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      關(guān)于塑料模具的磨損機(jī)制及其失效機(jī)理

      2015-05-30 12:59:00郭善友
      中國機(jī)械 2015年6期

      郭善友

      摘要:本文通過對塑料磨具的磨損機(jī)制及其失效機(jī)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(jìn)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(jī)制;失效機(jī)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(yán)影響了塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。有些甚至?xí)缭缡?yīng)用效果,導(dǎo)致很大的經(jīng)濟(jì)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(shí)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(jī)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(jìn)行對比實(shí)驗。

      1.2實(shí)驗方案

      (1)不同塑料磨具材料的氧化對比實(shí)驗;

      (2)不同含珞量的塑料磨具材料對比實(shí)驗;

      (3)塑料模具表面等離子噴涂的陶瓷覆層實(shí)驗;

      (4)塑料模具對于表面熱處理的實(shí)驗;

      (5)塑料模具在不同的工藝參數(shù)下所使用的對比實(shí)驗。

      1.3氧化機(jī)理

      經(jīng)過實(shí)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(jī)制圖和物理模型進(jìn)行討論。

      1.3.1氧化的物理模型

      (1)表面氧化模型

      通過實(shí)踐操作表明:當(dāng)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(xué)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(hù)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(hù)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(dāng)粒子能量突破模具表面的承受值,粒子運(yùn)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(fù)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(jī)制圖

      通過對塑料模具表面高溫沖蝕作用的實(shí)踐分析,得出塑料模具表面破壞可以分為四種類型的機(jī)制:沖蝕類型、腐蝕促進(jìn)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(qiáng)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(diǎn),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(qiáng),熱處理后抗腐蝕效果良好,適合在高負(fù)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(qiáng)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(shí)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(qiáng),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(shí)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(dǎo)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(kuò)散的速度,最終達(dá)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(jī)制及其失效機(jī)理的探討具有重要意義,除了上述列出的兩項重點(diǎn)措施外,加強(qiáng)對塑料磨具材料進(jìn)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(xiàn):

      [1]郭幼丹.機(jī)械設(shè)計與制造[J].塑料模具的磨損機(jī)制與失效機(jī)理的研究,2011,(01):12-14

      [2]鮑蕊,張建宇,鄭曉玲,費(fèi)斌軍.DFR腐蝕影響系數(shù)及其試驗測定[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報,2012,(06):78-79

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