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一、 模具预检
在模具装上注塑机以前，应进行检验，以便及时发现质量问题，进行修模避免装上机后又拆下来，当模具固定模板和移动模板分开检查时，要注意方向记号，以免合模时搞错。
二、 斜导模安装
装模时，两人要密切配合注意安全，若有侧向分型机构的模具，滑块宜安装在水平位置，即活动块是左右移动。
三、 模具紧固
当模具定位圈装入注塑机上定模板的定位圈座后，用极慢的速度闭模，使动模板将模具轻轻压紧，然后上压紧板，压紧板上一定要装上垫片，压紧板必须上下各装4 块，上压紧板时，必须注意将调节螺钉的高度调至与模脚同高，即压紧板要平。如果压紧板是斜的，就不能将模具的模脚压得很紧。压紧板侧面不可靠近模具，以免摩擦损坏模具。
四、 较正顶杆顶出距
模具紧固后，使慢慢启模，直到动模板停止后退，这是顶杆的位置应调节至模具上的顶出板和动模底板之间尚留有不小于5毫米的间隙，以防止损坏模具，而又能顶出制件。
五、 闭模松紧度的调节
为了防止溢边，又保证腔适当排气，在调节液压注塞——肘节锁模机构时，主要是凭目测和经验，即在闭模时，肘节先快后慢，即不很自然，也不太勉强地伸直，闭模松紧度就正好合适。对于要求模温的模具，应在模具提升模温后，再校闭模松紧度。
六、 接能冷却水
接通冷却水后，应检查其是否畅通、漏水
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2007年5月2日 星期三
如何设置浇口位置www.tool-tool.com
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浇口位置对流动熔料前沿的形状和保压压力的效果都起着决定性作用，因此也决定了模制零件的强度和其它性能。
鉴于浇口的位置通常是同注塑零件设计人员和模具设计人员指定的，因此本文特别为这些人员而撰写。不过，注塑加工厂商也应从计划阶段开始参与，以避免出现那些可以预见的问题。
浇口位置不当可能导致的不利影响
半晶质工程聚合物制成的零件即使设计正确，但如果浇口位置不正确，其性能也可能遭到破坏。无论是增强型树脂还是非增强型树脂，以下症状都明显说明了其性能受到影响：流动熔料前沿形状导致的熔合线和空气气穴都可能影响零件的外观，特别是增强纤维材料，其机械性能将会受到影向。更改加工条件对这些影响也是无济于事。
如果浇口设在模制件的较薄部分，厚壁的部分会形成收缩痕迹和空隙。尽管厚壁部分需要更长的保压时间，但由于材料在薄壁部分结晶较快(图 1)，厚壁部分将不再有熔料供应。结果是，除了会产生光学和机械问题之外，还会在厚壁区域增大收缩量，在非增强型塑料中甚至会导致翘曲变形。
如果浇口过少并且位置不当，熔料的流动距离可能过长以及注射填充压力过高。若模具锁定力不足，或者所使用的聚合物粘度低并且结晶速度过慢，这种情况可能导致飞边的增加。
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浇口位置对流动熔料前沿的形状和保压压力的效果都起着决定性作用，因此也决定了模制零件的强度和其它性能。
鉴于浇口的位置通常是同注塑零件设计人员和模具设计人员指定的，因此本文特别为这些人员而撰写。不过，注塑加工厂商也应从计划阶段开始参与，以避免出现那些可以预见的问题。
浇口位置不当可能导致的不利影响
半晶质工程聚合物制成的零件即使设计正确，但如果浇口位置不正确，其性能也可能遭到破坏。无论是增强型树脂还是非增强型树脂，以下症状都明显说明了其性能受到影响：流动熔料前沿形状导致的熔合线和空气气穴都可能影响零件的外观，特别是增强纤维材料，其机械性能将会受到影向。更改加工条件对这些影响也是无济于事。
如果浇口设在模制件的较薄部分，厚壁的部分会形成收缩痕迹和空隙。尽管厚壁部分需要更长的保压时间，但由于材料在薄壁部分结晶较快(图 1)，厚壁部分将不再有熔料供应。结果是，除了会产生光学和机械问题之外，还会在厚壁区域增大收缩量，在非增强型塑料中甚至会导致翘曲变形。
如果浇口过少并且位置不当，熔料的流动距离可能过长以及注射填充压力过高。若模具锁定力不足，或者所使用的聚合物粘度低并且结晶速度过慢，这种情况可能导致飞边的增加。
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试模程序要点www.tool-tool.com
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一、前言
当我们接到一副新模具需打样试模时，我们总是渴望能早一些试出一个结果且祷求过程顺利以免浪费工时并造成困扰。
但在此我们必须提醒二点：第一、模具设计师及制造技师有时也会发生错误，在我们试模时若不提高警觉，可能会因小的错误而产生大的损害。第二、试模的结果是要保证以后生产的顺利。若在试模过程中没有遵循合理的步骤及做适当的记录，即无法保障量产时的顺利进行。我们更强调的是「模具运用顺利的话将迅速增加利润的回收，否则所造成的成本损失会更甚于模具本身的造价」。
二、试模前的注意事项
1. 了解模具的有关资料：
最好能取得模具的设计图面，详予分析，并约得模具技师参加试模工作。
2. 先在工作台上检查其机械配合动作：
要注意有否刮伤，缺件及松动等现象，模向滑板动作是否确实，水道及气管接头有无泄漏，模具之开程若有限制的话也应在模上标明。以上动作若能在挂模前做到的话，就可避免在挂模时发现问题，再去拆卸模具所发生的工时浪费。
3. 当确定模具各部动作得宜后，就要选择适合的试模射出机，在选择时应注意
(a)射出容量
(b)导杆的宽度
(c)最大的开程
(d)配件
是否齐全等。一切都确认没有问题后则下一步骤就是吊挂模具，吊挂时应注意在锁上所有夹模板及开模之前吊钓不要取下，以免夹模板松动或断裂以致模具掉落。
模具装妥后应再仔细检查模具各部份的机械动作，如滑板、顶针、退牙结构及限制开关等之动作是否确实。并注意射料嘴与进料口是否对准。下一步则是注意合模动作，此时应将关模压力调低，在手动及低速的合模动作中注意看及听是否有任可不顺畅动作及异声等现象。
4. 提高模具温度：
依据成品所用原料之性能及模具之大小选用适当的模温控制机将模具之温度提高至生产时所须的温度。
俟模温提高之后须再次检视各部份的动作，因为钢材因热膨胀之后可能会引起卡模现象，因此须注意各部的滑动，以免有拉伤及颤动的产生。
5.若工厂内没有推行实验计划法则，我们建议在调整试模条件时一次只能调整一个条件，以便区分单一条件变动对成品之影响。
6.依原料不同，对所采用的原枓做适度的烘烤。
7.试模与将来量产尽可能采用同样的原料。
8.勿完全以次料试模，如有颜色需求，可一并安排试色。
9.内应力等问题经常影响二次加工，应于试模后待成品稳定后即加以二次加工模具在慢速合上之后，要调好关模压力，并动作几次，查看有无合模压力不均等现象，以免成品产生毛边及模具变形。
以上步骤都检查过后再将关模速度及关模压力调低，且将安全扣杆及顶出行程定好，再调上正常关模及关模速度。如果涉及最大行程的限制开关时，应把开模行程调整稍短，而在此开模最大行程之前切掉高速开模动作。此乃因在装模期间整个开模行程之中，高速动作行程比低速者较长之故。在塑料机上机械式顶出杆也必须调在全速开模动作之后作用，以免顶针板或剥离板受力而变形。
