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模具的热处理工艺

2017-08-12 17:29:42
发布者:宏远机械

从模具失效分析得知,45%的模具失效是由于热处理不当造成的。模具的磨损、粘结均发生在表面,疲劳断裂也往往从表面开始。因此,模具表面的加工质量对提高模具寿命是非常重要的。但实际上由于加工痕迹的存在,热处理时表面氧化脱碳在所难免。因而,模具的表面性能反而比基体差。采用热处理新技术是提高模具性能的经济而有效的重要措施。模具热处理工艺包括基体强韧化和表面强化处理。

1、模具零件基体的强韧化处理

基体的强韧化在于增强基体的强度和韧性,减少断裂和变形。对普通冷作模具钢,采用低温淬火与低温回火处理,可收到增强韧性、减少脆性与折断的良好效果。基体的强韧化,还可采用形变热处理。形变热处理是把钢的强化与相变强化结合起来的一种强韧化工艺。形变热处理的强韧化本质在于获得细小的奥氏体晶粒、细化马氏体增加了马氏体中的位错密度并形成胞状亚结构,同时促进碳化物的弥散硬化作用。

2、模具的表面强化处理

表面强化的主要目的是增强模具表面的耐磨性、耐疲劳性和抗冲击性能。模具表面强化处理工艺一般有表面涂覆处理、化学热处理和表面加工处理3种方法。

(1)表面涂覆处理提高冲压模具寿命。表面涂覆处理是通过物理覆盖、沉积等,在工件表面覆盖一层与基体不同的金属化合物。可以提高模具的硬度、耐磨性和耐蚀性。应用广泛的主要有电镀技术、镀膜技术等。电镀技术常用的有电镀铬和复合电镀。

电镀铬是在各种基体材料上镀较厚的铬层,镀层厚度一般在20pm以上。由于镀层较厚,能发挥镀铬层硬度高、耐磨的特点,没有穿透腐蚀的问题。该方法既可以提高模具表面的耐磨性同时也可以降低模具表面的粗糙度,对提高模具的寿命是很显著的。

复合电镀中常用的是减摩复合电镀。如果冷挤压模具的工作表面、拉深凹模的表面有良好的润滑层,对制品的成形、表面质量的提高以及模具寿命的提高是不言而喻的。

(2)化学热处理提高冲压模具寿命。化学热处理是将模具零件加热到一定温度与介质起化学作用,在零件表面按需要渗人一定量的其他元素,形成一层与基体不同的非金属或化合物层,从而改变表层的化学成分、组织和性能。

(3)表面加工处理提高冲压模具寿命。表面加工处理是通过改变金属的表层组织结构来强化表面,从而提高冲压模具的使用寿命。表面加工处理由于时间短、效率高,在使模具表面层组织发生变化、耐磨性提高、获得与心部不同组织和性能的同时,表面氧化、脱碳极微。这对工件形状和表面粗糙度的维持是非常有利的。表面加工处理的方法很多,   常用的方法有火焰表面加热淬火、喷丸表面强化和电火花表面强化等,这些方法设备简单,操作方便,如下面所述。

1)火焰表面加热淬火。通过喷嘴将火焰(通常用氧一乙炔)喷射到工件表面,将工件迅速加热到淬火温度,然后在规定的冷却介质中冷却到室温的热处理工艺。该方法设备简单、操作方便,适合于大型模具零件和小批量、多品种模具零件的处理。在使用火焰表面加热淬火处理工件时应注意防止过热,避免氧化和晶粒粗大化。往往在淬火后采用180-200℃进行回火。大型零件采用火焰局部加热或自回火。

2)喷丸表面强化。利用大量钢丸(钢丸的直径一般为0.3-1.7mm)高速打击已经成形并热处理后的模具零件表面,由于l员1形钢丸的高速反复锤击,使工件表面产生冷硬层和残余压应力,同时削平了冲模零件的加工刀痕,改善了磨削加工和电加工的表面粗糙度(约0.5一1级)。通过喷丸表面强化,可以显著提高模具表层的疲劳强度、减少模具表面缺陷,提高模具寿命。如用Cr12制作的洗衣机定转子落料冲裁模,未经喷丸处理,模具刃磨的寿命是1.2-3.2万次,经喷丸处理后,刃磨寿命可以超过11万次。

3)电火花表面强化。利用工具电极与工件间在气体中产生的火花放电作用,把作为电极的导电材料融进工件表层,形成合金化的表面强化层。该方法因电极材料的沉积发生有规律的较小的长大,除此之外,模具没有其他变形,其心部的组织和性能也不发生变化。电火花表面强化主要包括超高速淬火、渗碳、渗氮、电极材料的转移等。电火花超高速淬火时,火花放电在模具表面的极小面积上产生高温,使该处的金属熔化和部分汽化,当火花放电在极短的时间内停止后,被加热了的金属会以很快的速度冷却下来。这相当于对模具表面层进行了超速淬火,但被加工零件的心部结构组织并没有发生变化。


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