電火花技術(shù)在模具業(yè)廣泛應(yīng)用。表面強(qiáng)化技術(shù)不僅能夠提高模具表面耐磨性及其它性能搬挡，而且能夠使模具內(nèi)部保持足夠的強(qiáng)韌性诲要，這對于改善模具的綜合性能、節(jié)約合金元素封豆、大幅度降低成本缔禾、充分發(fā)揮材料的潛力以及更好地利用模具新材料都是十分有效的。實(shí)踐證明恢憋，表面強(qiáng)化處理是提高工模具質(zhì)量和延長模具使用壽命的重要途徑像样”辆酰——電火花線切割機(jī)

　　模具表面強(qiáng)化處理按其原理可分為化學(xué)熱處理、表面涂覆處理和表面加工強(qiáng)化處理莫辨。模具表面強(qiáng)化處理的方法多種多樣傲茄，不僅包括傳統(tǒng)的表面淬火技術(shù)(如感應(yīng)淬火、火焰淬火等)沮榜、熱擴(kuò)滲技術(shù)(如滲碳盘榨、滲氮、碳氮共滲蟆融、滲金屬等)草巡、熱噴涂技術(shù)、堆焊技術(shù)和電鍍硬鉻技術(shù)外型酥，還有近20年來迅速發(fā)展起來的激光表面強(qiáng)化技術(shù)山憨、物理氣相沉積技術(shù)(PVD)、化學(xué)氣相沉積技術(shù)(CVD)弥喉、離子注入技術(shù)等郁竟。由于激光和電子束等新能源的能量集中、加熱迅速由境、加熱層薄棚亩、自激冷卻、變形很小藻肄、無需淬火介質(zhì)硝迁、有利于環(huán)境保護(hù)、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)朝棉，因而在金屬材料特別是模具材料表面強(qiáng)化方面的應(yīng)用越來越廣锁龙。

　　表面工程技術(shù)應(yīng)用于模具表面，可達(dá)到如下目的沧牧。

　　(1)提高模具表面硬度腺拗、耐磨性、耐蝕性和抗高溫氧化性能费赋，大幅度提高模具的使用壽命困碰；

　　(2)提高模具表面抗擦傷能力和脫模能力，提高生產(chǎn)率尽瑰；

　　(3)采用碳素工具鋼或合金鋼西龟，經(jīng)表面涂層或合金化處理后，可達(dá)到甚至超過高合金化模具材料甚至硬質(zhì)合金的性能指標(biāo)奠拢，不僅可以大幅度降低材料成本镣学，而且可以簡化模具制造加工工藝和熱處理工藝，降低生產(chǎn)成本瘟则。

　　(4)可用于模具的修復(fù)黎炉。尤其是電刷鍍技術(shù)可在不拆卸模具的前提下完成對模具的修復(fù)枝秤，且能保證修復(fù)后的工作面仍有足夠的粗糙度，因而倍受工程技術(shù)人員的重視慷嗜。

　　(5)可用于模具表面的紋飾淀弹，以提高其塑料制品的檔次和附加值。

　　1庆械、表面強(qiáng)化技術(shù)在模具制造和修復(fù)中的應(yīng)用

　　(1)表面形變強(qiáng)化技術(shù)薇溃。

　　表面形變強(qiáng)化可以使模具表面產(chǎn)生冷作硬化，改善模具表面的粗糙度缭乘，有效去除電火花加工而產(chǎn)生的表面變質(zhì)層痊焊，提高模具的疲勞強(qiáng)度，抗沖擊磨損性能忿峻，從而達(dá)到提高模具使用壽命的目的。主要適用于落料模辕羽、冷沖模逛尚、冷鐓模和熱鍛模等以疲勞失效形式主的模具。

