模具熱處理技術的發(fā)展趨勢
/ 2021/6/5 13:41:01
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一、熱處理與
模具質量的關聯(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大，造成模具在熱處理后的加工、裝配和模具使用過程中的變形，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(guī)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
作為模具制造過程的中間環(huán)節(jié)或最終工序，熱處理造成的開裂、變形超差及性能超差，大多數(shù)情況下會使模具報廢，即使通過修補仍可繼續(xù)使用，也會增加工時，延長交貨期，提高模具的制造成本。
正是熱處理技術與模具質量有十分密切的關聯(lián)性，使得這二種技術在現(xiàn)代化的進程中，相互促進，共同提高。近年來，國際上模具熱處理技術發(fā)展較快的領域是真空熱處理技術、模具的表面強化技術和
模具材料的預硬化技術。
二、模具的真空熱處理技術
真空熱處理技術，是近些年發(fā)展起來的一種新型的熱處理技術，它所具備的特點，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(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，模具淬火過程主要采用油冷和氣冷。
對于熱處理后不再進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量相關的機械性能，如：疲勞性能、表面光亮度、耐腐蝕性等。
熱處理過程的計算機模擬技術（包括組織模擬和性能預測技術）的成功開發(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(xiàn)廢品的特點，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、模具加熱過程溫度場、應力場分布的計算機模擬；
3、模具冷卻過程溫度場、相變過程和應力場分布的計算機模擬；
4、加熱和冷卻工藝過程的仿真；
5、淬火工藝的制定；
6、熱處理設備的自動化控制技術。
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)開展了這方面的技術研發(fā)，主要針對目標也是模具。
三、模具的表面處理技術
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，單純依賴基體材料的改進和提高是非常有限的，也是不經(jīng)濟的，而通過表面處理技術，往往可以收到事半功倍的效果，這也正是表面處理技術得到迅速發(fā)展的原因。
模具的表面處理技術，是通過表面涂覆、表面改性或復合處理技術，改變模具表面的形態(tài)、化學成分、組織結構和應力狀態(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：化學方法、物理方法、物理化學方法和機械方法。雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術不斷涌現(xiàn)，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，可以適應不同鋼種、不同工件的要求。由于滲氮技術可以形成優(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，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。由此引入的技術思路是，用較低級的材料，即通過滲碳淬火來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，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(xiàn)在發(fā)展了多種增強型CVD、PVD技術。
硬化膜沉積技術最早在工具（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。
模具自上個世紀80年代開始采用涂覆硬化膜技術。目前的技術條件下，硬化膜沉積技術（主要是設備）的成本較高，仍然只在一些精密、長壽命模具上應用，如果采用建立熱處理中心的方式，則涂覆硬化膜的成本會大大降低。更多的模具如果采用這一技術，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
模具在制造過程中，進行熱處理是絕大多數(shù)模具長時間沿用的一種工藝。自上個世紀70年代開始，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，預硬化的硬度無法達到模具的使用硬度，所以，預硬化技術的研發(fā)投入不大。
隨著加工機床和切削刀具性能的提高，模具材料的預硬化技術開發(fā)速度加快，到上個世紀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年代中后期開始采用預硬化模塊（主要用國外進口產(chǎn)品）。
模具材料的預硬化技術主要在模具材料生產(chǎn)廠家開發(fā)和實施。通過調整鋼的化學成分和配備相應的熱處理設備，可以大批量生產(chǎn)質量穩(wěn)定的預硬化模塊。我國在模具材料的預硬化技術方面，起步晚，規(guī)模小，目前還不能滿足國內(nèi)模具制造的要求。
采用預硬化模具材料，可以簡化模具制造工藝，縮短模具的制造周期，提高模具的制造精度?？梢灶A見，隨著加工技術的進步，預硬化模具材料會用于更多的模具類型。
