模具熱處理是保證模具性能的重要工藝過程螺句。它對模具的如下性能有著直接的影響减磷。
模具的制造精度:組織轉變不均勻港苗、不徹底及熱處理形成的殘余應力過大造成模具在熱處理后的加工披痕、裝配和模具使用過程中的變形萤野,從而降低模具的精度,甚至報廢诞只。
模具的強度:熱處理工藝制定不當杜诲、熱處理操作不規(guī)范或熱處理設備狀態(tài)不完好,造成被處理模具強度(硬度)達不到設計要求包惹。
模具的工作壽命:熱處理造成的組織結構不合理茵软、晶粒度超標等,導致主要性能如模具的韌性箫乳、冷熱疲勞性能枷瀑、抗磨損性能等下降,影響模具的工作壽命浊丑。
模具的制造成本:作為模具制造過程的中間環(huán)節(jié)或最終工序常枢,熱處理造成的開裂、變形超差及性能超差湖笨,大多數(shù)情況下會使模具報廢旗扑,即使通過修補仍可繼續(xù)使用蹦骑,也會增加工時,延長交貨期肩豁,提高模具的制造成本。
正是熱處理技術與模具質量有十分密切的關聯(lián)性辫呻,使得這二種技術在現(xiàn)代化的進程中清钥,相互促進,共同提高放闺。20世紀80年代以來祟昭,國際模具熱處理技術發(fā)展較快的領域是真空熱處理技術、模具的表面強化技術和模具材料的預硬化技術怖侦。
模具的真空熱處理技術
真空熱處理技術是近些年發(fā)展起來的一種新型的熱處理技術篡悟,它所具備的特點,正是模具制造中所迫切需要的匾寝,比如防止加熱氧化和不脫碳搬葬、真空脫氣或除氣,消除氫脆黍鸡,從而提高材料(零件)的塑性芜监、韌性和疲勞強度。真空加熱緩慢秀坤、零件內外溫差較小等因素锦售,決定了真空熱處理工藝造成的零件變形小等。
按采用的冷卻介質不同荒懒,真空淬火可分為真空油冷淬火茉蔗、真空氣冷淬火、真空水冷淬火和真空硝鹽等溫淬火装芬。模具真空熱處理中主要應用的是真空油冷淬火锚躺、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)良特性援栗,冷卻劑和冷卻工藝的選擇及制定非常重要先赛,模具淬火過程主要采用油冷和氣冷。
對于熱處理后不再進行機械加工的模具工作面惋肾,淬火后盡可能采用真空回火挪确,特別是真空淬火的工件(模具),它可以提高與表面質量相關的機械性能暖夭,如疲勞性能锹杈、表面光亮度、而腐蝕性等迈着。
熱處理過程的計算機模擬技術(包括組織模擬和性能預測技術)的成功開發(fā)和應用竭望,使得模具的智能化熱處理成為可能邪码。由于模具生產(chǎn)的小批量(甚至是單件)、多品種的特性咬清,以及對熱處理性能要求高和不允許出現(xiàn)廢品的特點闭专,又使得模具的智能化熱處理成為必須。模具的智能化熱處理包括:明確模具的結構旧烧、用材影钉、熱處理性能要求;模具加熱過程溫度場掘剪、應力場分布的計算機模擬平委;模具冷卻過程溫度場、相變過程和應力場分布的計算機模擬夺谁;加熱和冷卻工藝過程的仿真廉赔;淬火工藝的制定;熱處理設備的自動化控制技術固荷。國外工業(yè)發(fā)達國家祥怖,如美國、日本等应婴,在真空高壓氣淬方面洋虫,已經(jīng)開展了這方面的技術研發(fā),主要針對目標也是模具悠衔。
模具的表面處理技術
模具在工作中除了要求基體具有足夠高的強度和韌性的合理配合外权疾,其表面性能對模具的工作性能和使用壽命至關重要。這些表面性能指:耐磨損性能锡褂、耐腐蝕性能满律、摩擦系數(shù)、疲勞性能等估褐。這些性能的改善咖迄,單純依賴基體材料的改進和提高是非常有限的,也是不經(jīng)濟的酝侯,而通過表面處理技術溉浙,往往可以收到事半功倍的效果,這也正是表面處理技術得到迅速發(fā)展的原因蒋荚。