在作第一模射出前请再查对以下各项：
(a) 加料行程有否过长或不足。
(b) 压力是否太高或太低。
(c) 充模速度有否太快或太慢。
(d) 加工周期是否太长或太短。
以防止成品短射、断裂、变形、毛边甚至伤及模具。
若加工周期太短，顶针将顶穿成品或剥环挤伤成品。这类情况可能会使你花费两三个小时才能取出成品。
若加工周期太长，则模蕊的细弱部位可能因胶料缩紧而断掉。
当然您不可能预料试模过程所可能发生的一切问题，但事先做的充份考虑及时的措施必可帮助您避免严重并昂贵的损失。
三、试模的主要步骤
为了避免量产时无谓的浪费时间及困扰，的确有必要付出耐心来调整及控制各种加工条件，并找出最好的温度及压力条件，且制订标准的试模程序，并可资利用于建立日常工作方法。
1.查看料筒内的塑料料是否正确无误，及有否依规定烘烤，（试模与生产若用不同的原料很可能得出不同的结果）。
2.料管的清理务求彻底，以防劣解胶料或杂料射入模内，因为劣解胶料及杂料可能会将模具卡死。测试料管的温度及模具的温度是否适合于加工之原料。
3.调整压力及射出量以求生产出外观令人满意的成品，但是不可跑毛边尤其是还有某些模穴成品尚未完全凝固时，在调整各种控制条件之前应思考一下，因为充模率稍微变动，可能会引起甚大的充模变化。
4.要耐心的等到机器及模具的条件稳定下来，即是中型机器可能也要等30分钟以上。可利用这段时间来查看成品可能发生的问题。
5.螺杆前进的时间不可短于闸口塑料凝固的时间，否则成品重量会降低而损及成品之性能。且当模具被加热时螺杆前进时间亦需酌予加长以便压实成品。
6.合理调整减低总加工周期。
7.把新调出的条件至少运转30分钟以至稳定，然后至少连续生产一打全模样品，在其盛具上标明日期、数量，并按模穴分别放置，以便测试其确实运转之稳定性及导出合理的控制公差。（对多穴模具尤有价值）。
8.将连续的样品测量并记录其重要尺寸（应等样品冷却至室温时再量）。
9.把每模样品量得的尺寸作个比较，应注意：
(a)尺寸是否稳定。
(b)是否有某些尺寸有增加或降低的趋势而显示机器加工条件仍在变化，如不良的温度控制或油压控制。
(c)尺寸之变动是否在公差范围之内。
10.如果成品尺寸不甚变动而加工之条件亦正常，则需观察是否每一模穴之成品其质量都可被接受，其尺寸都能在容许公差之内。把量出连续或大或小于平均值的模穴号记下，以便检查模具之尺寸是否正确。
记录且分析数据以做为修改模具及生产条件之需要，且为未来量产时之参考依据 。
1.使加工运转时间长些，以稳定熔胶温度及液压油温度。
2.按所有成品尺寸的过大或过小以调整机器条件，若缩水率太大及成品显得射料不足，也可资参考以增加闸口尺寸。
3.各模穴尺寸的过大或过小予以修正之，若模穴与门口尺寸尚属正确，那么就应试改机器条件，如充模速率， 模具温度及各部压力等，并检视某些模穴是否充模较慢。
4.依各模穴成品之配合情形或模蕊移位，予以各别修正，也许可再试调充模率及模具温度，以便改善其均匀度
5.检查及修改射出机之故障，如油泵、油阀、温度控制器等等的不良都会引起加工条件之变动，即使再完善的模具也不能在维护不良的机器发挥良好工作效率。
在检讨所有的记录数值之后，保留一套样品以便校对比较已修正之后的样品是否改善。
四、重要事项
妥善保存所有在试模过程中样品检验的记录，包括加工周期各种压力、熔胶及模具温度、料管温度、射出动作时间、螺杆加料时期等，简言之，应保存所有将来有助于能藉以顺利建立相同加工条件之数据，以便获得合乎质量标准的产品。
目前工厂试模时往往忽略模具温度，而在短时试模及将来量产时模具温度最不易掌握，而不正确的模温足以影响样品之尺寸、光度、缩水、流纹及欠料等现象，若不用模温控制器予以当握将来量产时就可能出现困难。
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当我们接到一副新模具需打样试模时，我们总是渴望能早一些试出一个结果且祷求过程顺利以免浪费工时并造成困扰。
但在此我们必须提醒二点：第一、模具设计师及制造技师有时也会发生错误，在我们试模时若不提高警觉，可能会因小的错误而产生大的损害。第二、试模的结果是要保证以后生产的顺利。若在试模过程中没有遵循合理的步骤及做适当的记录，即无法保障量产时的顺利进行。我们更强调的是「模具运用顺利的话将迅速增加利润的回收，否则所造成的成本损失会更甚于模具本身的造价」。
二、试模前的注意事项
1. 了解模具的有关资料：
最好能取得模具的设计图面，详予分析，并约得模具技师参加试模工作。
2. 先在工作台上检查其机械配合动作：
要注意有否刮伤，缺件及松动等现象，模向滑板动作是否确实，水道及气管接头有无泄漏，模具之开程若有限制的话也应在模上标明。以上动作若能在挂模前做到的话，就可避免在挂模时发现问题，再去拆卸模具所发生的工时浪费。
3. 当确定模具各部动作得宜后，就要选择适合的试模射出机，在选择时应注意
(a)射出容量
(b)导杆的宽度
(c)最大的开程
(d)配件
是否齐全等。一切都确认没有问题后则下一步骤就是吊挂模具，吊挂时应注意在锁上所有夹模板及开模之前吊钓不要取下，以免夹模板松动或断裂以致模具掉落。
模具装妥后应再仔细检查模具各部份的机械动作，如滑板、顶针、退牙结构及限制开关等之动作是否确实。并注意射料嘴与进料口是否对准。下一步则是注意合模动作，此时应将关模压力调低，在手动及低速的合模动作中注意看及听是否有任可不顺畅动作及异声等现象。
4. 提高模具温度：
依据成品所用原料之性能及模具之大小选用适当的模温控制机将模具之温度提高至生产时所须的温度。
俟模温提高之后须再次检视各部份的动作，因为钢材因热膨胀之后可能会引起卡模现象，因此须注意各部的滑动，以免有拉伤及颤动的产生。
5.若工厂内没有推行实验计划法则，我们建议在调整试模条件时一次只能调整一个条件，以便区分单一条件变动对成品之影响。
6.依原料不同，对所采用的原枓做适度的烘烤。
7.试模与将来量产尽可能采用同样的原料。
8.勿完全以次料试模，如有颜色需求，可一并安排试色。
9.内应力等问题经常影响二次加工，应于试模后待成品稳定后即加以二次加工模具在慢速合上之后，要调好关模压力，并动作几次，查看有无合模压力不均等现象，以免成品产生毛边及模具变形。
以上步骤都检查过后再将关模速度及关模压力调低，且将安全扣杆及顶出行程定好，再调上正常关模及关模速度。如果涉及最大行程的限制开关时，应把开模行程调整稍短，而在此开模最大行程之前切掉高速开模动作。此乃因在装模期间整个开模行程之中，高速动作行程比低速者较长之故。在塑料机上机械式顶出杆也必须调在全速开模动作之后作用，以免顶针板或剥离板受力而变形。
在作第一模射出前请再查对以下各项：
(a) 加料行程有否过长或不足。
(b) 压力是否太高或太低。
(c) 充模速度有否太快或太慢。
(d) 加工周期是否太长或太短。
以防止成品短射、断裂、变形、毛边甚至伤及模具。
若加工周期太短，顶针将顶穿成品或剥环挤伤成品。这类情况可能会使你花费两三个小时才能取出成品。
若加工周期太长，则模蕊的细弱部位可能因胶料缩紧而断掉。
当然您不可能预料试模过程所可能发生的一切问题，但事先做的充份考虑及时的措施必可帮助您避免严重并昂贵的损失。
三、试模的主要步骤
