1.熱處理及表面處理
雖然單純簡(jiǎn)化模具制作工藝是困難的，但根據(jù)各種成型條件，更快更穩(wěn)定制作高性能金屬模具卻是可行的。同時(shí)，還應(yīng)構(gòu)建從海外接受模具制作的訂貨體制。而且，應(yīng)重新評(píng)價(jià)過(guò)去實(shí)施熱處理的模具。就現(xiàn)實(shí)狀況而言，模具制作雖然不能完全避開(kāi)熱處理，但相當(dāng)一部分塑料模具從熱處理型向無(wú)熱處理型轉(zhuǎn)換則是可能的。
1.1熱處理型和無(wú)熱處理型分類
一般以成型樹(shù)脂的組成和壓鑄數(shù)量決定選擇哪種模具材料。也就是說(shuō)樹(shù)脂內(nèi)玻璃纖維（下稱GF）的數(shù)量和壓鑄數(shù)量是選擇模具材料的重要因素。根據(jù)過(guò)去的實(shí)際操作，則可將含35%GF作為分界，將壓鑄數(shù)分為50萬(wàn)（次）以上的熱處理型和50萬(wàn)（次）以下的無(wú)熱處理型。
例如若用含30%GF的樹(shù)脂進(jìn)行30萬(wàn)次以下的成型，在對(duì)30-32HRC的預(yù)硬化鋼實(shí)施N化處理的條件下，且若將含35%GF的樹(shù)脂進(jìn)行50萬(wàn)次的成型，在對(duì)40HRC預(yù)硬化鋼實(shí)施N化和PVD涂鍍條件下，即使不采用熱處理型材料，也可達(dá)到目標(biāo)壓鑄數(shù)量。當(dāng)然，對(duì)含40%-50%GF樹(shù)脂進(jìn)行70萬(wàn)次的壓鑄成型模具，則須將母材進(jìn)行高硬度熱處理，且需作N化和PVD復(fù)合處理，日本不二越工業(yè)公司的不少模具就進(jìn)行了這樣的處理。
1.2熱處理?xiàng)l件和模具質(zhì)量
進(jìn)行熱處理的模具在淬火、回火中產(chǎn)生變形，因此，在滿足熱處理質(zhì)量要求方面應(yīng)盡可能快速冷卻，這與為抵制變形需盡量慢冷之間存在矛盾，要同時(shí)滿足上述兩方面的要求是非常困難的。
模具材料除了要具有好的切削性能之外，還需要減少在熱處理工序中尺寸的變形。最近將冷鍛模具鋼P(yáng)D613和HPM31改良，開(kāi)發(fā)成SLD-Magic和DCMX兩種材料。較之JIS的SKD11，這些改良鋼的性能得到大幅度改善。在塑料成型用金屬模具中，由于主要是進(jìn)行難燃強(qiáng)化樹(shù)脂的成型，故除考慮其耐磨損性和耐蝕性外，還需充分考慮在成型中引起的時(shí)效變化。
由于耐磨損性與硬度成正比，故金屬模具材料采用了硬度60HRC的鋼種。另外，需要注意的是材料硬就會(huì)變脆，故對(duì)于可能產(chǎn)生破損的模具，應(yīng)考慮其延展性（又稱可鍛性），因此，一般將材料硬度控制為56-58HRC。并且，當(dāng)需要考慮耐蝕性時(shí)，原則上采用M（馬氏體）系不銹鋼。在重視耐蝕性的熱處理中，不能析出會(huì)降低防蝕抗力的碳化物。需避免在450℃以上的溫度回火。然而，為了熱處理后實(shí)施N化和涂鍍處理，進(jìn)行高溫回火又是恰當(dāng)?shù)奶幹谩?/p>
為了防止時(shí)效變化，有必要進(jìn)行低溫處理，即回火應(yīng)在不析出碳化物的400℃以下的溫度進(jìn)行。
1.3無(wú)熱處理型模具材料的發(fā)展
在日本國(guó)內(nèi)的塑料成型金屬模具制作中，雖然面臨降低成本、縮短交貨期、提高質(zhì)量的壓力，但在塑料模具使用預(yù)硬化鋼附加表面改質(zhì)的條件下，即使不進(jìn)行熱處理也能滿足使用要求。根據(jù)調(diào)查得知，目前從熱處理型材料轉(zhuǎn)換為硬度40HRC的預(yù)硬化鋼表面改質(zhì)的非熱處理型模具正在急劇增加。預(yù)計(jì)數(shù)年后，預(yù)硬化鋼的硬度將從現(xiàn)在的40HRC左右提高到45HRC左右，從而成為非熱處理型的模具材料。
在模具產(chǎn)業(yè)全球化的背景下，日本國(guó)內(nèi)的模具企業(yè)為了能夠生存下去，必須采取一些對(duì)策。特別要重視成本、交貨期和產(chǎn)品質(zhì)量等重要指標(biāo)，以便能與海外制造的模具競(jìng)爭(zhēng)。硬度40HRC的預(yù)硬化鋼附加表面改質(zhì)的非熱處理型材料的應(yīng)用將會(huì)普遍。然而，這樣處置的使用范圍有限。因此，若匆忙將預(yù)硬化鋼的硬度提高至45HRC左右，可能將難以滿足對(duì)48HRC左右硬度非熱處理型材料的全球化需求。
