雷文斌

(甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 武威 733006）

在以往的模具生產(chǎn)中，塑料模具使用很短的時(shí)間就會出現(xiàn)尺寸精度的不準(zhǔn)確和表面粗糙度的下降，這樣很容易造成塑料制品質(zhì)量達(dá)不到規(guī)定的要求。塑料模具平時(shí)使用過程中，很多時(shí)候都是在很短的時(shí)間內(nèi)就會出現(xiàn)尺寸精度和表面粗糙度遭到破壞，造成生產(chǎn)的塑料制品質(zhì)量達(dá)不到要求的現(xiàn)象，從而給生產(chǎn)帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。作者對塑料模具的使用企業(yè)進(jìn)行了一段時(shí)間的深入調(diào)查和資料統(tǒng)計(jì)，分析出塑料模具表面粗糙度下降以及尺寸精度不準(zhǔn)確的主要原因[1]：塑料模具往往在使用過程中會受到高溫沖蝕和氧化，塑料模具在高溫作用下以及表面在腐蝕性的固定顆粒沖刷，很容易遭到高溫氧化的破壞，從而造成塑料模具的失效，并且這種失效是永久性和不可恢復(fù)性的，嚴(yán)重影響了塑料制品的質(zhì)量。

1 塑料模具高溫沖蝕

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

作者在對使用塑料模具企業(yè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，主要的檢測設(shè)備包括測試硬度的專用儀器，測試表面粗糙度的專用儀器，等離子的噴涂儀器，加工塑料模具表面的加工設(shè)備和處理金屬材料的加工設(shè)備。

1.2 塑料模具試樣(材料)的選取

作者選取了2Cr13、9Cr18Mo塑料模具鋼作為研究對象，把這些材料與塑料模具作為對比進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)方案

（1）進(jìn)行沖蝕和氧化實(shí)驗(yàn)，把不同種類的塑料模具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比。

（2）采用等離子噴涂試驗(yàn)，對塑料模具的表面進(jìn)行等離子噴涂試驗(yàn)。

（3）進(jìn)行熱處理試驗(yàn)，對塑料模具表面采用熱處理加工。

（4）選取在不同工藝下的塑料模具進(jìn)行使用對比試驗(yàn)。

2 氧化機(jī)理

根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究得出，塑料模具的尺寸精度主要影響原因是高溫沖蝕，而塑料模具表面粗糙度的主要影響原因有兩點(diǎn)，一是高溫的沖蝕，二是氧化反應(yīng)。

2.1 氧化的物理模型

（1）表面氧化模型：從理論上來講，當(dāng)粒子在能量低時(shí)塑料模具表面的氧化物薄膜是不容易被破壞的，氧化動(dòng)力學(xué)是決定塑料模具表面材料氧化變化的主要因素。這時(shí)，塑料模具表面的氧化層起到了一定的保護(hù)作用，沒有出現(xiàn)沖蝕的現(xiàn)象。但是塑料模具表面的金屬保護(hù)膜不斷流失，氧化保護(hù)作用越來越小。如果這個(gè)時(shí)候，塑料模具表面的氧化物沒有發(fā)生任何斷裂，那么就會在很大程度上減少塑料模具表面的沖擊力。因此，塑料模具表面的沖蝕率會有一定程度的下降[2]。

（2）塑脆流失模型：對于一些塑脆流失模型來講，其表面大多存在一種復(fù)合層，這種復(fù)合層的氧化物溫度是復(fù)合層中氧化物的體積分量。因此，塑料模具表面復(fù)合層的沖蝕現(xiàn)象也是塑性的，同時(shí)也是脆性的，這與塑料模具表面的氧化物含量有著密切的關(guān)系，如果氧化物含量很多，那么就是塑性的，如果只有很少的氧化物，那么就是脆性的。氧化皮在整個(gè)塑料模具的沖蝕過程中出現(xiàn)，也是脆性的，但是這種氧化皮與塑料模具表面的粘附不牢固。因此，脆性皮層是在達(dá)到臨界厚度后再進(jìn)行沖蝕流失的，這與表面氧化模型是不一樣的[3]。

2.2 氧化的機(jī)制圖

通過試驗(yàn)對塑料模具進(jìn)行一定時(shí)間的高溫沖蝕后，得出結(jié)構(gòu)：很多塑料模具的表面由于高溫沖蝕而造成破壞，其中有四種破壞的機(jī)制，分別是沖蝕為主、腐蝕促進(jìn)沖蝕、腐蝕抑制沖蝕和腐蝕為主，塑料模具表面金屬高溫沖蝕中失重與環(huán)境溫度的關(guān)系如圖1。