为了避免量产时无谓的浪费时间及困扰，的确有必要付出耐心来调整及控制各种加工条件，并找出最好的温度及压力条件，且制订标准的试模程序，并可资利用于建立日常工作方法。
1.查看料筒内的塑料料是否正确无误，及有否依规定烘烤，（试模与生产若用不同的原料很可能得出不同的结果）。
2.料管的清理务求彻底，以防劣解胶料或杂料射入模内，因为劣解胶料及杂料可能会将模具卡死。测试料管的温度及模具的温度是否适合于加工之原料。
3.调整压力及射出量以求生产出外观令人满意的成品，但是不可跑毛边尤其是还有某些模穴成品尚未完全凝固时，在调整各种控制条件之前应思考一下，因为充模率稍微变动，可能会引起甚大的充模变化。
4.要耐心的等到机器及模具的条件稳定下来，即是中型机器可能也要等30分钟以上。可利用这段时间来查看成品可能发生的问题。
5.螺杆前进的时间不可短于闸口塑料凝固的时间，否则成品重量会降低而损及成品之性能。且当模具被加热时螺杆前进时间亦需酌予加长以便压实成品。
6.合理调整减低总加工周期。
7.把新调出的条件至少运转30分钟以至稳定，然后至少连续生产一打全模样品，在其盛具上标明日期、数量，并按模穴分别放置，以便测试其确实运转之稳定性及导出合理的控制公差。（对多穴模具尤有价值）。
8.将连续的样品测量并记录其重要尺寸（应等样品冷却至室温时再量）。
9.把每模样品量得的尺寸作个比较，应注意：
(a)尺寸是否稳定。
(b)是否有某些尺寸有增加或降低的趋势而显示机器加工条件仍在变化，如不良的温度控制或油压控制。
(c)尺寸之变动是否在公差范围之内。
10.如果成品尺寸不甚变动而加工之条件亦正常，则需观察是否每一模穴之成品其质量都可被接受，其尺寸都能在容许公差之内。把量出连续或大或小于平均值的模穴号记下，以便检查模具之尺寸是否正确。
记录且分析数据以做为修改模具及生产条件之需要，且为未来量产时之参考依据 。
1.使加工运转时间长些，以稳定熔胶温度及液压油温度。
2.按所有成品尺寸的过大或过小以调整机器条件，若缩水率太大及成品显得射料不足，也可资参考以增加闸口尺寸。
3.各模穴尺寸的过大或过小予以修正之，若模穴与门口尺寸尚属正确，那么就应试改机器条件，如充模速率， 模具温度及各部压力等，并检视某些模穴是否充模较慢。
4.依各模穴成品之配合情形或模蕊移位，予以各别修正，也许可再试调充模率及模具温度，以便改善其均匀度
5.检查及修改射出机之故障，如油泵、油阀、温度控制器等等的不良都会引起加工条件之变动，即使再完善的模具也不能在维护不良的机器发挥良好工作效率。
在检讨所有的记录数值之后，保留一套样品以便校对比较已修正之后的样品是否改善。
四、重要事项
妥善保存所有在试模过程中样品检验的记录，包括加工周期各种压力、熔胶及模具温度、料管温度、射出动作时间、螺杆加料时期等，简言之，应保存所有将来有助于能藉以顺利建立相同加工条件之数据，以便获得合乎质量标准的产品。
目前工厂试模时往往忽略模具温度，而在短时试模及将来量产时模具温度最不易掌握，而不正确的模温足以影响样品之尺寸、光度、缩水、流纹及欠料等现象，若不用模温控制器予以当握将来量产时就可能出现困难。
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模具基本结构及分类www.tool-tool.com
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注射成型模具基本结构及分类
一、 基本结构,根据部分起作用不同分类:
〈一〉 浇注系统
将塑料由注射机喷嘴引向型腔的通道称浇注系统，其由主流道，分流道，内浇口，冷料穴等结构组成，由零件的浇注套，拉料杆等组成。
〈二〉 成型零件
是直接构成塑料件形状及尺寸的各种零件，由型芯（成型塑件内部形状），型腔（成型塑料外部形状），成型杆，镶块等构成。
〈三〉 结构零件
构成零件结构的各种零件，在模具中起安装，导向，机构动作及调温等作用。
导向零件：导柱，导套 。
装配零件：定位隙，定模底板，定模板，动模板，动模垫板，模脚
冷却加热系统
主流道
浇注系统 内浇口
分流道
冷料穴
注射 型芯
模 成型零件 型腔
成型杆
镶块
导柱
导向零件 导套
结构零件 装配固定零件 定位隙，定模底板，定模板，动模板，动模垫板，模脚
冷却加热系统
根据其运动特点均可分为两大部分：
定模部分：一部份留于模具机座的定模板上，
动模部分：随注射机动模板运动的部分
定模部分与动模部分闭合则可形成型腔与浇注系统
二、 模具的分类
〈一〉 按注射机类型分：
立式注射机，卧式注射机，直角式注射机上用的模具
〈二〉 按注射模具的总体结构特征分：
1、 单分型面模 分流道位于分型面上，需切除流道凝料。
2、 点浇口脱出模具（三板式模具）
3、 带横向轴芯的分型模具
4、 自动卸螺纹注射成型模具
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一、 基本结构,根据部分起作用不同分类:
〈一〉 浇注系统
将塑料由注射机喷嘴引向型腔的通道称浇注系统，其由主流道，分流道，内浇口，冷料穴等结构组成，由零件的浇注套，拉料杆等组成。
〈二〉 成型零件
是直接构成塑料件形状及尺寸的各种零件，由型芯（成型塑件内部形状），型腔（成型塑料外部形状），成型杆，镶块等构成。
〈三〉 结构零件
构成零件结构的各种零件，在模具中起安装，导向，机构动作及调温等作用。
导向零件：导柱，导套 。
装配零件：定位隙，定模底板，定模板，动模板，动模垫板，模脚
冷却加热系统
主流道
浇注系统 内浇口
分流道
冷料穴
注射 型芯
模 成型零件 型腔
成型杆
镶块
导柱
导向零件 导套
结构零件 装配固定零件 定位隙，定模底板，定模板，动模板，动模垫板，模脚
冷却加热系统
根据其运动特点均可分为两大部分：
定模部分：一部份留于模具机座的定模板上，
动模部分：随注射机动模板运动的部分
定模部分与动模部分闭合则可形成型腔与浇注系统
二、 模具的分类
〈一〉 按注射机类型分：
立式注射机，卧式注射机，直角式注射机上用的模具
〈二〉 按注射模具的总体结构特征分：
1、 单分型面模 分流道位于分型面上，需切除流道凝料。
2、 点浇口脱出模具（三板式模具）
3、 带横向轴芯的分型模具
4、 自动卸螺纹注射成型模具
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塑料制品设计与模具设计www.tool-tool.com
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制品设计与模具设计的重点
1制品设计
1制品设计与模具设计的顺序的顺序
(1) 制品之规划
在制作规划之阶段,事实上由对决定采用塑料,在此一阶段有关人员对于有关塑料之性能的意见都是重要的资料.
(2) 制品的构想
由描绘第一条线开始以致能否制出完美的成型品都会有问题存在.图形设计者最好能与塑料技术者紧密的联系才能减少问题发生.
(3) 制品的设计 由于制品设计者一定要精通塑料,所以自设计之初期阶段开始即应与成型`模具之负责人配合.至少模线`凹穴(UNDER CUT )`顶出(KNOCK OUT)`浇口`心子等与制品设计有关的都必须能踪合运用.
(4) 成型品详细设计
A 明示成型品之使用条件及使用目的 首先尽可能将使用条件详细列出.尤其是温度`荷重`环境更不可忽略.
