模具熱處理技術(shù)(shù)的發(fā)(fā)展趨勢(shì)
來(lái)(lái)源:未知作者:admin發(fā)(fā)布時(shí)(shí)間:2017-05-11 17:14
?一、熱處理與模具質(zhì)(zhì)量的關(guān)(guān)聯(lián)(lián)性
1、模具的制造精度
組織轉(zhuǎn)變不均勻、不徹底及熱處理形成的殘余應(yīng)力過(guò)(guò)大,造成模具在熱處理后的加工、裝配和模具使用過(guò)(guò)程中的變形,從而降低模具的精度,甚至報(bào)廢。
2、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)(tài)不完好,造成被處理模具強(qiáng)度(硬度)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。
3、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,導(dǎo)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、模具的制造成本
作為模具制造過(guò)(guò)程的中間環(huán)(huán)節(jié)或最終工序,熱處理造成的開(kāi)(kāi)裂、變形超差及性能超差,大多數(shù)情況下會(huì)(huì )使模具報(bào)廢,即使通過(guò)(guò)修補(bǔ)仍可繼續(xù)使用,也會(huì)(huì )增加工時(shí)(shí),延長(zhǎng)(cháng)交貨期,提高模具的制造成本。
正是熱處理技術(shù)(shù)與模具質(zhì)(zhì)量有十分密切的關(guān)(guān)聯(lián)(lián)性,使得這二種技術(shù)(shù)在現(xiàn)代化的進(jìn)(jìn)程中,相互促進(jìn)(jìn),共同提高。近年來(lái)(lái),國(guó)際上模具熱處理技術(shù)(shù)發(fā)(fā)展較快的領(lǐng)(lǐng)域是真空熱處理技術(shù)(shù)、模具的表面強(qiáng)化技術(shù)(shù)和模具材料的預(yù)硬化技術(shù)(shù)。
二、模具的真空熱處理技術(shù)(shù)
真空熱處理技術(shù)(shù),是近些年發(fā)(fā)展起來(lái)(lái)的一種新型的熱處理技術(shù)(shù),它所具備的特點(diǎn)(diǎn),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(qiáng)度。真空加熱緩慢、零件內(nèi)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(zhì)(zhì)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(yīng)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(yōu)(yōu)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(guò)(guò)程主要采用油冷和氣冷。
對(duì)于熱處理后不再進(jìn)(jìn)行機(jī)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(zhì)(zhì)量相關(guān)(guān)的機(jī)械性能,如:疲勞性能、表面光亮度、耐腐蝕性等。
熱處理過(guò)(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)(shù)(包括組織模擬和性能預(yù)測(cè)技術(shù)(shù))的成功開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)和應(yīng)用,使得模具的智能化熱處理成為可能。由于模具生產(chǎn)(chǎn)的小批量(甚至是單件)、多品種的特性,以及對(duì)熱處理性能要求高和不允許出現(xiàn)廢品的特點(diǎn)(diǎn),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(jié)構(gòu)、用材、熱處理性能要求;
2、模具加熱過(guò)(guò)程溫度場(chǎng)(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)(chǎng)分布的計(jì)算機(jī)模擬;
3、模具冷卻過(guò)(guò)程溫度場(chǎng)(chǎng)、相變過(guò)(guò)程和應(yīng)力場(chǎng)(chǎng)分布的計(jì)算機(jī)模擬;
4、加熱和冷卻工藝過(guò)(guò)程的仿真;
5、淬火工藝的制定;
6、熱處理設(shè)備的自動(dòng)(dòng)化控制技術(shù)(shù)。
國(guó)外工業(yè)(yè)發(fā)(fā)達(dá)國(guó)家,如美國(guó)、日本等,在真空高壓氣淬方面,已經(jīng)(jīng)開(kāi)(kāi)展了這方面的技術(shù)(shù)研發(fā)(fā),主要針對(duì)目標(biāo)也是模具。
三、模具的表面處理技術(shù)(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(duì)模具的工作性能和使用壽命至關(guān)(guān)重要。這些表面性能指:耐磨損性能、耐腐蝕性能、摩擦系數(shù)、疲勞性能等。這些性能的改善,單純依賴(lài)(lài)基體材料的改進(jìn)(jìn)和提高是非常有限的,也是不經(jīng)(jīng)濟(jì)的,而通過(guò)(guò)表面處理技術(shù)(shù),往往可以收到事半功倍的效果,這也正是表面處理技術(shù)(shù)得到迅速發(fā)(fā)展的原因。