　　(2)表面熱擴(kuò)滲技術(shù)刁愿。

　　用加熱擴(kuò)散的方式使欲滲金屬或非金屬元素滲入模具的表面街赊，形成表面合金層，從而提高模具表面的耐磨性宋旭、耐腐蝕性以及疲勞強(qiáng)度等性能娘介。其突出特點(diǎn)是擴(kuò)滲層與基材之間是靠形成合金來結(jié)合的(即所謂冶金結(jié)合)，具有很高的結(jié)合強(qiáng)度枯橱，這是其它涂層方法如電鍍用载、噴鍍或化學(xué)鍍、甚至物理氣相沉積技術(shù)所無法比擬的粹岁。熱擴(kuò)滲技術(shù)又稱為熱滲鍍技術(shù)或化學(xué)熱處理技術(shù)[2-3]披蚕。用于熱擴(kuò)滲的元素很多，常用的滲入元素有碳骂领、氮讹渴、硅、硼怒晕、鋁擒欢、釩、鈦嚼吞、鎢和硫等盒件，二元乃至多元共滲工藝以及稀土多元共滲工藝正在模具表面強(qiáng)化或改性中發(fā)揮著越來越大的作用。稀土元素的加入對改善鋼的表層組織結(jié)構(gòu)誊薄、物理履恩、化學(xué)及機(jī)械性能都有極大影響锰茉。稀土元素具有提高滲速(滲速可提高25%～30%，處理時(shí)間可縮短1/3以上)切心、強(qiáng)化表面(稀土元素具有微合金化作用飒筑，能改善表層組織結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化模具表面)绽昏、凈化表面(稀土元素與鋼中P协屡、S、As全谤、Sn肤晓、Sb、Bi认然、Pb等低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)發(fā)生作用补憾，形成高熔點(diǎn)化合物，同時(shí)抑制這些雜質(zhì)元素在晶界上的偏聚反俱，降低滲層脆性等多種功能忱厨。例如，3Cr2W8V鋼制鋁合金壓鑄模經(jīng)900oC×4h稀土硼鋁共滲后炸一，深層厚度30～40μm鲤瞪，硬度1800～2000HV，與基體結(jié)合良好校槐，脆性低揉拯；滲層主要由FeAlB和(FeAl)2B相組成，其抗高溫氧化性能另焕、耐磨性能均優(yōu)于離子氮化和固體滲硼液斩。生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明，該工藝生產(chǎn)周期短橙挽，氧化脫碳容易控制辙恨，零件變形小，表面光潔度高冶驴，使用壽命成倍增長[2]赡模。　

　　(3)堆焊技術(shù)师抄。

　　堆焊技術(shù)主要用于制造雙金屬模具和損壞模具的修復(fù)漓柑。在碳素鋼或鑄鋼基體的表面上，堆焊一層具有特殊性能的表面層叨吮，使其達(dá)到耐磨辆布、耐熱或耐腐蝕的目的，可以節(jié)省大量的貴重金屬，提高材料的使用壽命锋玲，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益景用。一些經(jīng)常在特殊環(huán)境下工作的模具零件，其表面磨損很嚴(yán)重惭蹂，有的甚至破碎或斷裂伞插。采用堆焊工藝進(jìn)行修復(fù)，不僅可以節(jié)省大量的貴重材料盾碗，而且堆焊修復(fù)模具的使用壽命與新制造模具壽命相當(dāng)媚污，有的甚至比新模具的使用壽命還長。例如廷雅，選用文獻(xiàn)[3]研制的新型冷沖模堆焊焊條皿掂，采用堆焊工藝在普通鑄鐵基體上進(jìn)行了大型修邊模具的堆焊制造和損壞模具的堆焊修復(fù)，結(jié)果表明唆逻，采用新型冷沖模堆焊焊條在灰鐵毛坯上堆焊制造大型修邊模具工藝簡單般供，堆焊模具的使用壽命與工具鋼鑲塊模具的使用壽命相當(dāng)[4]。

　　(4)熱噴涂技術(shù)唇墅。

　　熱噴涂是將噴涂材料經(jīng)特定熱源加熱至熔融或半熔融狀態(tài)纠徘，通過高速氣流使其霧化并噴射到工件表面，形成耐磨哆幸、耐腐蝕以及抗高溫等特殊性能涂層的一種表面加工方法。特別適合于大型模具以及嚴(yán)重磨損條件下工作的模具慧贩。熱作模具不僅在較高的溫度環(huán)境下工作凫体，而且遭受磨損、擠壓抡悼、沖擊及冷熱疲勞作用卿俺，可以選用鈷基自熔合金以及陶瓷來提高耐熱磨損性能。例如篮烈，用工具鋼制作的高熔點(diǎn)金屬擠壓模颜说，擠壓溫度在1320℃以上時(shí)只能進(jìn)行一次作業(yè)，采用等離子噴涂0.5～1.0mm的氧化鋁涂層后汰聋，擠壓溫度可達(dá)1650℃门粪，噴涂氧化鋯涂層，擠壓溫度可達(dá)2370℃烹困，模具的使用壽命可延長5~10倍[5]玄妈。　　