B 列出必要之特性 详细列出外观`精度`耐热性`耐药品性`刚性`冲击强度等.如果有特性不明确的部分可能会增加问题的发生,所以所列者愈清愈好
C 树脂选择 所选择之树脂应以自己所要求者为中心,综合各项因素而求可以平衡者 选择树脂要注意的重点是透明度`色调`外观`使用温度`使用荷重`使用环境`要求寿命,`尺寸精度`加工方法,重量`成型之难易.
D 成刑法２次加工法
有外观.尺寸精度`材料和形状的限制`数量`交货期`成本之限制等来决定 . 与是否靠近优秀的成型工厂亦有关系
E 分模线 相当于分模面四周拔模斜度,分模线较单纯
F 凹穴(死角)之去除 凹穴之去除方法是尽可能使制品构造单纯而坚固.自设计成型品之阶段开始即应与专家讨论引出构想减少问题发生,如斜导销式即是良法之一
G 顶出方法与位置 决定在成型品之表面或里边顶出,而且最重要者为顶出后应不影响成型品外观.而为易于进行自动化.亦应事先于成型品设计阶段即拟出构想.
H 浇口位置及种类 浇口虽对树脂之流动极为重要, 但浇口之切断.精加工不可影响制品成型后之外观亦是问题关键所在,而亦应考虑融合线之位置`强度(配向)
I 模具之心子构造 无法将模具一起加工时(有细而深之情形等),即有心子之构造.因心子的警界线复制于成型品上,对于外观上会有影响,必须特别加以注意.警界线常于精加工时以段差方式设法去除.于成型品之阶段即应先作计划.
J 拔模斜度 为求成型作业的高能率化,必须使离模简单方便.拔模斜度通常为1/40
k 厚度 厚度应均匀.厚度较厚的部分,会发生内部裂痕,厚度薄者则在强度上较弱.厚度最厚处因冷却关系而易使成型周期拖长,所以厚度尽可能薄.
L 转角之R
在转角的地方都应该有r,他可以避免应力集中并加快胶料的流动性 2 在成型上已引起问题之设计 (1)拔模斜度不大时
不易拔模且妨碍自动化,而且使用离模剂会使涂装`热印度等之表面处理难以进行. 通常之拔模斜度,在箱形构造情形下模穴方面最低为1度(深度50~100mm为1.5度,100mm以上为1度) 肋(底部之 肋)约为0.5度壁上直的肋约为0.25度
若为格子时,其格子之间距离为3MM以上,格子部全体长度较长者拔模度大.通常约为5度,格子高时(8MM以上)格子作成台形状.
(2)厚度部均一时
较厚的部分应设法省去一部分.补强用的肋亦是使厚度不均匀的原因之一,厚度的变化大约在+20%以内. 肋之根部应为壁厚的1/2以下,(像聚丙烯之类,成型收缩率大者应在1/3以下).
(3)成型品或模具形成锐角(SHARP EDGE)时 转角部分有R时,若宽度为T,转角(内侧)之半径为R时应使 R/T>=0.25
R/T 为0.25时,应力集中系数为2.0,低于0.25,则急剧增加.0.75以上变化不大, 由于尖锐转角而时成型品裂碎者格子`肋居多.自攻牙用壳部可将之去掉或在根部附加R,但若R过大则表面亦生缺陷. 模具上制造大的角穴之模穴时壁厚不够大,反复使用几次后即会产生无法补救的裂痕.
2模具设计之顺序 (1) 模具之规模(大小`构造) 模具之大小是模具设计之最大重点.模具小与刚性不足都会使成型困难,而大模具则成本增加.
(2) 模具之材质
模具之材质大都使用机械构造用钢,可能的话希望使用塑料模具专用钢。预先淬火硬化后的特殊钢难以切削而且较贵，但用于成型相当理想。
（３）取料之尺寸
绘制模具之概略设计图，准备主要部分的模具材料，大型的模具材料必须特别锻造。
（４）分模线之位置与形状
通常分模线是取做尺寸之基准。最好是非倾斜之直线。
（５）凹穴之消除方法
消除凹穴的机构事实上是故障最多之处，所以应尽可能简化。
（６）顶出之方法及位置
顶出机构设计应位于事实具有良好平面效果之处
（７）浇口之位置及种类
引浇口种类之不同，会造成２段竖浇口模具，而使成型作业稍感困难。简化构造较理想。
（８）模具之心子构造
因为有些制品之设计者不了解心子构造,所以模具设计者亦必须主动提供质料及意见以利制品设计.
(9)冷却水孔之位置于形状
为使成型品无应变发生,而且能快速成型,必须供应大量的冷却水(温度或冷冻水)给模具.冷却水孔必须于设计模具之初即做决定,否则会有较大麻烦.
(10)成行机安装相关尺寸
模具最好是由专属的成型机使用,但若要在相关企业工场中互相交换使用时，则应预先标准化。 (11)模具构造细部设计
做成模具之详细组立图 (12)成型品细部设计包含模具图及零件表已式,大体上至此模具材料之取料也已完成.
试模转模、洗模守则
为节省材料，将胶头量减至最低，现作出以下工作程序及洗机守则。
一. 啤够数、转模前、停机前务必关料斗，把炮筒内的料啤完，直啤到螺杆不能回料为止
二. 换料时务必将料桶的材料挖干净。
三. 啤黑色或深灰色材料射空胶时要把胶压小、压薄，可用的放在水口一起循环再用。
四. 水口、次品与不能循环再用的胶头务必分开装。
五. 保持机位卫生干净，尽量不让水口及次品掉到机底、地面、混杂、受污染。
六. 开啤前将模面油污、防锈油抹干净，避免次品受污导致不能循环再用。
七. 洗机前先将料斗内余料尘粉清理干净，再用洗机料清洗螺杆炮筒，有必要时加入螺杆清洗剂或洗衣粉。清洗将近完成前续渐调低炮筒温度避免炮筒螺杆内的料再度烧焦及熔化成液体引至开啤时不能回料。
八. 啤白色及透明PP、PE料后转任何颜色的材料都不用洗机。
九. 啤任何颜色POM料后转啤其它高温料（230℃以上的）要洗机,根据转料颜色而定洗机的干净程度。啤任何颜色的高温料（240℃以上）后转啤POM料时，要用低温料清洗螺杆。
十. 一般情况下啤白色后转啤灰色、黑色均不用洗机，具体视转材料而定,若产品有混色采取拆射咀清理或换射咀解决。
十一. 啤PP、PE、PS、ABS等低温料时，停机不超过15分钟，再啤时不用射空胶。试啤时将啤机熔胶量调至大约成品用胶量,射空胶三次即可开啤。
决定模型之详细尺寸，通常模具之尺寸都是完成品之尺寸加上成型收缩率的量。
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1制品设计
1制品设计与模具设计的顺序的顺序
(1) 制品之规划
在制作规划之阶段,事实上由对决定采用塑料,在此一阶段有关人员对于有关塑料之性能的意见都是重要的资料.
(2) 制品的构想
由描绘第一条线开始以致能否制出完美的成型品都会有问题存在.图形设计者最好能与塑料技术者紧密的联系才能减少问题发生.
(3) 制品的设计 由于制品设计者一定要精通塑料,所以自设计之初期阶段开始即应与成型`模具之负责人配合.至少模线`凹穴(UNDER CUT )`顶出(KNOCK OUT)`浇口`心子等与制品设计有关的都必须能踪合运用.
(4) 成型品详细设计
A 明示成型品之使用条件及使用目的 首先尽可能将使用条件详细列出.尤其是温度`荷重`环境更不可忽略.
