四种模具表面处理技术

国际金属加工网 2019年08月14日

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模具的表面处理技术

模具在工作中,除了要求基体具有足够高的强度和韧性的合理配合外,其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。这些表面性能指:耐磨损性能、耐腐蚀性能、摩擦系数、疲劳性能等。这些性能的改善,单纯依赖基体材料的改进和提高是非常有限的,也是不经济的,而通过表面处理技术,往往可以收到事半功倍的效果,这也正是表面处理技术得到迅速发展的原因。

模具的表面处理技术,是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术,改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态,以获得所需表面性能的系统工程。从表面处理的方式上,又可分为:化学方法、物理方法、物理化学方法和机械方法。虽然旨在提高模具表面性能新的处理技术不断涌现,但在模具制造中,应用较多的主要的渗氮、渗碳和硬化膜沉积。

1、渗氮

渗氮工艺有气体渗氮、离子渗氮和液体渗氮等方式。每一种渗氮方式中,都有若干种渗氮技术,可以适应不同钢种、不同工件的要求。由于渗氮技术可以形成优良性能的表面,并且渗氮工艺与模具钢的淬火工艺有良好的协调,同时,渗氮温度低,渗氮后不需激烈冷却,模具的变形极小,因此,模具的表面强化是采用渗氮技术较早,也是应用最广泛的。

2、渗碳

模具渗碳的目的,主要是为了提高模具的整体强韧性,即模具的工作表面具有高的强度和耐磨性。由此引入的技术思路是,用较低级的材料,即通过渗碳淬火来代替较高级别的材料,从而降低制造成本。

3、硬化膜沉积

硬化膜沉积技术,目前较成熟的是CVD和PVD。为了增加膜层与工件表面的结合强度,现在发展了多种增强型CVD、PVD技术。

硬化膜沉积技术最早在工具(刀具、刃具、量具等)上应用,效果极佳,多种刀具已将涂覆硬化膜作为标准工艺。

模具自上个世纪80年代开始采用涂覆硬化膜技术。目前的技术条件下,硬化膜沉积技术(主要是设备)的成本较高,仍然只在一些精密、长寿命模具上应用,如果采用建立热处理中心的方式,则涂覆硬化膜的成本会大大降低。更多的模具如果采用这一技术,可以整体提高我国的模具制造水平。

4、模具材料的预硬化技术

模具在制造过程中,进行热处理是绝大多数模具长时间沿用的一种工艺。自上个世纪70年代开始,国际上就提出预硬化的想法,但由于加工机床刚度和切削刀具的制约,预硬化的硬度无法达到模具的使用硬度,所以,预硬化技术的研发投入不大。

随着加工机床和切削刀具性能的提高,模具材料的预硬化技术开发速度加快,到上个世纪80年代,国际上工业发达国家在塑料模用材上使用预硬化模块的比例已达到30%(目前在60%以上),我国在上世纪90年代中后期开始采用预硬化模块(主要用国外进口产品)。

模具材料的预硬化技术主要在模具材料生产厂家开发和实施。通过调整钢的化学成分和配备相应的热处理设备,可以大批量生产质量稳定的预硬化模块。我国在模具材料的预硬化技术方面,起步晚,规模小,目前还不能满足国内模具制造的要求。

采用预硬化模具材料,可以简化模具制造工艺,缩短模具的制造周期,提高模具的制造精度。可以预见,随着加工技术的进步,预硬化模具材料会用于更多的模具类型。


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