模具熱處理及表面處理
模具熱處理是保證模具性能的重要工藝過程耽翁。對模具的如下性能有著直接的影響栏渺。
模具的制造精度:組織轉(zhuǎn)變不均勻现喳、不徹底及熱處理形成的殘余應(yīng)力過大造成模具在熱處理后的加工凯傲、 裝配和模具使用過程中的變形,從而降低模具的精度嗦篱,甚至報廢冰单。
模具的強(qiáng)度:熱處理工藝制定不當(dāng)、熱處理操作不規(guī)范或熱處理設(shè)備狀態(tài)不完好灸促,造成被處理模具強(qiáng)度(硬度)達(dá)不到設(shè)計要求诫欠。 模具的工作壽命:熱處理造成的組織結(jié)構(gòu)不合理、晶粒度超標(biāo)等浴栽,導(dǎo)致主要性能如模具的韌性荒叼、冷熱疲勞性能、抗磨損性能等下降典鸡,影響模具的工作壽命被廓。
模具的制造成本作為模具制造過程的中間環(huán)節(jié)或最終工序,熱處理造成的開裂萝玷、變形超差及性能超差嫁乘, 大多數(shù)情況下會使模具報廢,即使通過修補(bǔ)仍可繼續(xù)使用立骄,也會增加工時永努,延長交貨期,提高模具的制造成本辨埃。
正是熱處理技術(shù)與模具質(zhì)量有十分密切的關(guān)聯(lián)性散苦, 使得這二種技術(shù)在現(xiàn)代化的進(jìn)程中,相互促進(jìn)持拐,共同提高勘职。20世紀(jì)80年代以來,國際模具熱處理技術(shù)發(fā)展較快的領(lǐng)域是真空熱處理技術(shù)啰哪、模具的表面強(qiáng)化技術(shù)和模具材料的預(yù)硬化技術(shù)略菜。
模具的真空熱處理技術(shù)
真空熱處理技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一種新型的熱處理技術(shù),它所具備的特點(diǎn)侵宝,正是模具制造中所迫切需要的池粘,比如防止加熱氧化和不脫碳、真空脫氣或除氣省喝,消除氫脆胆誊,從而提高材料(零件)的塑性一死、韌性和疲勞強(qiáng)度。真空加熱緩慢傻唾、零件內(nèi)外溫差較小等因素投慈,決定了真空熱處理工藝造成的零件變形小等。
按采用的冷卻介質(zhì)不同冠骄,真空淬火可分為真空油冷淬火伪煤、真空氣冷淬火、真空水冷淬火和真空硝鹽等溫淬火凛辣。模具真空熱處理中主要應(yīng)用的是真空油冷淬火抱既、真空氣冷淬火和真空回火。為保持工件(如模具)真空加熱的優(yōu)良特性扁誓,冷卻劑和冷卻工藝的選擇及制定非常重要防泵,模具淬火過程主要采用油冷和氣冷。
對于熱處理后不再進(jìn)行機(jī)械加工的模具工作面蝗敢,淬火后盡可能采用真空回火捷泞,特別是真空淬火的工件(模具),它可以提高與表面質(zhì)量相關(guān)的機(jī)械性能前普,如疲勞性能肚邢、表面光亮度辱雅、而腐蝕性等麦荸。
熱處理過程的計算機(jī)模擬技術(shù)(包括組織模擬和性能預(yù)測技術(shù))的成功開發(fā)和應(yīng)用,使得模具的智能化熱處理成為可能怨颜。由于模具生產(chǎn)的小批量(甚至是單件)喷融、多品種的特性,以及對熱處理性能要求高和不允許出現(xiàn)廢品的特點(diǎn)夯架,又使得模具的智能化熱處理成為必須淹摧。模具的智能化熱處理包括:明確模具的結(jié)構(gòu)、用材批痘、熱處理性能要求钾抛;模具加熱過程溫度場、應(yīng)力場分布的計算機(jī)模擬舌恬;模具冷卻過程溫度場衣夏、相變過程和應(yīng)力場分布的計算機(jī)模擬;加熱和冷卻工藝過程的仿真坠行;淬火工藝的制定匙蚣;熱處理設(shè)備的自動化控制技術(shù)。國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家改艇,如美國收班、日本等坟岔,在真空高壓氣淬方面,已經(jīng)開展了這方面的技術(shù)研發(fā)摔桦,主要針對目標(biāo)也是模具社付。
模具的表面處理技術(shù)
模具在工作中除了要求基體具有足夠高的強(qiáng)度和韌性的合理配合外,其表面性能對模具的工作性能和使用壽命至關(guān)重要邻耕。這些表面性能指:耐磨損性能瘦穆、耐腐蝕性能、摩擦系數(shù)赊豌、疲勞性能等扛或。這些性能的改善,單純依賴基體材料的改進(jìn)和提高是非常有限的碘饼,也是不經(jīng)濟(jì)的熙兔,而通過表面處理技術(shù),往往可以收到事半功倍的效果艾恼,這也正是表面處理技術(shù)得到迅速發(fā)展的原因候妻。