B 列出必要之特性 详细列出外观`精度`耐热性`耐药品性`刚性`冲击强度等.如果有特性不明确的部分可能会增加问题的发生,所以所列者愈清愈好
C 树脂选择 所选择之树脂应以自己所要求者为中心,综合各项因素而求可以平衡者 选择树脂要注意的重点是透明度`色调`外观`使用温度`使用荷重`使用环境`要求寿命,`尺寸精度`加工方法,重量`成型之难易.
D 成刑法２次加工法
有外观.尺寸精度`材料和形状的限制`数量`交货期`成本之限制等来决定 . 与是否靠近优秀的成型工厂亦有关系
E 分模线 相当于分模面四周拔模斜度,分模线较单纯
F 凹穴(死角)之去除 凹穴之去除方法是尽可能使制品构造单纯而坚固.自设计成型品之阶段开始即应与专家讨论引出构想减少问题发生,如斜导销式即是良法之一
G 顶出方法与位置 决定在成型品之表面或里边顶出,而且最重要者为顶出后应不影响成型品外观.而为易于进行自动化.亦应事先于成型品设计阶段即拟出构想.
H 浇口位置及种类 浇口虽对树脂之流动极为重要, 但浇口之切断.精加工不可影响制品成型后之外观亦是问题关键所在,而亦应考虑融合线之位置`强度(配向)
I 模具之心子构造 无法将模具一起加工时(有细而深之情形等),即有心子之构造.因心子的警界线复制于成型品上,对于外观上会有影响,必须特别加以注意.警界线常于精加工时以段差方式设法去除.于成型品之阶段即应先作计划.
J 拔模斜度 为求成型作业的高能率化,必须使离模简单方便.拔模斜度通常为1/40
k 厚度 厚度应均匀.厚度较厚的部分,会发生内部裂痕,厚度薄者则在强度上较弱.厚度最厚处因冷却关系而易使成型周期拖长,所以厚度尽可能薄.
L 转角之R
在转角的地方都应该有r,他可以避免应力集中并加快胶料的流动性 2 在成型上已引起问题之设计 (1)拔模斜度不大时
不易拔模且妨碍自动化,而且使用离模剂会使涂装`热印度等之表面处理难以进行. 通常之拔模斜度,在箱形构造情形下模穴方面最低为1度(深度50~100mm为1.5度,100mm以上为1度) 肋(底部之 肋)约为0.5度壁上直的肋约为0.25度
若为格子时,其格子之间距离为3MM以上,格子部全体长度较长者拔模度大.通常约为5度,格子高时(8MM以上)格子作成台形状.
(2)厚度部均一时
较厚的部分应设法省去一部分.补强用的肋亦是使厚度不均匀的原因之一,厚度的变化大约在+20%以内. 肋之根部应为壁厚的1/2以下,(像聚丙烯之类,成型收缩率大者应在1/3以下).
(3)成型品或模具形成锐角(SHARP EDGE)时 转角部分有R时,若宽度为T,转角(内侧)之半径为R时应使 R/T>=0.25
R/T 为0.25时,应力集中系数为2.0,低于0.25,则急剧增加.0.75以上变化不大, 由于尖锐转角而时成型品裂碎者格子`肋居多.自攻牙用壳部可将之去掉或在根部附加R,但若R过大则表面亦生缺陷. 模具上制造大的角穴之模穴时壁厚不够大,反复使用几次后即会产生无法补救的裂痕.
2模具设计之顺序 (1) 模具之规模(大小`构造) 模具之大小是模具设计之最大重点.模具小与刚性不足都会使成型困难,而大模具则成本增加.
(2) 模具之材质
模具之材质大都使用机械构造用钢,可能的话希望使用塑料模具专用钢。预先淬火硬化后的特殊钢难以切削而且较贵，但用于成型相当理想。
（３）取料之尺寸
绘制模具之概略设计图，准备主要部分的模具材料，大型的模具材料必须特别锻造。
（４）分模线之位置与形状
通常分模线是取做尺寸之基准。最好是非倾斜之直线。
（５）凹穴之消除方法
消除凹穴的机构事实上是故障最多之处，所以应尽可能简化。
（６）顶出之方法及位置
顶出机构设计应位于事实具有良好平面效果之处
（７）浇口之位置及种类
引浇口种类之不同，会造成２段竖浇口模具，而使成型作业稍感困难。简化构造较理想。
（８）模具之心子构造
因为有些制品之设计者不了解心子构造,所以模具设计者亦必须主动提供质料及意见以利制品设计.
(9)冷却水孔之位置于形状
为使成型品无应变发生,而且能快速成型,必须供应大量的冷却水(温度或冷冻水)给模具.冷却水孔必须于设计模具之初即做决定,否则会有较大麻烦.
(10)成行机安装相关尺寸
模具最好是由专属的成型机使用,但若要在相关企业工场中互相交换使用时，则应预先标准化。 (11)模具构造细部设计
做成模具之详细组立图 (12)成型品细部设计包含模具图及零件表已式,大体上至此模具材料之取料也已完成.
试模转模、洗模守则
为节省材料，将胶头量减至最低，现作出以下工作程序及洗机守则。
一. 啤够数、转模前、停机前务必关料斗，把炮筒内的料啤完，直啤到螺杆不能回料为止
二. 换料时务必将料桶的材料挖干净。
三. 啤黑色或深灰色材料射空胶时要把胶压小、压薄，可用的放在水口一起循环再用。
四. 水口、次品与不能循环再用的胶头务必分开装。
五. 保持机位卫生干净，尽量不让水口及次品掉到机底、地面、混杂、受污染。
六. 开啤前将模面油污、防锈油抹干净，避免次品受污导致不能循环再用。
七. 洗机前先将料斗内余料尘粉清理干净，再用洗机料清洗螺杆炮筒，有必要时加入螺杆清洗剂或洗衣粉。清洗将近完成前续渐调低炮筒温度避免炮筒螺杆内的料再度烧焦及熔化成液体引至开啤时不能回料。
八. 啤白色及透明PP、PE料后转任何颜色的材料都不用洗机。
九. 啤任何颜色POM料后转啤其它高温料（230℃以上的）要洗机,根据转料颜色而定洗机的干净程度。啤任何颜色的高温料（240℃以上）后转啤POM料时，要用低温料清洗螺杆。
十. 一般情况下啤白色后转啤灰色、黑色均不用洗机，具体视转材料而定,若产品有混色采取拆射咀清理或换射咀解决。
十一. 啤PP、PE、PS、ABS等低温料时，停机不超过15分钟，再啤时不用射空胶。试啤时将啤机熔胶量调至大约成品用胶量,射空胶三次即可开啤。
决定模型之详细尺寸，通常模具之尺寸都是完成品之尺寸加上成型收缩率的量。
Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, ,,,etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, it’s our pleasure to serve for you. BW product including: utting tool、aerospace tool .HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、Taperd end mills、Metric end mills、Miniature end mills、Pilot reamer、Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angeled carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-noseed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
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H13钢压铸模具的表面改性www.tool-tool.com
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潘晓华1 朱祖昌2
（1艾福表面处理技术(上海)有限公司， 上海 200030， 2上海工程技术大学， 上海 200336）
中文摘要： 着重介绍H13钢的化学成分及低Si高M¬0的改进方向，同时论述了压铸模具的表面PVD改性。
关键词：压铸模具，热处理， 表面改性，物理气相沉积