　　(5)電鍍及化學(xué)鍍技術(shù)髓梅∧怛撸　　

　　作為模具表面強(qiáng)化技術(shù)，首選鍍鉻層，它具有耐磨酝锅、減摩诡必、耐熱、耐腐蝕搔扁、摩擦系數(shù)低爸舒、防咬合等特點(diǎn)，改善模具表面性能讽益，提高模具壽命功能逊床。主要用于塑料模、橡膠模泞叉、玻璃模等型腔模的表面硬化蚪库。鍍硬鉻層既可以作為模具表面的耐磨層，也可以對舊模具進(jìn)行修復(fù)嫡决。例如塑料膜型腔鍍硬鉻或通過鍍硬鉻進(jìn)行修復(fù)后人杜，不僅模具使用壽命延長，而且壓縮過程中有利于塑料流動(dòng)充滿型腔坷疙，便于脫模皱蝙，塑料件表面光亮。但電鍍層與鋼的結(jié)合強(qiáng)度有限涕肪，以及熱膨脹系數(shù)差異大等問題矮层，不能用于經(jīng)受急冷急熱作用的熱作模。電刷鍍Co-N锌烫、Co-Mo鍍層晓言，化學(xué)鍍Ni-P鍍層，Ni-SiC啸盏、Ni-B彌散鍍層等都在模具表面得到了應(yīng)用重贺，提高了模具的使用壽命，多新的特點(diǎn)而被廣泛用于微電子和光電子工業(yè)回懦，用于沉積多種功能膜層气笙。目前正在耐磨、耐蝕怯晕、裝飾等領(lǐng)域開展應(yīng)用研究潜圃。

　　(6)電火花強(qiáng)化技術(shù)。

　　電火花表面強(qiáng)化技術(shù)是利用電火花放電時(shí)釋放的能量把作為火花放電電極的導(dǎo)電材料(如WC舟茶、TiC)熔滲進(jìn)模具的表面秉犹，起到強(qiáng)化模具表面的作用。模具經(jīng)過電火花強(qiáng)化之后稚晚，為了得到所要求的精度崇堵，可進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪ハ骷庸ぃハ骱蟛⒉粫?huì)影響強(qiáng)化層的硬度和耐磨性(在保持表面層硬度的條件下)。磨削后在強(qiáng)化表面會(huì)殘留微孔鸳劳，將顯著改善配合零件的潤滑條件狰贯，另一方面又可改善耐磨性能。使用壽命可延長數(shù)倍念澜。

　　該方法較其他方法簡單吼闽，效果好，因而它在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用禾样。利用電火花裝置驱香，可強(qiáng)化冷沖模、壓彎模怨瑰、拉深模示奉、擠壓模、壓鑄模和某些熱沖惨琼、熱鍛模具皇铝。一般經(jīng)強(qiáng)化的模具，可提高使用壽命0.5～2倍[7]涧馋。

　　(7)激光表面強(qiáng)化技術(shù)锡胡。近幾年來，激光熱處理技術(shù)在汽車工業(yè)蚜懦、工模具工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用绘雁。它改善金屬材料的耐蝕性，特別是在模具工業(yè)中援所，經(jīng)激光熱處理的模具的組織性能比常規(guī)熱處理有很大的改善咧七。激光表面強(qiáng)化技術(shù)主要包括激光淬火、激光熔凝硬化任斋、激光合金化、激光熔覆等耻涛。