模具的表面處理技術(shù)(shù),是通過(guò)(guò)表面涂覆、表面改性或復(fù)合處理技術(shù)(shù),改變模具表面的形態(tài)(tài)、化學(xué)(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)(tài),以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。從表面處理的方式上,又可分為:化學(xué)(xué)方法、物理方法、物理化學(xué)(xué)方法和機(jī)械方法。雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術(shù)(shù)不斷涌現(xiàn),但在模具制造中,應(yīng)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(shù)(shù),可以適應(yīng)不同鋼種、不同工件的要求。由于滲氮技術(shù)(shù)可以形成優(yōu)(yōu)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(xié)(xié)調(diào),同時(shí)(shí),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(qiáng)化是采用滲氮技術(shù)(shù)較早,也是應(yīng)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(qiáng)韌性,即模具的工作表面具有高的強(qiáng)度和耐磨性。由此引入的技術(shù)(shù)思路是,用較低級(jí)的材料,即通過(guò)(guò)滲碳淬火來(lái)(lái)代替較高級(jí)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(shù)(shù),目前較成熟的是CVD和PVD。為了增加膜層與工件表面的結(jié)合強(qiáng)度,現(xiàn)在發(fā)(fā)展了多種增強(qiáng)型CVD、PVD技術(shù)(shù)。
硬化膜沉積技術(shù)(shù)最早在工具(刀具、刃具、量具等)上應(yīng)用,效果極佳,多種刀具已將涂覆硬化膜作為標(biāo)準(zhǔn)工藝。
模具自上個(gè)(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)(kāi)始采用涂覆硬化膜技術(shù)(shù)。目前的技術(shù)(shù)條件下,硬化膜沉積技術(shù)(shù)(主要是設(shè)備)的成本較高,仍然只在一些精密、長(zhǎng)(cháng)壽命模具上應(yīng)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(huì)(huì )大大降低。更多的模具如果采用這一技術(shù)(shù),可以整體提高我國(guó)的模具制造水平。
四、模具材料的預(yù)硬化技術(shù)(shù)
模具在制造過(guò)(guò)程中,進(jìn)(jìn)行熱處理是絕大多數(shù)模具長(zhǎng)(cháng)時(shí)(shí)間沿用的一種工藝。自上個(gè)(gè)世紀(jì)70年代開(kāi)(kāi)始,國(guó)際上就提出預(yù)硬化的想法,但由于加工機(jī)床剛度和切削刀具的制約,預(yù)硬化的硬度無(wú)(wú)法達(dá)到模具的使用硬度,所以,預(yù)硬化技術(shù)(shù)的研發(fā)(fā)投入不大。
隨著(zhù)加工機(jī)床和切削刀具性能的提高,模具材料的預(yù)硬化技術(shù)(shù)開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)速度加快,到上個(gè)(gè)世紀(jì)80年代,國(guó)際上工業(yè)(yè)發(fā)(fā)達(dá)國(guó)家在塑料模用材上使用預(yù)硬化模塊的比例已達(dá)到30%(目前在60%以上),我國(guó)在上世紀(jì)90年代中后期開(kāi)(kāi)始采用預(yù)硬化模塊(主要用國(guó)外進(jìn)(jìn)口產(chǎn)(chǎn)品)。
模具材料的預(yù)硬化技術(shù)(shù)主要在模具材料生產(chǎn)(chǎn)廠(chǎng)家開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)和實(shí)(shí)施。通過(guò)(guò)調(diào)整鋼的化學(xué)(xué)成分和配備相應(yīng)的熱處理設(shè)備,可以大批量生產(chǎn)(chǎn)質(zhì)(zhì)量穩(wěn)定的預(yù)硬化模塊。我國(guó)在模具材料的預(yù)硬化技術(shù)(shù)方面,起步晚,規(guī)模小,目前還不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)模具制造的要求。
采用預(yù)硬化模具材料,可以簡(jiǎn)(jiǎn)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??梢灶A(yù)見(jiàn)(jiàn),隨著(zhù)加工技術(shù)(shù)的進(jìn)(jìn)步,預(yù)硬化模具材料會(huì)(huì )用于更多的模具類(lèi)(lèi)型。