1. 压铸模具和H13
国内有色金属压铸模具普遍采用H13热作模具钢。所谓热作模具是指对加热至再结晶温度以上的金属或合金进行塑性变形的和对液态的有色金属压制成型制造零部件的模具。
作为有色金属的压铸模具用钢一般应具有下述条件：（1）具有较高的淬透性，热处理时可采用冷却强度较小的介质和具有较小的热处理变形；（2）具有高的抗热裂性和耐热疲劳抗力，使模具经受激冷激热不易形成裂纹以及形成的裂纹不易扩展，避免模具失效；（3）具有高的抗热软化能力和抗高温磨损能力，使模具保持一定的高温强度和尺寸稳定性；（4）具有高的抗液态金属的粘焊（soldering）和化学冲蚀损伤，国内以熔化液态金属的熔损来表征。要达到这些兼具高温强度和高韧度要求，又有较高的高温硬度和抗磨损能力，主要由钢的化学成分决定，一般采用中碳含量（0.35～0.45％）和含Cr、W、M0和V等合金元素,合金元素总量在6~25%范围。
在美国，热作模具钢分为三种：铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢，全部以H命名。分别为H10～H19,H21~H26,和H42、 H43[1]。用于Al合金压铸模的钢种，目前很普遍采用H13钢，它属于第一种。国内钢号为4Cr5M0SiVl。以前国内采用较多的3Cr2W8V钢的热疲劳性和韧度显得不足。
H13钢的含碳量在0.5％以下。美国AISI H13,UNS T20813, ASTMA681(最新版)的H13钢和FED QQ-T-570的H13的含碳量都规定为（0.32～0.45）％, 是所有H13钢中含碳量范围最宽的。我国GB/T1299和YB/T094中4Cr5M0SiV1和SM4Cr5M0SiV1钢号的含碳量为（0.32～0.42）％和（0.32～0.45）％。德国DIN17350 X40CrM0V5-1和WNr1. 2344钢的含碳量为（0.37～0.43）％，含碳范围较窄[2]。北美压铸协会标准NADCA 207-90中对中高级H13钢的含碳量规定为（0.37～0.42）％。
铬和其他碳化物形成元素一起提供给钢具有较高的淬透性和好的抗软化能力，所以该钢在空冷条件下能够淬硬。在6 barN2气体真空处理条件下可淬透直径为160mm[3]。但铬的加入会增加碳化物的不均匀程度，致使钢中会出现亚稳定的共晶碳化物，这种碳化物现在国内一般可用高碳铬轴承钢相关标准予以评定[4]。铬含量的提高有利于增加材料的热强度，但对韧度不利。材料中增加钼和钨，有人提出[5]，（1/2W+ M0）的量至1％以上时，会使材料500℃以上进行回火时仍获得较高硬度，并具有二次硬化能力。H13钢的二次硬化能力不很明显，可参见资料[1]。提高 V的含量，如V的量由0.4％（SKD6,相当于H11）提高至1%，使H13钢（SKD61）的热强度和热稳定性提高了，同时V也增加水冲洗抗力，实际上是提高水浸侵蚀磨损抗力（erosive wear）[1]。
另外，钢中加入W、M0、V、Nb等形成M6C和MC型碳化物的元素，能对奥氏体晶粒细化，也使溶入奥氏体后在回火过程中产生二次硬化效果。对 Cr的加入形成的碳化物为M23C¬6型，其在1100℃奥氏体化时基本上溶解完了，（全部溶入奥氏体的温度是1160℃），这将决定H13钢的最佳奥氏体化温度处于1020～1080℃范围内[6]。
含Cr热作模具钢的含Si量都在0.80～1.20％，只有H19钢含Si量为0.20～0.50％。钢中增加Si的量除了固溶强化影响外，它能改进钢的高温抗氧化能力，直至800℃（1475℉）。但Si有损于韧度提高。现在H13钢的发展正在向低Si高M¬0的第二阶段进行，（发展第一阶段是提高H13钢的材质和热处理水平）。人们已逐渐认识到低Si的效果主要有：减轻材料的偏析，改善宏观组织均匀程度；减少凝固时液/固界面上成分过冷，改善结晶的微观组织和奥氏体晶粒细化；提高钢的韧度以及抗热裂能力和减低高温疲劳裂纹扩展速度以及高温蠕变裂纹扩展速率；延缓钢的贝氏体转变。同时增加M0 的量至3％左右，日本低Si高M0的SKD61的成分范围为：C（0.30～0.40％）、Si（0.05～0.30）、Cr（4.9～5.5%）、M0 （2.0～3.5％）和V（0.50～1.20％）。相应低Si高M0的德国钢号为1.2367，其成分为C 0.40％， Si 0.40％，Cr 4.95％， M03.0％和V0.9％。 M0的量提高至3.0％，则使钢的淬透性提高，防止奥氏体晶界碳化物的析出和延缓贝氏体转变；提高回火抗力和韧度；提高高温强度和高温蠕变强度；提高抗热裂能力。关于延缓贝氏体转变，有资料报导：对610×203×500mm的H13模块经3 bar（约3atm）气淬后心部和表面的贝氏体量达70％和40%，而对低Si高M0SKD61钢相应仅有2％和1%[7]。这对模具使用寿命提高十分有利。我国的一种新型热作模具钢3Cr3M03VNb的M0量也为3% （范围为2.70～3.20％），Si的量为≤0.60％， 其性能优良的一个原因也应归咎于低的Si高M0的。
2.H13钢的表面改性
压铸模具的使用寿命决定于很多因素：模具设计的合理性，模具材料选择正确性，模具机械加工和热处理工艺的合理正确制订，当然还应涉及模具的使用条件和维护。其中模具材料的质量和热处理是相当重要的关键因素。热处理应包括整体工件的热处理和工件的表面改性。相关的标准主要有北美压铸协会标准、法国汽车工业会、德国钢铁协会、材料协会和压铸协会的标准，还有通用汽车、福特汽车的推荐标准等。对H13钢整体热处理和检测十分重要，我们将另有专论。
H13钢锻模和铝合金压铸模的表面改性目前主要在以下两个方面：（1）铁素体氮碳共渗和硫氮碳共渗技术和（2）PVD涂层技术。国内外在这两方面进行的研究论文有了发表，但具体工业应用报导不多。专门从事材料表面改性技术的法国HEF集团在一些国际性会议上以论文形式报导了H13钢表面改性工业应用的实例，同时艾福表面处理技术（上海）有限公司（HEF Shanghai）结合舍福表面处理技术有限公司（TS Shanghai）的实践汇同国外的相关文献（尤其是NADCA的专家和Case Western Reserve 大学教授的工作）作一定描述。
国内普遍认为，热疲劳发生龟裂损伤和热磨损是热作模具失效的两大主要原因。这方面，国外的相关文献叙述得十分明确：模具的损坏和限制模具寿命上升的三个机制为：1)液态金属铝的粘焊（soldering）和化学冲蚀损伤。2)磨损和腐蚀。3)热疲劳开裂。其中1)是最重要的失效机制。他们提出采用铁素体氮碳共渗和离子氮化能显著提高工具钢的模具寿命。国内有关铝熔损的试验指出，当模具材料硬度为45HRC时，未表面处理的铝熔损率高达54.90％时，当采用盐浴硫氮碳共渗，其熔损率仅为0.10％，当采用盐浴氮碳共渗（软氮化）后在加上PVD处理时，熔损率更明显降低至0.10％。由此可见H13钢的表面改性的效果十分明显。
解决H13钢表面改性问题的最佳途径是在模具材料表面涂覆硬膜，使其不被铝合金熔液润湿，同时涂覆的硬膜也赋予模具材料表面的腐蚀磨损抗力。 HEF集团对汽车转向操作系统的铝合金工件压铸成型模具中的挺杆（38CDV5，相当于H13钢）表面沉积3μm厚的CERTESS SD 涂层，其硬度可达4000～4500HV，使用温度可达800℃，还可抗铝合金的黏结，使用寿命提高至10万次，是未进行沉积处理挺杆的6~7倍。