　　1)激光表面淬火废酷；

　　由于激光處理時(shí)的冷速極快，可使奧氏體晶粒內(nèi)部形成的亞結(jié)構(gòu)在冷卻時(shí)來不及回復(fù)及再結(jié)晶抹缕，從而可獲得超細(xì)的隱針馬氏體結(jié)構(gòu)澈蟆，可顯著提高強(qiáng)韌性，延長模具使用壽命∽垦校現(xiàn)用于激光淬火的模具材料有CrWMn趴俘、Cr12MoV、9CrSi奏赘、T10A寥闪、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V、GCr15等椭梁。這些鋼種經(jīng)激光淬火后逼读，其組織性能均得到很大的改善。例如GCr15沖孔模捻奉，把其硬度由HRC58～62降至HRC45～50青先，并用激光進(jìn)行強(qiáng)化處理，白亮層硬度為HV849九站，基體硬度為HV490委鸯，硬化層深度為0.37mm，模具使用壽命提高2倍以上[8]屋骇。又如CrWMn鋼加熱時(shí)易在奧氏體晶界上形成網(wǎng)狀的二次碳化物菲国，顯著增加脆性，降低沖擊韌性辫田，耐磨性也不能滿足要求峻维。采用激光淬火可獲細(xì)馬氏體和彌散分布的碳化物顆粒，消除了網(wǎng)狀嚎论。在淬火回火態(tài)下激光淬火可獲得最大硬化層深度及最高硬度HV1017[9]桐猬。Cr12MoV鋼激光淬火后的硬度、抗塑性變形和抗粘磨損能力均較常規(guī)熱處理有所提高[10]刽肠。W6Mo5Cr4V及W18Cr4V高速鋼激光淬火后具有較常規(guī)淬火更高的硬度,中溫回火可以進(jìn)一步提高激光硬化層的硬度溃肪，這是由于激光超快速加熱時(shí)固溶了更多的碳及合金元素所致。

　　2)激光表面熔凝硬化音五；

　　用高能激光照射模具表面惫撰，被照射區(qū)將以極高的速率熔化，由于熔化區(qū)相對于模具基體來說非常下躺涝，冷卻速度極快厨钻。5CrMiMo滲硼層在激光熔凝處理后，與原始滲硼層相比坚嗜，強(qiáng)化層深度增加夯膀，強(qiáng)化層硬度趨于平緩，滲硼層的脆性得以改善[13]苍蔬。

　　3)激光表面合金化诱建；

　　激光表面合金化是采用激光照射預(yù)先涂敷在模具表面的合金涂敷層，使之熔化并與基體表面混合碟绑，形成物理狀態(tài)武骆、組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分不同于基體的新表層，從而提高模具表面的耐磨性溃杖、耐腐蝕性和高溫抗氧化性等硝锨。CrWMn經(jīng)復(fù)合粉末激光合金化耽慌，可使耐磨性大大提高，其體積磨損量為淬火CrWMn的1/10坊蕴，壽命提高14倍[14]呐取。M2高速鋼激光表面鈷合金化后，表面層Co含量可達(dá)2%～5%扫觅，合金化層中Co含量的變化受激光工藝參數(shù)和預(yù)沉積Co厚度控制拂炉，合金化層硬度可達(dá)700~800HV，再經(jīng)過熱處理后硬度可達(dá)HV1150硅枷，明顯高于M2高速鋼基體[15]旱婚。

　　4)激光表面熔覆；

　　激光表面熔覆采用激光束在選定的模具表面熔覆一層特殊性能的材料太迈，以達(dá)到模具表面具有耐磨针执、耐熱、耐腐蝕等特殊性能围辙。激光表面熔覆與火焰噴焊我碟、等離子噴焊相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：①熔覆層稀釋率低，且可以精確控制姚建；②激光束的能量密度高矫俺，作用時(shí)間短，對模具基體熱影響區(qū)及熱變形均可降低到最小程度掸冤；③熔覆層組織細(xì)密微觀缺陷少厘托，結(jié)合強(qiáng)度高；④熔覆層的尺寸大小和位置可以精確控制稿湿；⑤激光表面熔覆對環(huán)境無污染铅匹，無輻射，噪音低饺藤，勞動(dòng)條件得到較大改善包斑。例如，在有送粉器的2KWCO2激光器上涕俗，對4Cr5MoV1Si基體表面熔覆一層由Ni基高溫合金和WC+W2C粒子組成的高溫耐磨合金粉末罗丰，可獲得多道搭接的大面積高溫耐磨合金。該工藝應(yīng)用于軋鋼機(jī)導(dǎo)向板效果顯著求旷，經(jīng)生產(chǎn)檢驗(yàn)，激光熔覆導(dǎo)向板的壽命較4Cr5MoV1Si鋼導(dǎo)向板提高4倍以上燎匪。另外采用激光熔覆方法還可以將失效的導(dǎo)向板重新熔覆繼續(xù)使用[16]赊手。目前如何避免大型工件的熔覆層開裂以及如何降低激光熔覆成套設(shè)備的成本仍是該方法需要解決的關(guān)鍵問題。

