表面超硬化處理技術在模具設計的應用

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摘要:隨著制造業的不斷發展，模具制造業也在不斷發展壯大。精密模具的設計與制造對零部件的質量影響很大。為了提高部件的質量，文章針對模具的表面質量、硬度、成本和壽命進行分析,采用了一種特殊的表面處理技術應用于模具生產制造；并對此進行了相關的試驗分析，找到了模具表面質量和模具壽命之間的關系,得出了生產過程中模具的表面變化對模具制造精度和模具壽命的影響。

關鍵詞:表面處理；超硬化；模具設計；模具壽命

目前，精密模具在生產制造中已經起著舉足輕重的作用。其市場發展需求之所以大的原因，主要包括兩個方面:一是零部件不斷更新，導致新模具訂貨量較大；二是各鑄造廠家及模具加工企業都在不斷更新自己的新產品，并結合汽車等零部件需求而不斷下工夫。大型模具制造廠在產品質量上具有明顯的優勢，但是由于管理等原因，成本相對較高；而中小企業，由于技術實力相對落后，生產的模具產品質量相對較差，但是價格較有優勢，尤其是鄉鎮個體企業的模具價格明顯較低。還有一個比較有特性的價格因素，就是模具工藝復雜程度及交貨周期。

1模具表面處理不當問題分析

模具的表面處理是一件復雜的工序，目前表面處理不當的失效形式較多，復雜程度也各不相同。常見的表面處理不當有：變形和開裂、硬度不均勻、表面腐蝕等。造成這些失效的原因也各不相同。但為了解決上述失效問題，我們只有先分析出具體的原因，才能針對這些問題提出相對應的改進方案，進而有效預防失效，提高模具表面質量的目的。1.1變形和開裂。變形與開裂是模具失效最為常見的問題，也是最讓人難以接受的問題。表面磨具變形與開裂的原因也是多種多樣，主要原因包括：材料問題、產品設計工藝問題等。其中材料自身變形是造成模具表面產生變形和開裂的主要原因。倘若設計問題較為復雜，也會對模具的應力影響較大。模具表面質量得不到保障，會使得在使用過程中，對產品本省質量問題造成極大的安全隱患。1.2表面硬度不均勻。現代化生產中模具越來越趨向于大型化，而相應的模具材料的選取逐漸傾向于淬透性低的鋼種。模具制造過程中，模具本身的制造工藝較難把握，生產后處理無法達到準確及時性，極易噪聲模具材料的硬度不均勻。另外，模具加工過程中，淬火溫度高，淬火后再冷卻，過程時間長，模具表面材料冷卻不均勻，冷卻過程夾雜過多，這些都會造成模具表面處理不均勻，從而引起模具表面均勻度較差，工作壽命也因此大打折扣。1.3模具表面局部軟點。模具在制造生產時，表面處理過程中出現有氧化現象極為常見，通常也伴隨有銹蝕等雜物的出現。另外，模具表面淬火后的冷卻過程，摻入各種繡渣等雜物，都會因此引發模具表面的局部軟點現象。局部的軟點，對模具表面的耐磨性能有極大的影響，對模具的可靠性和壽命也有著負面的作用。1.4表面腐蝕。模具表面出現腐蝕現象的原因通常也有多種。如，在模具加熱過程中，對模具表面的保護措施不到位；或者在進行硝酸、硫酸處理過程中，濃度調配不合理，造成模具表面氧化現象嚴重；亦或者，在脫氧工作中，摻雜氧化物，造成材料表面氧化，等等。這些都會引起模具表面的腐蝕現象。如果不能及時有效處理表面腐蝕，對模具的可靠性和壽命都有極大的惡劣影響，對生產和成本的影響也較大。

2熱處理技術的介紹

模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響,目前國內模具表面質量，尤其是是光滑性主要依靠手工打磨的形式處理的。這種形式不僅效率低，而且勞動強度大，質量不穩定。很大程度上影響了我國模具的發展速度及產品質量。另外，有些模具內部結構空間狹小，無法打磨。而模具熱處理技術這可以很好的保證模具性能。具體對模具的性能影響有以下幾點。2.1模具的制造精度。模具制造精度主要受到鋼組織轉變不均勻、不徹底及熱處理形成的殘余應力過大等因數的影響，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，甚至造成模具的報廢。2.2模具的強度。模具強度直接影響著制造部件的變形量，目前影響模具強度的因素主要有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好等。2.3模具的工作壽命。模具使用壽命是直接關系企業經濟效益的重要因素。目前造成模具壽命比較短的原因有熱處理造成的組織結構不合理、晶粒度超標等。這些因素會導致模具的韌性、冷熱疲勞性能、抗磨損性能等下降，減少模具的工作壽命，進而增加企業生產成本。

3精鑄模具的表面處理技術及應用

目前模具生產制造中，精鑄模具是要求精度最高的一種。精鑄模具在模具表面強度和剛度上有比較嚴格的要求，同時針對模具本身的工作性及使用壽命也是有較高的要求。就使用壽命而言，一般要求模具的使用壽命超過零部件本身的使用壽命，有的甚至高達10年以上。目前常用生產的模具是難以達到此要求的。現在有些企業通過采用些特殊的材料來提高模具本省的強度和壽命，但是這種方式的成本價格較高，不利于企業的長期發展。經過最新表面處理技術的研究與使用，使得模具在表面剛度、強度以及韌性等方面都有了很大的提高，同時，表面熱處理技術所需要的成本較低，而且熱處理技術可以針對各種模具重復使用。這樣一來不僅提高了生產的效率，而且還有效降低了生產成本，為企業的可持續發展起到事半功倍的效果。目前表面熱處理技術主要有：化學方法、物理方法、機械方法以及他們之間相互結合方法，而在精鑄模具中常用的方法主要是化學方法和物理方法，其中以滲氮、滲碳和硬化膜沉積為主要方法。滲氮工藝也分為氣體滲氮、離子滲氮、液體滲氮等方式。目前就模具表面處理技術來說，滲氮技術是發展相對較早,應用最廣泛的。模具滲碳的目的是為了提高模具的整體強韌性,使模具的工作表面具有高的強度和耐磨性,進而降低制造成本。模具表面超硬化處理技術已經在各大企業中廣泛應用。經過試驗對比分析，我們可以明顯看出：模具在表面強度和剛度上，前后相差近一倍之多。有效的提高了模具耐磨性,減少模具制造后續的拋光工序，提高了模具產品質量及使用壽命。

4小結

經過模具表面超硬化處理技術的研究分析，我們掌握了各類表面熱處理技術，為后期進一步研究零部件表面處理作出了鋪墊。

參考文獻

[1]何柏林.模具材料及表面強化技術[M].化學工業出版社,2009.

作者:王建國 單位:安徽三聯學院