对如何获得这种不被液态金属润湿的硬质膜， Colorado School of Mines(CSM)的D.Zhong和J.J.Moore等[8]提出多层优化涂膜的结构是：①先对H13模具基体进行表面改性，如采用铁素体氮碳共渗或离子渗氮；②50～100nm的结合中间层（adhesion interlayer）如Ti或Cr；③调整基材和涂层之间由于压铸作业引起的热残余应力的中间过度层（intermediate graded layer），这可应用有限元模拟方法确定，他们举例认为，这取决于所选的工作硬化层，当工作层选用Al2O3层时，这中间过渡层为Ti－Al－N梯度层；④工作涂层，与液态金属或玻璃不相润湿（non wetting），对Al合金压铸，可采用CrN，TiAlN，TiCB和Al2O3等。相应多层结构膜总厚在5～8μm之间。
在模具工件上通过PVD技术获得优异质量的涂层，应该依赖于高性能的设备和能优化选择的工艺参数。这种设备最好具有下述技术要求：①涂覆处理温度低；②绕涂性好；③涂层沉积均匀；④采用增强离化率技术； ⑤精确的涂层成分控制；⑥一定的沉积速率；⑦能进行多层复合涂；⑧能得到纳米结构的涂层；⑨具有PVD和CVD的工作模式；⑩能边涂覆边刻蚀，获得最佳的涂层质量。
法国HEF集团发展并应用等离子体增强磁控溅射（PEMSTM）技术对涂层的沉积过程进行精确的控制。应用PEMSTM技术可以达到涂层最高理论密度。HEF集团真空涂层设备和技术因此在世界上处于领先地位。概括地说，HEF的设备和技术的主要优势在于：
1) 可以独立地对离子的流量和能量进行控制，从而得到最高密度和性能的涂层；
2) 采用独特的OES系统对等离子体波长进行测量，实现涂层成分的精确控制；
3) 获得的所有硬质涂层都具有纳米级（≤20nm）结构；
4) 低电压、高真空度环境下均匀的轰击，可以极大地减弱尖角效应；
5) 在抽真空的同时进行加热，充分迅速地去除水分，获得优质、高效的沉积效果；
6) 最低处理温度可达到80℃，可用于对几乎所有材料，包括铝合金和聚合物材料进行涂层加工；
7) 一台设备同时拥有PVD和PACVD加工模式，给客户的技术升级以充分的支持。
法国HEF集团通过艾福表面处理技术（上海）有限公司已在上海舍福表面处理技术有限公司（上海松江）投资引入两种系列的PVD/PACVD设备，现在能涂覆的硬膜涂层主要有CrN、CrxNY、TiN、TiBN、TiCN、TiALN和类金刚石DLC膜，他们对PVD涂膜前的H13钢基材等的表面改性采用液体硫氮碳共渗或液体氮碳共渗也具有鲜明特色，称作为Sursulf/Arcor（舍舍夫/阿可）技术或Tufftride/ Tenifer（由其2001年并入HEF集团的德国子公司Durferrit提供）。相关
介绍可参见本期广告及《模具工程》今年第四期论文。
3 结束语
1) H13钢是世界上普遍使用的强韧兼具的热作模具钢，具有高的淬透性和抗热裂能力。很多场合应用于制造铝合金压铸模具。
2) H13钢的国内牌号为4Cr5M0SiVl，现在正在向低Si高M0方向发展。
3) H13钢的表面改性主要有铁素体氮碳共渗或者硫氮碳共渗以及物理气相沉积硬膜等方法， 更为优越的办法是这些方法进行合理组合。
Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, ,,,etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, it’s our pleasure to serve for you. BW product including: utting tool、aerospace tool .HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、Taperd end mills、Metric end mills、Miniature end mills、Pilot reamer、Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angeled carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-noseed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
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潘晓华1 朱祖昌2
（1艾福表面处理技术(上海)有限公司， 上海 200030， 2上海工程技术大学， 上海 200336）
中文摘要： 着重介绍H13钢的化学成分及低Si高M¬0的改进方向，同时论述了压铸模具的表面PVD改性。
关键词：压铸模具，热处理， 表面改性，物理气相沉积
1. 压铸模具和H13
国内有色金属压铸模具普遍采用H13热作模具钢。所谓热作模具是指对加热至再结晶温度以上的金属或合金进行塑性变形的和对液态的有色金属压制成型制造零部件的模具。
作为有色金属的压铸模具用钢一般应具有下述条件：（1）具有较高的淬透性，热处理时可采用冷却强度较小的介质和具有较小的热处理变形；（2）具有高的抗热裂性和耐热疲劳抗力，使模具经受激冷激热不易形成裂纹以及形成的裂纹不易扩展，避免模具失效；（3）具有高的抗热软化能力和抗高温磨损能力，使模具保持一定的高温强度和尺寸稳定性；（4）具有高的抗液态金属的粘焊（soldering）和化学冲蚀损伤，国内以熔化液态金属的熔损来表征。要达到这些兼具高温强度和高韧度要求，又有较高的高温硬度和抗磨损能力，主要由钢的化学成分决定，一般采用中碳含量（0.35～0.45％）和含Cr、W、M0和V等合金元素,合金元素总量在6~25%范围。
在美国，热作模具钢分为三种：铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢，全部以H命名。分别为H10～H19,H21~H26,和H42、 H43[1]。用于Al合金压铸模的钢种，目前很普遍采用H13钢，它属于第一种。国内钢号为4Cr5M0SiVl。以前国内采用较多的3Cr2W8V钢的热疲劳性和韧度显得不足。
H13钢的含碳量在0.5％以下。美国AISI H13,UNS T20813, ASTMA681(最新版)的H13钢和FED QQ-T-570的H13的含碳量都规定为（0.32～0.45）％, 是所有H13钢中含碳量范围最宽的。我国GB/T1299和YB/T094中4Cr5M0SiV1和SM4Cr5M0SiV1钢号的含碳量为（0.32～0.42）％和（0.32～0.45）％。德国DIN17350 X40CrM0V5-1和WNr1. 2344钢的含碳量为（0.37～0.43）％，含碳范围较窄[2]。北美压铸协会标准NADCA 207-90中对中高级H13钢的含碳量规定为（0.37～0.42）％。
铬和其他碳化物形成元素一起提供给钢具有较高的淬透性和好的抗软化能力，所以该钢在空冷条件下能够淬硬。在6 barN2气体真空处理条件下可淬透直径为160mm[3]。但铬的加入会增加碳化物的不均匀程度，致使钢中会出现亚稳定的共晶碳化物，这种碳化物现在国内一般可用高碳铬轴承钢相关标准予以评定[4]。铬含量的提高有利于增加材料的热强度，但对韧度不利。材料中增加钼和钨，有人提出[5]，（1/2W+ M0）的量至1％以上时，会使材料500℃以上进行回火时仍获得较高硬度，并具有二次硬化能力。H13钢的二次硬化能力不很明显，可参见资料[1]。提高 V的含量，如V的量由0.4％（SKD6,相当于H11）提高至1%，使H13钢（SKD61）的热强度和热稳定性提高了，同时V也增加水冲洗抗力，实际上是提高水浸侵蚀磨损抗力（erosive wear）[1]。