圖1 塑料模具表面高溫沖蝕中材料失重與環(huán)境溫度的關(guān)系

根據(jù)機(jī)制圖還可以發(fā)現(xiàn)，在曲線上第二個(gè)以腐蝕為主的高溫區(qū)域內(nèi)，塑料模型隨著環(huán)境穩(wěn)定的上升，表面材料退化率增加了。

3 氧化的主要因素

3.1 溫度的影響

在塑料模具表面材料中，對氧化影響很大的因素主要是溫度。通過試驗(yàn)研究表明，環(huán)境的溫度越高，塑料模型表面材料的沖蝕和氧化程度也就越強(qiáng)烈。在穩(wěn)定達(dá)到一定程度后，沖蝕的破壞程度進(jìn)一步加深。如果塑料模具表面材料的耐沖蝕度非常高，那么氧化程度也就越高，并且溫度越高，氧化程度也就越劇烈，粒子流失率也隨著增加[4]。

3.2 固體粒子沖擊速度的影響

塑料模具表面在氧化過程中，氧氣與一些其他的物質(zhì)會在塑料模具的表面上產(chǎn)生一定程度的反應(yīng)，這些反應(yīng)會形成一種氧化膜，這種氧化膜如果形成了，就會阻止氧化破壞塑料模具表面，并且溫度對于氧化的影響也在慢慢減小。因此，在塑料模具表面的反應(yīng)速度和參加反應(yīng)物成為了氧化的主要原因。

從塑料模具表面金屬氧化動(dòng)力學(xué)曲線可以得知五種規(guī)律，第一是直線，第二是立方，第三是拋物線，第四是對數(shù)，第五是反對數(shù)。

3.3 塑料模具材料的影響

塑料模具的材料是十分重要的，選用材料的性能主要包括材料本身的耐腐蝕性和抗氧化性。據(jù)有關(guān)部門研究得出，塑料模具的材料流失與溫度關(guān)系非常大。隨著模具材料的抗氧化能力不斷增強(qiáng)，模具表面流失率也隨著減小。對于某種鉻鋼來講，通常情況下會在含氧氣的地方氧化成一種新的物質(zhì)（Cr2O3），但是塑料模具在一定的沖蝕條件下也會形成Cr2O3。并且隨著鉻含量的增高，就越容易形成Cr2O3保護(hù)層，Cr2O3保護(hù)層可以很好地保護(hù)塑料模具[5]。

4 提高塑料模具表面抗高溫沖蝕

對于提高塑料模具表面抗高溫沖蝕性，由于每種塑料模具材料都有自己的使用環(huán)境，不同的使用環(huán)境溫度也各不一樣。因此，塑料模具表面產(chǎn)生的沖蝕和氧化情況也完全不相同。

根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果得出：如果塑料模具材料中的鉻含量越高，則其表面的抗氧化能力也就越強(qiáng)，抗沖蝕能力也越強(qiáng)。如果在塑料模具表面材料中添加金屬Cr，那么就會實(shí)現(xiàn)對Cr的優(yōu)先氧化，在氧化后會形成一層薄薄的氧化膜，這種氧化膜會減少沖蝕和氧化。并且隨著鉻含量的不斷增加，塑料模具表面的材料流失方向也隨高溫的方向移動(dòng)，因此能提高表面抗氧化和耐腐蝕的能力。

此外，如果對塑料模具表面進(jìn)行合理的熱處理也能提高抗氧化和耐腐蝕的能力。最后，采用塑料模具進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，必須要進(jìn)行合理的生產(chǎn)工藝，只有這樣才能控制溫度和塑料粒子的流動(dòng)速度，這樣能減少對塑料模具表面的沖擊力，增強(qiáng)氧化能力，減少沖蝕和氧化現(xiàn)象對塑料模具表面的破壞。

［1］劉穎輝，張偉. 基于斯沃軟件的注塑模具數(shù)控仿真加工實(shí)驗(yàn)開發(fā)[J]. 科技致富向?qū)В?013(18)：28+55.

［2］龔肖新，芮延年. 塑料模具磨損機(jī)制的可行性研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010(08)：242～244.

［3］葛付存. 塑料模具的失效機(jī)理的原因分析[J]. 信息與電腦(理論版 )，2010(01)：42～43.