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五金模具熱處理的先進技術

發布時間:2019-02-15 15:15:22 星期五
摘要:

2016年6月21日 模具人 一、五金模具熱處理與模具質量的關聯性   1、五金模具的制造精度   組織轉變不 […]

2016年6月21日 模具人 一、五金模具熱處理與模具質量的關聯性

  1、五金模具的制造精度

  組織轉變不均勻、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、裝配和模具使用過程中的變形,從而降低模具的精度,甚至報廢。

  2、五金模具的強度

  熱處理工藝制定不當、熱處理操作不規范、或熱處理設備狀態不完好,造成被處理模具強度(硬度)達不到設計要求。

  3、模具的工作壽命

  熱處理造成的組織結構不合理、晶粒度超標等,導致主要性能如模具的韌性、冷熱疲勞性能、抗磨損性能等下降,影響模具的工作壽命。

  4、五金模具的制造成本

  作為模具制造過程的中間環節或最終工序,熱處理造成的開裂、變形超差及性能超差,大多數情況下會使模具報廢,即使通過修補仍可繼續使用,也會增加工時,延長交貨期,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性,使得這二種技術在現代化的進程中,相互促進,共同提高。近年來,國際上模具熱處理技術發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。

  二、五金模具的真空熱處理技

  真空熱處理技術,是近些年發展起來的一種新型的熱處理技術,它所具備的特點,正是模具制造中所迫切需要的,比如防止加氧化和不脫碳、真空脫氣或除氣,消除氫脆,從而提高材料(零件)的塑性、韌性和疲勞強度。真空加熱緩慢、零件內外溫差較小等因素,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,真空淬火可分為:真空油冷淬火、真空氣冷淬火、真空水冷淬火和真空硝鹽等溫淬火。模具真空熱處理中,主要應用的是真空油冷淬火、真空氣冷淬火和真空回火。為保持工件(如模具)真空加熱的優良特性,冷卻劑和冷卻工藝的選擇及制定非常重要,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,淬火后盡可能采用真空回火,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,如:疲勞性能、表面光亮度、耐腐蝕性等。

  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)的成功開發和應用,使得模具的智能化熱處理成為可能。由于模具生產的小批量(甚至是單件)、多品種的特性,以及對熱處理性能要求高和不允許出現廢品的特點,又使得模具的智能化處理成為必須。

  模具的智能化熱處理包括:

  1、明確模具的結構、用材、熱處理性能要求;

  2、模具加熱過程溫度場、應力場分布的計算機模擬;

  3、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;

  4、加熱和冷卻工藝過程的仿真;

  5、淬火工藝的制定;

  6、熱處理設備的自動化控制技術。

  國外工業發達國家,如美國、日本等,在真空高壓氣淬方面,已經開展了這方面的技術研發,主要針對目標也是模具。

  三、五金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,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、耐腐蝕性能、摩擦系數、疲勞性能等。這些性能的改善,單純依賴基體材料的改進和提高是非常有限的,也是不經濟的,而通過表面處理技術,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展的原因。

  模具的表面處理技術,是通過表面涂覆、表面改性或復合處理技術,改變模具表面的形態、化學成分、組織結構和應力狀態,以獲得所需表面性能的系統工程。從表面處理的方式上,又可分為:化學方法、物理方法、物理化學方法和機械方法。雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術不斷涌現,但在模具制造中,應用較多的主要的滲氮、滲碳和硬化膜沉積。

  1、滲氮

  滲氮工藝有氣體滲氮、離子滲氮和液體滲氮等方式。每一種滲氮方式中,都有若干種滲氮技術,可以適應不同鋼種、不同工件的要求。由于滲氮技術可以形成優良性能的表面,并且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協調,同時,滲氮溫度低,滲氮后不需激烈冷卻,模具的變形極小,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。

  2、滲碳

  模具滲碳的目的,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。由此引入的技術思路是,用較低級的材料,即通過滲碳淬火來代替較高級別的材料,從而降低制造成本。

  3、硬化膜沉積

  硬化膜沉積技術,目前較成熟的是CVD和PVD。為了增加膜層與工件表面的結合強度,現在發展了多種增強型CVD、PVD技術。

  硬化膜沉積技術最早在工具(刀具、刃具、量具等)上應用,效果極佳,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年代開始采用涂覆硬化膜技術。目前的技術條件下,硬化膜沉積技術(主要是設備)的成本較高,仍然只在一些精密、長壽命模具上應用,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。更多的模具如果采用這一技術,可以整體提高我國的模具制造水平。

  四、五金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模具長時間沿用的一種工藝。自上個世紀70年代開始,國際上就提出預硬化的想法,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,所以,預硬化技術的研發投入不大。

  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速度加快,到上個世紀80年代,國際上工業發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(主要用國外進口產品)。

  模具材料的預硬化技術主要在模具材料生產廠家開發和實施。通過調整鋼的化學成分和配備相應的熱處理設備,可以大批量生產質量穩定的預硬化模塊。我國在模具材料的預硬化技術方面,起步晚,規模小,目前還不能滿足國內模具制造的要求。

  采用預硬化模具材料,可以簡化模具制造工藝,縮短模具的制造周期,提高模具的制造精度。可以預見,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。

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