模具的表面處理技術戳稽,是通過表面涂覆、表面改性或復合處理技術期升,改變模具表面的形態(tài)惊奇、化學成分、組織結構和應力狀態(tài)播赁,以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程颂郎。從表面處理的方式上吼渡,又可分為:化學方法、物理方法乓序、物理化學方法和機械方法寺酪。雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術不斷涌現(xiàn),但在模具制造中應用較多的主要是滲氮替劈、滲碳和硬化膜沉積寄雀。
滲氮工藝有氣體滲氮、離子滲氮跳蚓、液體滲氮等方式疑惨,每一種滲氮方式中房包,都有若干種滲氮技術抠建,可以適應不同鋼種不同工件的要求。由于滲氮技術可形成優(yōu)良性能的表面他案,并且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協(xié)調性盛己,同時滲氮溫度低,滲氮后不需激烈冷卻质驻,模具的變形極小弊肢,因此模具的表面強化是采用滲氮技術較早,也是應用最廣泛的汁匪。
模具滲碳的目的蠕为,主要是為了提高模具的整體強韌性,即模具的工作表面具有高的強度和耐磨性贩俺,由此引入的技術思路是艘珊,用較低級的材料,即通過滲碳淬火來代替較高級別的材料洋魂,從而降低制造成本绷旗。
硬化膜沉積技術目前較成熟的是CVD、PVD副砍。為了增加膜層工件表面的結合強度衔肢,現(xiàn)在發(fā)展了多種增強型CVD、PVD技術豁翎。硬化膜沉積技術最早在工具(刀具角骤、刃具、量具等)上應用心剥,效果極佳启搂,多種刀具已將涂覆硬化膜作為標準工藝。模具自上個世紀80?代開始采用涂覆硬化膜技術刘陶。目前的技術條件下胳赌,硬化膜沉積技術(主要是設備)的成本較高牢撼,仍然只在一些精密、長壽命模具上應用疑苫,如果采用建立熱處理中心的方式熏版,則涂覆硬化膜的成本會大大降低,更多的模具如果采用這一技術恒建,可以整體提高我國的模具制造水平系亭。
模具材料的預硬化技術
模具在制造過程中進行熱處理是絕大多數(shù)模具長時間沿用的一種工藝,自上個世紀70年代開始差赂,國際上就提出預硬化的想法晋合,但由于加工機床剛度和切削刀具的制約,預硬化的硬度無法達到模具的使用硬度拨俏,所以預硬化技術的研發(fā)投入不大掐腕。隨著加工機床和切削刀具性能的提高,模具材料的預硬化技術開發(fā)速度加快智复,到上個世紀80年代捺再,國際上工業(yè)發(fā)達國家在塑料模用材上使用預硬化模塊的比例已達到30%(目前在60%以上)。我國在上世紀90年代中后期開始采用預硬化模塊(主要用國外進口產(chǎn)品)光樱。
模具材料的預硬化技術主要在模具材料生產(chǎn)廠家開發(fā)和實施糜隶。通過調整鋼的化學成分和配備相應的熱處理設備,可以大批量生產(chǎn)質量穩(wěn)定的預硬化模塊尿愿。我國在模具材料的預硬化技術方面会激,起步晚,規(guī)模小呛梆,目前還不能滿足國內模具制造的要求锐涯。
采用預硬化模具材料,可以簡化模具制造工藝削彬,縮短模具的制造周期全庸,提高模具的制造精度∪谕矗可以預見壶笼,隨著加工技術的進步,預硬化模具材料會用于更多的模具類型雁刷。
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