模具冷却与冷变形
时间：2010-12-20
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一：模具的冷却：
模具的冷却是一项关键的工艺技术。大部分的成型周期都是由传导热量传递过程。能量可从热的熔体传递至冷的模具上是由于存在温差所至。模具壁边的塑料表皮有效地隔离着芯层，从而使得这种热传递方式非常低效。可是，模具冷却通常到设计的最后阶段才得以注意。较好的冷却设计样式可缩短20%—30%或更短的循环生产时间，并提高劳动生产率。
在生产循环周期中，模具的表面温度不断地“高—低”周期性变化着，当热的熔体逼压着模壁时，模温就高，顶出制件后，下次注射之前，空模腔的模温就低。为了将冷却时间缩短至最低限度，人们一直在探求能生产合格制件的最低模具温度。模温所起的重要作用就是影响型腔内的熔体流动以及表皮与芯层之间的尺寸比例大小。模温越低，表皮尺寸越厚而型腔内压力下降越大。脉行冷却技术是在注射塑料进入模腔后，通常采用循环冷却管内非常冻的冷冻液体来调节冷却的一项技术。制件顶出后，如果没有循环，下一次射料熔流进入模腔后，模腔壁的温度就显著上升。采用脉行冷却方式后，其型腔壁温度将更高，但比常规模具冷却方法所探测的温度稍低。脉行冷却可广泛应用于薄壁制件的成型；要求重复精确 表面的制件成型，以及流道深度变化范围材料突变行为。例如逆滞流动。对于脉行冷却的加工优势和其它相关限特性在潜在优点来说，有关脉行冷却的成本花费是否过高的争论已显得不那么重要。
二：模具钢的冷变形
冷变成模具（又称冷作模具）包括拉延模、拔丝模、压弯模、冲裁模(落料、冲孔、修边模、冲头、剪刀模等)、冷镦模和冷挤压模等。
下面分别讨论几种典型的冷变形模具的服役条件。失效方式及性能要求。
(一)冲裁模
工作条件：刃口经受反复冲击摩擦和弯曲应力。
失效方式：正常失效主要为磨损。但常因结构或热处理不当而产生刃口剥落、折断等现象，造成模具早期失效。
性能要求：要求高的弯曲和抗压强度，高的耐磨性与足够的韧性。
(二)拉延、拔丝和压弯模
工作条件：凹模承受强烈的摩擦和径向应力，凸模除受摩擦外，还承受压缩应力。高速拉延时，工作表面温度可达400～500℃。
失效方式：经常因为尺寸磨损和表面产生沟槽而报废。
性能要求：高硬度和耐磨性以及一定的热稳定性。
(三)冷挤压模
工作条件：承受很高的压缩应力(可达2500～3000MPa左右)。脱模时冲头还要承受拉应力。由于挤压一个工件是在一刹那间完成的，所以冲头也承受着冲击负荷。冲头工作过程中，其刃口部分由于与强烈流动的金属之间摩擦，引起擦伤和磨损。
失效方式：常见失效方式是疲劳破坏和擦伤磨损。
性能要求：模具材料应具有尽可能高的弯曲疲劳强度，尽可能高的抗压屈服强度和剪切抗力。此外，材料还应具备良好的耐磨性和韧性。
(四)冷镦模
工作条件：冲头承受反复冲击压缩、冲击疲劳和冲击磨损。凹模承受反复冲击磨损。
失效方式：冲头磨损、镦粗、下陷、崩裂、折断或断裂。凹模模腔内壁拉毛(擦伤后磨损)和冲击疲劳失效。
性能要求：必须有足够的抗压屈服强度、弯曲疲劳强度和耐磨性，工作表面必须具有高的硬度(HRC≥60)和耐磨性；心部必须具有足够的韧性。
二、碳素及低合金模具钢
常用作冷变形模具的碳素工具钢有T8A、T10A、T12A。
常用作冷变形模具的低合金工具钢有9Mn2V、9CrSi、CrWMn等。
这些钢种只能用于制作工作负荷较轻的模具。
三、高铬模具钢
1、高铬模具钢的成分和特点
这类钢的典型钢号有Cr12和Cr12MoV，其化学成分如下：
这类钢含有较高的碳 (1.4-2.3%C)和大量的铬(11-13%Cr)，还有少量的钼和钒。
Cr12型钢中主要碳化物是(Cr,Fe)7C3和(Cr,Fe)7C型碳化物，其中溶有少量的Ti、Mo和V。这些碳化物在高温淬火时大量溶于奥氏体，增加钢的淬透性。高温回火后(500℃左右),又从马氏体中析出，产生二次硬化和增加回火稳定性，从而使钢具有高的硬度和耐磨性。
高碳高铬冷变形模具钢具有以下特点：
①高的耐磨性：主要由于存在大量M7C3型碳化物。
②高的淬透性：经900～1000℃淬火加热后，固溶体中含有4～5％Cr，过冷奥氏体稳定性很高，直径大于200～300mm的工模具，可以完全淬透。
③淬火变形：随淬火温度的升高，体积变化减小，显然这与残余奥氏体量增多有关。此外，残余奥氏体的量，还可以通过适当回火来调整，以获得微变形。
④高的红硬性和耐磨性：经二次硬化处理有较高的红硬性和耐磨性。
⑤碳化物不均匀比较严重：通常需要通过改锻来降低碳化物的级别。
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