塑料模具为何会失效_模具_五金工具

主要包括热固性塑料模具和热塑性塑料模具。前者工作温度一般为160~300℃，受力大（300~800MPa），型腔容易产生磨损和腐蚀失效；后者工作温度为150℃以下，承受的工作压力（300~600MPa）和磨损没有前者严重，但部分塑料在加热熔融状态下能够分解出腐蚀性气体，对型腔有较大的压力和腐蚀性。塑料模具的主要失效形式有塑性变形、断裂、表面腐蚀、疲劳和热疲劳、表面磨损失效等。

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塑性变形
其是指塑料模具在持续受热、受压的作用下，发生局部塑性变形而失效。其原因主要是：所采用模具的材料强度与韧性不足；模具超载使用；模具型腔表面的硬化层过薄，变形抗力不足；模具回火不足；因工作温度高于回火温度而使模具发生软化，从而引起表面起皱、凹陷、麻点、棱角塌陷（堆塌）等。
断裂
由于塑料模具形状复杂，存在许多棱角、薄壁等部位，在模具工作时易产生应力集中，当这些部位的应力值超过模具材料的断裂强度时，就会发生断裂失效。另外，合金工具钢制作的塑料模具回火不充分时，使用中也容易发生断裂失效。
表面腐蚀
其是由于热固性塑料中的固体填料及一些热塑性塑料中存在氯、氟等元素，受热分解析出HCl、HF等强腐蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加剧其磨损失效。表面腐蚀会造成模具型腔表面质量下降及尺寸超差，降低模具寿命。
表面磨损
热固性塑料对模具表面的严重摩擦，使模具表面产生划伤（拉毛），影响压制件的外观质量，经多次抛光修复后，因型腔尺寸超差而失效；热固性塑料中含有的固体添加剂也会加剧对模具型腔的磨损，不仅使型腔表面粗糙度值迅速升高，而且还会使模具型腔尺寸超差；当模具选用的材料与热处理不合理，的型腔表面硬度较低，也会使模具耐磨性变差。
疲劳和热疲劳
塑料模具在工作过程中因承受循环的机械载荷作用，使模具的型腔表面承受脉动拉应力作用，从而引起模具的破坏称为疲劳失效；塑料模具在服役过程中还承受循环的热载荷作用，型腔表面在反复的受热和冷却条件下，可导致模具型腔应力集中处萌生热疲劳裂纹，另外加上模具型腔表面上的脉动拉应力，使热疲劳裂纹向纵深扩展，最终造成模具断裂。
实例
T10A钢线圈架塑料压注模的失效分析
（1）工作条件与加工流程
塑料压注模（见图2）工作压力在250MPa以上，工作温度高于200℃。模具材料为T10A，其加工流程为：下料→锻造→球化退火→切削加工→淬火 + 低温回火→磨削加工→抛光→装配等。模具热处理后的硬度为60~62HRC。
（2）失效分析
该模具寿命在2000件以下，其主要的失效形式为型腔表面拉毛（划伤）和棱边塌陷等。对失效模具进行硬度检测发现，型腔表面与棱边处的硬度为56~58HRC，表明模具在使用过程中有一定的硬度降低，其金相组织为回火马氏体 +粒状渗碳体 +少量残留奥氏体。
通过对模具的硬度降低分析来看，模具的服役温度高于回火温度（200℃），同时也与模具的回火不足有关，其使模具在服役过程中受热后继续回火，导致马氏体的分解与残留奥氏体的转变，在压力作用下产生“相变超塑性”流动，引起模具型腔表面拉毛与棱边的塌陷。
（3）对策与效果
1）适当提高模具的最终回火温度，如采用250~270℃回火，即高于模具的工作温度（200℃）。同时，增加回火保温时间。
2）采用两段回火工艺。在保证模具较高的硬度的前提下改善材料的韧性，采用两段回火工艺：200℃ × 1.5h × 1次 +260℃ × 1.5h × 1次，模具表面硬度为56~58HRC，模具寿命可达1.8万件。
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