模具的表面處理技術(shù),是通過表面涂覆执摆、表面改性或復(fù)合處理技術(shù)柒拌,改變模具表面的形態(tài)、化學(xué)成分缅叔、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)脉裕,以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。從表面處理的方式上趟蛋,又可分為:化學(xué)方法邪船、物理方法、物理化學(xué)方法和機(jī)械方法同嚷。雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術(shù)不斷涌現(xiàn)羔峭,但在模具制造中應(yīng)用較多的主要是滲氮、滲碳和硬化膜沉積甫知。滲氮工藝有氣體滲氮缅钠、離子滲氮、液體滲氮等方式诡蜓,每一種滲氮方式中熬甫,都有若干種滲氮技術(shù),可以適應(yīng)不同鋼種不同工件的要求万牺。由于滲氮技術(shù)可形成優(yōu)良性能的表面罗珍,并且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協(xié)調(diào)性,同時滲氮溫度低脚粟,滲氮后不需激烈冷卻覆旱,模具的變形極小蘸朋,因此模具的表面強(qiáng)化是采用滲氮技術(shù)較早,也是應(yīng)用最廣泛的扣唱。
模具滲碳的目的藕坯,主要是為了提高模具的整體強(qiáng)韌性,即模具的工作表面具有高的強(qiáng)度和耐磨性噪沙,由此引入的技術(shù)思路是炼彪,用較低級的材料,即通過滲碳淬火來代替較高級別的材料正歼,從而降低制造成本辐马。 硬化膜沉積技術(shù)目前較成熟的是CVD、PVD脖耽。為了增加膜層工件表面的結(jié)合強(qiáng)度蔚芥,現(xiàn)在發(fā)展了多種增強(qiáng)型CVD、PVD技術(shù)京多。硬化膜沉積技術(shù)最早在工具(刀具秤皿、刃具、量具等)上應(yīng)用痛慷,效果極佳办溶,多種刀具已將涂覆硬化膜作為標(biāo)準(zhǔn)工藝。模具自上個世紀(jì)80年代開始采用涂覆硬化膜技術(shù)樱炬。目前的技術(shù)條件下抠阴,硬化膜沉積技術(shù)(主要是設(shè)備)的成本較高,仍然只在一些精密消贼、長壽命模具上應(yīng)用毛彼,如果采用建立熱處理中心的方式,則涂覆硬化膜的成本會大大降低异凹,更多的模具如果采用這一技術(shù),可以整體提高我國的模具制造水平兜畸。
模具材料的預(yù)硬化技術(shù)
模具在制造過程中進(jìn)行熱處理是絕大多數(shù)模具長時間沿用的一種工藝努释,自上個世紀(jì)70年代開始,國際上就提出預(yù)硬化的想法咬摇,但由于加工機(jī)床剛度和切削刀具的制約伐蒂,預(yù)硬化的硬度無法達(dá)到模具的使用硬度,所以預(yù)硬化技術(shù)的研發(fā)投入不大肛鹏。隨著加工機(jī)床和切削刀具性能的提高逸邦,模具材料的預(yù)硬化技術(shù)開發(fā)速度加快,到上個世紀(jì)80年代在扰,國際上工業(yè)發(fā)達(dá)國家在在塑料模用材上使用預(yù)硬化模塊的比例已達(dá)到3O%(目前在60%以上)缕减。我國在上世紀(jì)90年代中后期開始采用預(yù)硬化模塊(主要用國外進(jìn)口產(chǎn)品)雷客。
模具材料的預(yù)硬化技術(shù)主要在模具材料生產(chǎn)廠家開發(fā)和實施。通過調(diào)整鋼的化學(xué)成分和配備相應(yīng)的熱處理設(shè)備桥狡,可以大批量生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的預(yù)硬化模塊搅裙。我國在模具材料的預(yù)硬化技術(shù)方面,起步晚裹芝,規(guī)模小部逮,目前還不能滿足國內(nèi)模具制造的要求。
采用預(yù)硬化模具材料臀匹,可以簡化模具制造工藝讲幌,縮短模具的制造周期,提高挠站。
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