另外，钢中加入W、M0、V、Nb等形成M6C和MC型碳化物的元素，能对奥氏体晶粒细化，也使溶入奥氏体后在回火过程中产生二次硬化效果。对 Cr的加入形成的碳化物为M23C¬6型，其在1100℃奥氏体化时基本上溶解完了，（全部溶入奥氏体的温度是1160℃），这将决定H13钢的最佳奥氏体化温度处于1020～1080℃范围内[6]。
含Cr热作模具钢的含Si量都在0.80～1.20％，只有H19钢含Si量为0.20～0.50％。钢中增加Si的量除了固溶强化影响外，它能改进钢的高温抗氧化能力，直至800℃（1475℉）。但Si有损于韧度提高。现在H13钢的发展正在向低Si高M¬0的第二阶段进行，（发展第一阶段是提高H13钢的材质和热处理水平）。人们已逐渐认识到低Si的效果主要有：减轻材料的偏析，改善宏观组织均匀程度；减少凝固时液/固界面上成分过冷，改善结晶的微观组织和奥氏体晶粒细化；提高钢的韧度以及抗热裂能力和减低高温疲劳裂纹扩展速度以及高温蠕变裂纹扩展速率；延缓钢的贝氏体转变。同时增加M0 的量至3％左右，日本低Si高M0的SKD61的成分范围为：C（0.30～0.40％）、Si（0.05～0.30）、Cr（4.9～5.5%）、M0 （2.0～3.5％）和V（0.50～1.20％）。相应低Si高M0的德国钢号为1.2367，其成分为C 0.40％， Si 0.40％，Cr 4.95％， M03.0％和V0.9％。 M0的量提高至3.0％，则使钢的淬透性提高，防止奥氏体晶界碳化物的析出和延缓贝氏体转变；提高回火抗力和韧度；提高高温强度和高温蠕变强度；提高抗热裂能力。关于延缓贝氏体转变，有资料报导：对610×203×500mm的H13模块经3 bar（约3atm）气淬后心部和表面的贝氏体量达70％和40%，而对低Si高M0SKD61钢相应仅有2％和1%[7]。这对模具使用寿命提高十分有利。我国的一种新型热作模具钢3Cr3M03VNb的M0量也为3% （范围为2.70～3.20％），Si的量为≤0.60％， 其性能优良的一个原因也应归咎于低的Si高M0的。
2.H13钢的表面改性
压铸模具的使用寿命决定于很多因素：模具设计的合理性，模具材料选择正确性，模具机械加工和热处理工艺的合理正确制订，当然还应涉及模具的使用条件和维护。其中模具材料的质量和热处理是相当重要的关键因素。热处理应包括整体工件的热处理和工件的表面改性。相关的标准主要有北美压铸协会标准、法国汽车工业会、德国钢铁协会、材料协会和压铸协会的标准，还有通用汽车、福特汽车的推荐标准等。对H13钢整体热处理和检测十分重要，我们将另有专论。
H13钢锻模和铝合金压铸模的表面改性目前主要在以下两个方面：（1）铁素体氮碳共渗和硫氮碳共渗技术和（2）PVD涂层技术。国内外在这两方面进行的研究论文有了发表，但具体工业应用报导不多。专门从事材料表面改性技术的法国HEF集团在一些国际性会议上以论文形式报导了H13钢表面改性工业应用的实例，同时艾福表面处理技术（上海）有限公司（HEF Shanghai）结合舍福表面处理技术有限公司（TS Shanghai）的实践汇同国外的相关文献（尤其是NADCA的专家和Case Western Reserve 大学教授的工作）作一定描述。
国内普遍认为，热疲劳发生龟裂损伤和热磨损是热作模具失效的两大主要原因。这方面，国外的相关文献叙述得十分明确：模具的损坏和限制模具寿命上升的三个机制为：1)液态金属铝的粘焊（soldering）和化学冲蚀损伤。2)磨损和腐蚀。3)热疲劳开裂。其中1)是最重要的失效机制。他们提出采用铁素体氮碳共渗和离子氮化能显著提高工具钢的模具寿命。国内有关铝熔损的试验指出，当模具材料硬度为45HRC时，未表面处理的铝熔损率高达54.90％时，当采用盐浴硫氮碳共渗，其熔损率仅为0.10％，当采用盐浴氮碳共渗（软氮化）后在加上PVD处理时，熔损率更明显降低至0.10％。由此可见H13钢的表面改性的效果十分明显。
解决H13钢表面改性问题的最佳途径是在模具材料表面涂覆硬膜，使其不被铝合金熔液润湿，同时涂覆的硬膜也赋予模具材料表面的腐蚀磨损抗力。 HEF集团对汽车转向操作系统的铝合金工件压铸成型模具中的挺杆（38CDV5，相当于H13钢）表面沉积3μm厚的CERTESS SD 涂层，其硬度可达4000～4500HV，使用温度可达800℃，还可抗铝合金的黏结，使用寿命提高至10万次，是未进行沉积处理挺杆的6~7倍。
对如何获得这种不被液态金属润湿的硬质膜， Colorado School of Mines(CSM)的D.Zhong和J.J.Moore等[8]提出多层优化涂膜的结构是：①先对H13模具基体进行表面改性，如采用铁素体氮碳共渗或离子渗氮；②50～100nm的结合中间层（adhesion interlayer）如Ti或Cr；③调整基材和涂层之间由于压铸作业引起的热残余应力的中间过度层（intermediate graded layer），这可应用有限元模拟方法确定，他们举例认为，这取决于所选的工作硬化层，当工作层选用Al2O3层时，这中间过渡层为Ti－Al－N梯度层；④工作涂层，与液态金属或玻璃不相润湿（non wetting），对Al合金压铸，可采用CrN，TiAlN，TiCB和Al2O3等。相应多层结构膜总厚在5～8μm之间。
在模具工件上通过PVD技术获得优异质量的涂层，应该依赖于高性能的设备和能优化选择的工艺参数。这种设备最好具有下述技术要求：①涂覆处理温度低；②绕涂性好；③涂层沉积均匀；④采用增强离化率技术； ⑤精确的涂层成分控制；⑥一定的沉积速率；⑦能进行多层复合涂；⑧能得到纳米结构的涂层；⑨具有PVD和CVD的工作模式；⑩能边涂覆边刻蚀，获得最佳的涂层质量。
法国HEF集团发展并应用等离子体增强磁控溅射（PEMSTM）技术对涂层的沉积过程进行精确的控制。应用PEMSTM技术可以达到涂层最高理论密度。HEF集团真空涂层设备和技术因此在世界上处于领先地位。概括地说，HEF的设备和技术的主要优势在于：
1) 可以独立地对离子的流量和能量进行控制，从而得到最高密度和性能的涂层；
2) 采用独特的OES系统对等离子体波长进行测量，实现涂层成分的精确控制；
3) 获得的所有硬质涂层都具有纳米级（≤20nm）结构；
4) 低电压、高真空度环境下均匀的轰击，可以极大地减弱尖角效应；
5) 在抽真空的同时进行加热，充分迅速地去除水分，获得优质、高效的沉积效果；
6) 最低处理温度可达到80℃，可用于对几乎所有材料，包括铝合金和聚合物材料进行涂层加工；
7) 一台设备同时拥有PVD和PACVD加工模式，给客户的技术升级以充分的支持。
法国HEF集团通过艾福表面处理技术（上海）有限公司已在上海舍福表面处理技术有限公司（上海松江）投资引入两种系列的PVD/PACVD设备，现在能涂覆的硬膜涂层主要有CrN、CrxNY、TiN、TiBN、TiCN、TiALN和类金刚石DLC膜，他们对PVD涂膜前的H13钢基材等的表面改性采用液体硫氮碳共渗或液体氮碳共渗也具有鲜明特色，称作为Sursulf/Arcor（舍舍夫/阿可）技术或Tufftride/ Tenifer（由其2001年并入HEF集团的德国子公司Durferrit提供）。相关
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3 结束语
1) H13钢是世界上普遍使用的强韧兼具的热作模具钢，具有高的淬透性和抗热裂能力。很多场合应用于制造铝合金压铸模具。
2) H13钢的国内牌号为4Cr5M0SiVl，现在正在向低Si高M0方向发展。
3) H13钢的表面改性主要有铁素体氮碳共渗或者硫氮碳共渗以及物理气相沉积硬膜等方法， 更为优越的办法是这些方法进行合理组合。
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