郭善友

摘要：本文通過對塑料磨具的磨損機制及其失效機理的研究，總結(jié)塑料磨具尺寸精度和表面粗糙度下降的緣由，并提出相應(yīng)的改進措施，以更好的消除塑料磨具磨損現(xiàn)象，提升塑料磨具的使用周期和商品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：塑料磨具；磨損機制；失效機理

前言

成型模、擠塑模、吹塑模等塑料模具在日常生活中，經(jīng)常會在使用一段時間后出現(xiàn)表面粗糙和尺寸精度問題，嚴影響了塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。有些甚至會早早失去應(yīng)用效果，導致很大的經(jīng)濟損失。為了解決此類問題，筆者針對塑料磨具的使用做了大量的研究，得出高溫沖蝕一氧化碳是其中最主要的原因，摩擦使得表面材料產(chǎn)生破壞，影響了塑料制品的正常使用效果。

1.塑料模具的高溫沖蝕現(xiàn)象

1.1實驗設(shè)備

主要有布氏硬度測試儀，掃描儀，電子探針儀等檢測設(shè)備，離子噴涂等熱噴涂設(shè)備，數(shù)控電火花機等表面加工設(shè)備，金屬材料的熱處理設(shè)備等，本研究主要選用塑料模具鋼材制作的模具進行對比實驗。

1.2實驗方案

（1）不同塑料磨具材料的氧化對比實驗；

（2）不同含珞量的塑料磨具材料對比實驗；

（3）塑料模具表面等離子噴涂的陶瓷覆層實驗；

（4）塑料模具對于表面熱處理的實驗；

（5）塑料模具在不同的工藝參數(shù)下所使用的對比實驗。

1.3氧化機理

經(jīng)過實驗和研究可以發(fā)現(xiàn)，塑料模具表面精度和尺寸發(fā)生變化的主要原因就是高溫沖蝕一氧化碳，本文從塑料模具表面高溫沖蝕一氧化碳的機制圖和物理模型進行討論。

1.3.1氧化的物理模型

（1）表面氧化模型

通過實踐操作表明：當粒子能量還不能夠?qū)λ芰夏＞弑砻娴难趸瘜釉斐赏{時，氧化動力學是塑料模具表面的材料質(zhì)量變化的決定性因素，這個時候的氧化層對模具表面起到一定的保護作用。但是，隨著能量的不斷提升，塑料模具表面就會逐漸出現(xiàn)斷裂或者碎屑現(xiàn)象，但因為皮層厚度的存在使得氧化層的保護作用仍在，所以，模具質(zhì)量隨時間出現(xiàn)了不平滑現(xiàn)象。當粒子能量突破模具表面的承受值，粒子運動速度加快，模具表面氧化物減少，逐漸發(fā)生變形和以塑料模具表面為主的沖蝕狀態(tài)。塑料模具表面的金屬開始流失，其速度約束于表面的抗沖蝕能力，氧化層所發(fā)揮的作用也隨之減小。倘若塑料磨具未曾發(fā)生斷裂現(xiàn)象，則沖蝕作用則會相對減少很多。

（2）塑脆流失模型

塑料模具表現(xiàn)的復合層氧化物涉及到?jīng)_擊速度，塑料粒子流通，溫度等多重因素，所以，塑料模具表面包含了脆性和塑性兩種模式，與氧化物的含量息息相關(guān)。倘若在沖蝕過程中的氧化皮是脆性且與塑料磨具表面相連性較小，則根據(jù)不同的流失情況則會產(chǎn)生不用類型的沖蝕效果，其中包括了連續(xù)式和剝落式?jīng)_蝕兩種。

1.4氧化機制圖

通過對塑料模具表面高溫沖蝕作用的實踐分析，得出塑料模具表面破壞可以分為四種類型的機制：沖蝕類型、腐蝕促進沖蝕類型、腐蝕為主、腐蝕壓制沖蝕類型。塑料模具表面金屬高溫沖蝕中的沖蝕與環(huán)境溫度關(guān)系如下圖所示：

通過以上圖示可以得出：曲線上的第二階段主要特性是以腐蝕性為主，隨著環(huán)境溫度的上升，塑料模具出現(xiàn)了先退化后增加的現(xiàn)象。另外，塑料模具表面氧化在T2--T3區(qū)域出現(xiàn)抗腐蝕現(xiàn)象，該區(qū)劃為腐蝕抑制沖蝕區(qū)域。隨著環(huán)境溫度的上升，氧化作用越加明顯，沖蝕作用逐漸褪去，塑料表面物質(zhì)流失速度加快。

2.改善塑料模具表面抗高溫沖蝕的措施

高溫沖蝕一氧化碳的現(xiàn)象時塑料模具常見問題的主要“魔頭”，這一現(xiàn)象存在也有很強的不可抗拒性。如何降低外在破壞，提高產(chǎn)品質(zhì)量是業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的重點，筆者通過深入研究，得出如下建議以供參考：

2.1合理選擇塑料模具的制造材料

不同的塑料模具會產(chǎn)生不用的使用效果，在不同的環(huán)境下產(chǎn)生一氧化的情況也不盡相同，例如5CRMNMO、4CR5MOSIV、3CR2W8V這三種模具類型的一氧化能力逐層增加，分別作為低中高三種耐熱性熱作塑料模型，而2CR13類型的鋼材加工性能較強，熱處理后抗腐蝕效果良好，適合在高負荷和透明塑料制品的模具中廣泛使用。而9CR18MO則屬于高碳性的不銹鋼性能，強度高，耐磨性好，適應(yīng)在承受腐蝕環(huán)境下的高耐腐模具。

2.2改變塑料模具材料的合金成分

通過實踐得出珞含量的提高有利于塑料模具表面沖蝕能力的增強，在塑料模具中摻入相應(yīng)的CR合金元素，可以最快速度的實現(xiàn)氧化功效，從而形成質(zhì)量較好的氧化膜。珞含量的不斷增加可導致模具表面材料流失方向偏向于高溫方向，塑料模具本身的抗腐蝕和氧化性能提升。稀土元素和合金元素在提高塑料磨具中也有重要作用，可以在很大程度上減少氧化膜存在的缺陷，降低離子擴散的速度，最終達到對塑料模具的應(yīng)用效果。

3.結(jié)語

綜上所述，對塑料模具的磨損機制及其失效機理的探討具有重要意義，除了上述列出的兩項重點措施外，加強對塑料磨具材料進行表面處理，采取合理的生產(chǎn)工藝和工藝參數(shù)也同樣發(fā)揮著重要作用，多項措施共同應(yīng)用以提升產(chǎn)品的最終應(yīng)用效果。

參考文獻：

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