　　(8)物理氣相沉(PVD)购畴。

　　物理氣相沉積技術(shù)具有處理溫度低猫乃、熱畸變小验沮、無公害、容易獲得超硬層责祥、涂層均勻等特點(diǎn)牡增，被應(yīng)用于精密模具表面強(qiáng)化處理，顯示出良好的應(yīng)用效果壳坞。采用PVD處理獲得的TiN層可保證將塑料模的使用壽命提高3～9倍柑耙，金屬壓力加工工具壽命提高3～59倍。例如搂瓣，錄音機(jī)磁頭外殼拉深模采用PVD涂敷TiN處理后雷鸟，可大大提高模具的使用壽命。

　　YG20硬質(zhì)合金模具經(jīng)TiN沉積處理后氢拥，模具壽命可以提高3倍以上蚌铜，但比日本進(jìn)口的硬質(zhì)合金模具的壽命還有一定的差距。

　　(9)化學(xué)氣相沉積(CVD)嫩海。

　　化學(xué)氣相沉積技術(shù)最初發(fā)展的原動(dòng)力是微電子技術(shù)冬殃，用該方法可以在模具表面涂覆厚度為10μm左右的超硬陶瓷材料，如TiN叁怪、TiC审葬、TiB2、Ti(CB)等骂束，使模具表面具有硬度高耳璧、摩擦系數(shù)小、抗粘接性能好展箱、耐磨性旨枯、耐蝕性以及耐氧化性好等優(yōu)點(diǎn)。CVD處理的模具形狀不受任何限制混驰。CVD可以在含碳量大于0.8%的工具鋼攀隔、滲碳鋼、高速鋼捣柿、軸承鋼嚎区、鑄鐵以及硬質(zhì)合金等表面上進(jìn)行。氣相沉積TiC疚都、TiN能應(yīng)用于擠壓模蝶桑、落料模和彎曲模，也適用于粉末成型模和塑料模等哥笤。在金屬模具上涂覆TiC窄切、TiN覆層的工藝，其覆層硬度高達(dá)3000HV协悼，且耐磨性好炫胡、抗摩擦性能提高哈寂、沖模的使用壽命可提高2～12倍。

　　10)離子注入狗城。

　　離子注入是將所需要注入的原子(通常有Ni佑茴、Ti、Ta蚊楞、Cd键闺、B、N等)在加速器的離子源中電力為離子幼驶，然后通過離子加速器的高壓電場將其加速成具有幾萬到幾十萬電子伏的高能離子束流艾杏，再經(jīng)磁分析器提純后，離子束流強(qiáng)行注入固體表面盅藻，獲得所期望的具有特殊物理购桑、化學(xué)或力學(xué)性能的工件表面。

　　從原理上講氏淑，各種工模具材料均可通過離子注入進(jìn)行表面強(qiáng)化勃蜘，改善抗磨損特性并使改性層韌化〖俨校考慮到改性效果和最大經(jīng)濟(jì)效益缭贡，常用合金元素含量較高的中高合金材料。目前研究和應(yīng)用較多的材料為W18Cr4V辉懒、W6Mo5Cr4V2阳惹、W9Mo3Cr4V、Cr12MoV眶俩、H13等琢播。

　　后言—電火花穿孔機(jī)

　　探討表面強(qiáng)化技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用具有重要的實(shí)際意義。通過表面處理荠补，可以改變模具表層的成份和組織茄颈，可使模具具有內(nèi)部韌、表面硬宁线、耐磨去柿、耐熱、耐蝕僻一、抗疲勞幅裳、抗粘結(jié)的優(yōu)異性能，可幾倍乃至幾十倍地提高模具使用壽命冀肆。相對于模具制造的總費(fèi)用來說铆寓，表面強(qiáng)化工藝成本較低，而模具壽命可提高幾倍甚至幾十倍嗤积，具有事半功倍之效虱怖。模具表面強(qiáng)化處理的方法很多，結(jié)合各種模具的工作條件及其使用的經(jīng)濟(jì)性等因素綜合考慮夯秃，正確運(yùn)用表面強(qiáng)化技術(shù)是提高模具壽命的一個(gè)行之有效的重要途徑座咆。盡管表面技術(shù)特別是新型表面強(qiáng)化技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用還相對較少，但隨表面工程技術(shù)的發(fā)展仓洼，表面強(qiáng)化技術(shù)在模具制造領(lǐng)域?qū)?huì)得到極其廣闊的應(yīng)用介陶，必將使模具的選材和制造技術(shù)產(chǎn)生巨大的變化。

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