為了實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)，煉鋼廠家必須組織所定硬度預(yù)硬化鋼的開(kāi)發(fā)。而高硬度化材料的切斷、切削加工等難題的解決時(shí)間，將會(huì)左右非熱處理型預(yù)硬化鋼實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)程。
2.用激光堆焊焊接的金屬模具精密修補(bǔ)技術(shù)
過(guò)去，模具的堆焊焊接修補(bǔ)，一般都采用W極惰性氣體保護(hù)電弧焊（簡(jiǎn)稱TIG焊）。然而，近年由于脈沖激光堆焊.焊接機(jī)的問(wèn)世，使得更細(xì)微、精密的模具修補(bǔ)成為可能。在日本，激光堆焊焊接機(jī)本來(lái)因其精密操作性而用于珠寶飾品加工。但現(xiàn)在已廣泛用于塑料、壓鑄、沖壓等模具的修補(bǔ)。由于可以對(duì)模具零配件、磨損部、缺陷及針孔等以0.01mm內(nèi)的精度進(jìn)行堆焊修補(bǔ)，故作為有效的修補(bǔ)手段，其市場(chǎng)擴(kuò)大、需求高漲，使模具生產(chǎn)廠家和受委托加工業(yè)者都紛紛引進(jìn)此技術(shù)及設(shè)備。
2.1修補(bǔ)技術(shù)的特點(diǎn)
與一般的TIG焊接相比，激光堆焊.焊接具有焊接輸入熱量小，無(wú)需進(jìn)行預(yù)熱和焊后處理等特點(diǎn)，使得過(guò)去不可能進(jìn)行的細(xì)微精密堆焊.焊接成為可能。
由于TIG焊是一邊用焊炬的高熱量熔工件和堆焊材料，一邊進(jìn)行堆焊.焊接，具有焊接速度快，焊合強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)。但因其輸入熱量很大，工件易變形，產(chǎn)生二級(jí)咬邊和應(yīng)力；并且，因毛剌（飛邊）多，造成機(jī)械加工、電火花加工時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用上升等問(wèn)題。另外，對(duì)于細(xì)小部位（如針?shù)N狀尖端、溝狀底部和側(cè)面等），TIG焊是不適合的。
反之，激光堆焊.焊接是脈沖狀激光的點(diǎn)狀照射，對(duì)工件的熱影響極小，不會(huì)造成工件的變形、二級(jí)咬邊等損傷。可以一邊用附屬的顯微鏡確認(rèn)堆焊.焊接部位，一邊進(jìn)行激光焊接操作。并且，由于持續(xù)調(diào)整顯微鏡的焦點(diǎn)和激光焦點(diǎn)的距離，從而可以對(duì)堆焊.焊接部位進(jìn)行準(zhǔn)確照射。當(dāng)然，較之TIG焊接，若用激光進(jìn)行大量堆焊，則有焊接速度慢的缺點(diǎn)。但是，激光焊接精度極高，且可以減少其后精加工時(shí)間和費(fèi)用，加之可以對(duì)狹窄的溝槽、孔穴底部、內(nèi)角等細(xì)小部位進(jìn)行堆焊.接焊，故可認(rèn)為激光焊接是修補(bǔ)塑料成型用金屬模具最佳的技術(shù)。
伴隨塑料成型、壓鑄、沖壓等模具的修補(bǔ)及設(shè)計(jì)的變更，除改造、修正之外，還有機(jī)械部件、精密部件的堆焊.焊接、TIG等焊接不良（如二級(jí)咬邊、針孔等）的修補(bǔ)，以及各類金屬之間的堆焊.焊接等。
2.2堆焊方法與使用
同時(shí)考慮了堆焊.焊接部的材質(zhì)、形狀而調(diào)整了激光脈沖寬度、頻率數(shù)、射束直徑（焦點(diǎn)直徑），從而設(shè)定了最佳的堆焊.焊接條件。由于持續(xù)對(duì)顯微鏡焦點(diǎn)和激光焦點(diǎn)距離進(jìn)行調(diào)整，故容易進(jìn)行條件設(shè)定。首先，為了防止修補(bǔ)部位融合不良，不使用焊絲而僅進(jìn)行激光對(duì)堆焊部位照射。繼而將焊絲尖端插入，少量熔融地進(jìn)行堆焊；然后進(jìn)行正常堆焊，直至形成無(wú)針孔等焊接不良的堆焊層。
3.快速成型工藝
3.1快速成型概要
所謂快速成型，是將實(shí)體對(duì)象的三維形狀用薄層疊置進(jìn)行處理，以主體形狀堆積而實(shí)現(xiàn)物理形狀。
