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表面超硬化处理技术在模具设计制造中的应用

王建国

（安徽三联学院安徽合肥 230601） ?

摘要随着制造业的不断发展,模具制造业也在不断发展壮大.精密模具的设计与制造对零部件的质量影响很大.为了提高部件的质量,文章针对模具的表面质量、硬度、成本和寿命进行分析,采用了一种特殊的表面处理技术应用于模具生产制造；并对此进行了相关的试验分析,找到了模具表面质量和模具寿命之间的关系, 得出了生产过程中模具的表面变化对模具制造精度和模具寿命的影响.

关键词表面处理；超硬化；模具设计；模具寿命

中图分类号: TG17 文献标识码: C 文章编号: 2095 - 1205 ( 2018 ) 09 - 147 - 02

目前,精密模具在生产制造中已经起着举足轻重的作用.其市场发展需求之所以大的原因,主要包括两个方面:一是零部件不断更新,导致新模具订货量较大；二是各铸造厂家及模具加工企业都在不断更新自己的新产品,并结合汽车等零部件需求而不断下工夫.

大型模具制造厂在产品质量上具有明显的优势,但是由于管理等原因,成本相对较高；而中小企业,由于技术实力相对落后,生产的模具产品质量相对较差,但是较有优势,尤其是乡镇个体企业的模具明显较低.还有一个比较有特性的因素,就是模具工艺复杂程度及交货周期.

1 模具表面处理不当问题分析

模具的表面处理是一件复杂的工序,目前表面处理不当的失效形式较多, 复杂程度也各不相同. 常见的表面处理不当有：变形和开裂、硬度不均匀、表面腐蚀等.造成这些失效的原因也各不相同. 但为了解决上述失效问题, 我们只有先分析出具体的原因, 才能针对这些问题提出相对应的改进方案, 进而有效预防失效,提高模具表面质量的目的.

1.1 变形和开裂

变形与开裂是模具失效最为常见的问题,也是最让人难以接受的问题.表面磨具变形与开裂的原因也是多种多样,主要原因包括：材料问题、产品设计工艺问题等.其中材料自身变形是造成模具表面产生变形和开裂的主要原因.倘若设计问题较为复杂,也会对模具的应力影响较大.模具表面质量得不到保障,会使得在使用过程中,对产品本省质量问题造成极大的安全隐患.

1.2 表面硬度不均匀

现代化生产中模具越来越趋向于大型化,而相应的模具材料的选取逐渐倾向于淬透性低的钢种.模具制造过程中,模具本身的制造工艺较难把握,生产后处理无法达到准确及时性,极易噪声模具材料的硬度不均匀.另外,模具加工过程中,淬火温度高,淬火后再冷却,过程时间长,模具表面材料冷却不均匀,冷却过程夹杂过多,这些都会造成模具表面处理不均匀,从而引起模具表面均匀度较差,工作寿命也因此大打折扣.

1.3 模具表面局部软点

模具在制造生产时,表面处理过程中出现有氧化现象极为常见,通常也伴随有锈蚀等杂物的出现.另外,模具表面淬火后的冷却过程,掺入各种绣渣等杂物,都会因此引发模具表面的局部软点现象.局部的软点,对模具表面的耐磨性能有极大的影响,对模具的可靠性和寿命也有着负面的作用.

1.4 表面腐蚀

模具表面出现腐蚀现象的原因通常也有多种.如,在模具加热过程中, 对模具表面的保护措施不到位；或者在进行硝酸、硫酸处理过程中,浓度调配不合理,造成模具表面氧化现象严重；亦或者,在脱氧工作中,掺杂氧化物,造成材料表面氧化,等等.这些都会引起模具表面的腐蚀现象.如果不能及时有效处理表面腐蚀,对模具的可靠性和寿命都有极大的恶劣影响,对生产和成本的影响也较大.

2 热处理技术的介绍

模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,目前国内模具表面质量, 尤其是是光滑性主要依靠手工打磨的形式处理的.这种形式不仅效率低,而且劳动强度大,质量不稳定.很大程度上影响了我国模具的发展速度及产品质量.另外,有些模具内部结构空间狭小,无法打磨.而模具热处理技术这可以很好的保证模具性能.具体对模具的性能影响有以下几点.

2.1 模具的制造精度

模具制造精度主要受到钢组织转变不均匀、不彻底及热处理形成的残余应力过大等因数的影响,造成模具在热处理后的加工、装配和模具使用过程中的变形,从而降低模具的精度,甚至造成模具的报废.

2.2 模具的强度

模具强度直接影响着制造部件的变形量,目前影响模具强度的因素主要有热处理工艺制定不当、热处理操作不规范或热处理设备状态不好等.

2.3 模具的工作寿命

模具使用寿命是直接关系企业经济效益的重要因素.目前造成模具寿命比较短的原因有热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等.这些因素会导致模具的韧性、冷热疲劳性能、抗磨损性能等下降,减少模具的工作寿命,进而增加企业生产成本.

3 精铸模具的表面处理技术及应用

目前模具生产制造中,精铸模具是要求精度最高的一种.精铸模具在模具表面强度和刚度上有比较严格的要求,同时针对模具本身的工作性及使用寿命也是有较高的要求.就使用寿命而言,一般要求模具的使用寿命超过零部件本身的使用寿命, 有的甚至高达 10 年以上. 目前常用生产的模具是难以达到此要求的.现在有些企业通过采用些特殊的材料来提高模具本省的强度和寿命,但是这种方式的成本较高,不利于企业的长期发展.经过最新表面处理技术的研究与使用,使得模具在表面刚度、强度以及韧性等方面都有了很大的提高,同时,表面热处理技术所需要的成本较低,而且热处理技术可以针对各种模具重复使用.这样一来不仅提高了生产的效率,而且还有效降低了生产成本,为企业的可持续发展起到事半功倍的效果.目前表面热处理技术主要有：化学方法、物理方法、机械方法以及他们之间相互结合方法,而在精铸模具中常用的方法主要是化学方法和物理方法,其中以渗氮、渗碳和硬化膜沉积为主要方法.渗氮工艺也分为气体渗氮、离子渗氮、液体渗氮等方式.目前就模具表面处理技术来说,渗氮技术是发展相对较早,应用最广泛的. 模具渗碳的目的是为了提高模具的整体强韧性,使模具的工作表面具有高的强度和耐磨性,进而降低制造成本.

模具表面超硬化处理技术已经在各大企业中广泛应用.经过试验对比分析, 我们可以明显看出：模具在表面强度和刚度上,前后相差近一倍之多.有效的提高了模具耐磨性,减少模具制造后续的抛光工序,提高了模具产品质量及使用寿命.

4 小结

经过模具表面超硬化处理技术的研究分析,我们掌握了各类表面热处理技术,为后期进一步研究零部件表面处理作出了铺垫.

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