年来尺寸公差日趋严格,模具钢材选用及热处理质量工艺对于射出成型品有直接相关的影响,包含模具钢材:合金设计,清净度、热传导性,热膨胀性,应力分布,应力腐蚀, 残留应力,时效变吋等均有所影响。如下简述之。

    真空热处理

    真空热处理的原理是在真空环境(中性环境)利用特定温度的加热与冷却操作,使固态金属及合金组织产生改变,藉此调整模具钢所需机械性质,尤其在残留应力消除、硬度、耐蚀性、韧性及精密模具钢所必要的尺寸稳定性等机械性质。

     

    图 1:真空热处理对机械性质影响;图 2:真空热处理一般工模具钢相变化过程

    工件形状对热处理变形量影响甚剧,复杂工件形状, 热处理变形越大容易有淬裂的风险,精密模具设计上应该尽可能避免模具形状上有:直角、毛边、高厚薄比、加工刀痕、加工微裂痕、焊补痕、加工面粗糙、 油渍、锈蚀。应力消除,一般主要采取450-650℃温 度进行消除残留应力,如机械加工残留应力、焊补后 焊接残留应力(后热)、相变化残留应力。

    淬火,是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度,保持一段时间,使之达到沃斯田铁化温度后,快速冷却到Ms点以下之热处理。目的:硬度,机械性质(尺寸稳定性,韧性及抗耐蚀 性等)。淬火速率: 取决于金属材料合金成份及硬化 能,避免产生波来铁,减少碳化物的析出,减少变韧 铁析出,形成麻田散铁。

     

      图 3:热处理工艺模具钢变形原理;图 4:工模具钢热处理工艺流程

    深冷处理,利用低温处理程序,将组织微细化,消除 残留加工应力,使结晶组织排列整齐,来改善金属机 械性质。 -60 ℃~ – 120 ℃,-160 ℃ – 195 ℃,以达到金相组织安定化、精密尺寸稳定化、消除残留应力、 耐磨耗性能提升、硬度均匀化分布、消​​除残留沃斯田铁( R/A)。

    回火,主要目的是达到模具钢的最佳韧性、提高尺寸 稳定性、调整模具钢硬度,是热处理工艺程序中重要 的制程。一般回火温度采500℃或220℃高低温回火,高温回火可提高寸稳定性,低温回火可增加耐蚀性。

    结果与讨论

    光学射出成型模具,钢材清净度高者,热传导速度快, 抛光可达奈米等级面粗度,对于成型周期可减少,热处理工艺,淬火,深冷处理,回火,应力消除在工艺上依模具工件大小掌握升温、持温、降温时间,可达到兼顾热处理所需的各类机械性质及精密模具钢材料所需高尺寸稳定性的要求。

    结论

    近年来3C产业光学品塑胶射出成型尺寸日趋严格, 射出体积减重化、微小化,尺寸公差缩小等,产品多样化等,射出品的生产周期及射出品良率将是牧关产品的重要竞争力,尤其是在光学射出品同心度、高差稳定度更是扮演光学特性重要的角色。
    光学射出成型,模具钢材选用及真热处理扮演重要的角色,在现今精密模具尺寸公差,射出成型尺寸公差日趋严格缩小的竞争市场,唯有面面俱到,提高模具尺寸公差稳定度的各种因素掌握将是市场领导者必备条件,深入模具钢材选用及热处理理将有助于持续扮演此产业领头羊的角色,此关系因子攸关成败,值得再深入探讨。

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