具體是以高精度、超短交貨期、批量生產(chǎn)的金屬模具制作為目標(biāo)，進(jìn)行了金屬粉末激光燒結(jié)技術(shù)和精密切削復(fù)合加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)。
該技術(shù)的基本原理是：
1）首先，用三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)定義最終形狀的立體部件形狀。
2）其次，由此三維形狀數(shù)據(jù)算出等間隔切薄片輪廓形狀的處理，以求出薄片數(shù)據(jù)。
3）以薄片數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，一面利用CO2激光將實(shí)際粉末材料燒結(jié)成薄板狀，一面和已經(jīng)終止成型的下層相接合，經(jīng)激光反復(fù)燒結(jié)后切削精加工輪廓表面。
4）將材料固化、切薄片數(shù)據(jù)反復(fù)疊置，直到與計(jì)算機(jī)上定義的部件形狀相同的物理部件。
3.2實(shí)現(xiàn)注射成型金屬模具的快速成型技術(shù)
在此金屬光造型法中，可以實(shí)現(xiàn)在原來(lái)的模具加工中不可能進(jìn)行的單一工藝加工，故可以期待超短交貨期及低成本的金屬模具制作。在加工法中，可自由地形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還可構(gòu)成三維溫度調(diào)節(jié)回路，可以期待注射成型精度的提高和成型周期的縮短等高功能金屬模具技術(shù)及成型技術(shù)的革新。
本技術(shù)使用的Fe系粉末材以合金鋼粉末為主要成分。利用Ni粉和Cu系粉末的混合粉末開(kāi)發(fā)的造型物也無(wú)微裂紋，最大的彎曲強(qiáng)度、硬度與一般使用的金屬模具用鋼材S50C相同。切削加工而成的試樣表面尺寸精度達(dá)±0.03mm，表面光潔度為20μmR2。
采用此技術(shù)在澆口襯套內(nèi)部設(shè)置了水管，縮短了冷卻時(shí)間，使注射成型工程實(shí)現(xiàn)了高周期化，抵制了金屬模具溫度的上升，從而避免了成型事故，并提高了模具壽命。
3.3塑料成型模具相關(guān)的新技術(shù)
日本將價(jià)格便宜的塑料成型用金屬模具的生產(chǎn)向中國(guó)和韓國(guó)轉(zhuǎn)移。而中國(guó)生產(chǎn)的模具存在一些問(wèn)題，主要是成型塑料產(chǎn)品外觀不良，原因是對(duì)模具中塑料熱分解氣體的抽出和抽氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究不充分。并且，若利用廉價(jià)的材料和循環(huán)材，受其雜質(zhì)的影響，發(fā)生的熱分解氣體多，也易造成產(chǎn)品外觀不良。
有人采用金屬光造型復(fù)合加工機(jī)，但建議使用雙通道方式，結(jié)果縮短了塑料注射成型周期。由于利用局部的低密度層而從金屬間隙吸引熱分解氣體和負(fù)壓，促進(jìn)了樹(shù)脂的填充，在成型后噴出高壓空氣的條件下，促使熱分解氣體排出，在低密度層去除了堵塞孔眼的雜質(zhì)，從而有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。
EOS公司建議采用金屬的直接造型技術(shù)。瑞士Ecoparts公司進(jìn)行了利用DMLS修補(bǔ)破損金屬模具的技術(shù)開(kāi)發(fā)，從而對(duì)損壞模具進(jìn)行有效修補(bǔ)。較之整體制造，可降低成本，節(jié)約時(shí)間。
超高強(qiáng)度的馬氏體時(shí)效處理鋼的抗拉強(qiáng)度達(dá)1900MPa、硬度達(dá)55HRC，業(yè)界最近一直努力將之應(yīng)用于壓鑄金屬模具和注射成型模具的襯墊部件。
Sintermask公司利用生成斷面形狀掩蔽，用10kW紅外燈管，開(kāi)發(fā)了高速熔融熱可塑性樹(shù)脂的疊層造型方式。其最大造型尺寸為300mm×200mm×800mm；只要是聚酰胺材料，就能以每層100μm厚、每小時(shí)700mm的速度造型；若是一次一批拇指大的個(gè)別形狀部件，可以制造3000個(gè)，達(dá)到每個(gè)10秒以下的生產(chǎn)率。
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