模具熱處理技術(shù)的發(fā)展趨勢
/ 2021/6/5 13:41:01
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一、熱處理與
模具質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性
1、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(guò)大，造成模具在熱處理后的加工、裝配和模具使用過(guò)程中的變形，從而降低模具的精度，甚至報廢。
2、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(tài)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、模具的制造成本
作為模具制造過(guò)程的中間環(huán)節或最終工序，熱處理造成的開(kāi)裂、變形超差及性能超差，大多數情況下會(huì )使模具報廢，即使通過(guò)修補仍可繼續使用，也會(huì )增加工時(shí)，延長(cháng)交貨期，提高模具的制造成本。
正是熱處理技術(shù)與模具質(zhì)量有十分密切的關(guān)聯(lián)性，使得這二種技術(shù)在現代化的進(jìn)程中，相互促進(jìn)，共同提高。近年來(lái)，國際上模具熱處理技術(shù)發(fā)展較快的領(lǐng)域是真空熱處理技術(shù)、模具的表面強化技術(shù)和
模具材料的預硬化技術(shù)。
二、模具的真空熱處理技術(shù)
真空熱處理技術(shù)，是近些年發(fā)展起來(lái)的一種新型的熱處理技術(shù)，它所具備的特點(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(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)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)程主要采用油冷和氣冷。
對于熱處理后不再進(jìn)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(zhì)量相關(guān)的機械性能，如：疲勞性能、表面光亮度、耐腐蝕性等。
熱處理過(guò)程的計算機模擬技術(shù)（包括組織模擬和性能預測技術(shù)）的成功開(kāi)發(fā)和應用，使得模具的智能化熱處理成為可能。由于模具生產(chǎn)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(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、明確模具的結構、用材、熱處理性能要求；
2、模具加熱過(guò)程溫度場(chǎng)、應力場(chǎng)分布的計算機模擬；
3、模具冷卻過(guò)程溫度場(chǎng)、相變過(guò)程和應力場(chǎng)分布的計算機模擬；
4、加熱和冷卻工藝過(guò)程的仿真；
5、淬火工藝的制定；
6、熱處理設備的自動(dòng)化控制技術(shù)。
國外工業(yè)發(fā)達國家，如美國、日本等，在真空高壓氣淬方面，已經(jīng)開(kāi)展了這方面的技術(shù)研發(fā)，主要針對目標也是模具。
三、模具的表面處理技術(shù)
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(guān)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(lài)基體材料的改進(jìn)和提高是非常有限的，也是不經(jīng)濟的，而通過(guò)表面處理技術(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)得到迅速發(fā)展的原因。
模具的表面處理技術(shù)，是通過(guò)表面涂覆、表面改性或復合處理技術(shù)，改變模具表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結構和應力狀態(tài)，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(xué)方法、物理方法、物理化學(xué)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(shù)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(shù)，可以適應不同鋼種、不同工件的要求。由于滲氮技術(shù)可以形成優(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)調，同時(shí)，滲氮溫度低，滲氮后不需激烈冷卻，模具的變形極小，因此，模具的表面強化是采用滲氮技術(shù)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(shù)思路是，用較低級的材料，即通過(guò)滲碳淬火來(lái)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(shù)，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(fā)展了多種增強型CVD、PVD技術(shù)。
硬化膜沉積技術(shù)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(gè)世紀80年代開(kāi)始采用涂覆硬化膜技術(shù)。目前的技術(shù)條件下，硬化膜沉積技術(shù)（主要是設備）的成本較高，仍然只在一些精密、長(cháng)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(huì )大大降低。更多的模具如果采用這一技術(shù)，可以整體提高我國的模具制造水平。
四、模具材料的預硬化技術(shù)
模具在制造過(guò)程中，進(jìn)行熱處理是絕大多數模具長(cháng)時(shí)間沿用的一種工藝。自上個(gè)世紀70年代開(kāi)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(wú)法達到模具的使用硬度，所以，預硬化技術(shù)的研發(fā)投入不大。
隨著(zhù)加工機床和切削刀具性能的提高，模具材料的預硬化技術(shù)開(kāi)發(fā)速度加快，到上個(gè)世紀80年代，國際上工業(yè)發(fā)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(kāi)始采用預硬化模塊（主要用國外進(jìn)口產(chǎn)品）。
模具材料的預硬化技術(shù)主要在模具材料生產(chǎn)廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)和實(shí)施。通過(guò)調整鋼的化學(xué)成分和配備相應的熱處理設備，可以大批量生產(chǎn)質(zhì)量穩定的預硬化模塊。我國在模具材料的預硬化技術(shù)方面，起步晚，規模小，目前還不能滿(mǎn)足國內模具制造的要求。
采用預硬化模具材料，可以簡(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。可以預見(jiàn)，隨著(zhù)加工技術(shù)的進(jìn)步，預硬化模具材料會(huì )用于更多的模具類(lèi)型。
