模具压力加工是机械制造的重要组成部分

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模具压力加工是机械制造的重要组成部分 压铸模具是模具中的一个大类。随着汽车摩托车工业的迅速发展,压铸行业迎来了发展的新时期。同时,也对压铸模具的综合力学性能、寿命等提出了更高的要求。要满足不断提高的使用性能需求仅仅依靠新型模具材料的应用仍然很难满足,必须将各种表面处理技术应用到压铸模具的表面处理当中才能达到对压铸模具高效率、高精度和高寿命的要。。压力铸造是使熔融金属在高压、高速下充满模具型腔而压铸成型,在工作过程中反复与炽热金属接触,因此要求压铸模具有较高的耐热疲劳、导热性耐磨性、耐蚀性、冲击韧性、红硬性、良好的脱模性等。因此,对压铸模具的表面处理技术要求较高近年来,各种压铸模具表面处理新技术不断涌现,但总的来说可以分为以下三个大类

1)传统热处理工艺的改进技术;

  h$ V; B3 N7 w6 |, _  t(2)表面改性技术,包括表面热扩渗处理、表面相变强化、电火花强化技术等;
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传统的压铸模具热处理工艺是淬火-回火,以后又发展了表面处理技术。由于可作为压铸模具的材料多种多样,同样的表面处理技术和工艺应用在不同的材料上会产生不同的效果。史可夫最近提出针对模具基材和表面处理技术的基材预处理技术,在传统工艺的基础上,对不同的模具材料提出适合的加工工艺,从而改善模具性能,提高模具寿命。热处理技术改进的另一个发展方向,是将传统的热处理工艺与先进的表面处理工艺相结合,提高压铸模具的使用寿命。

9 Q$ h' g! u7 j$ o; _% Q, i这一类型中包括有渗碳、渗氮、渗硼以及碳氮共渗、硫碳氮共渗等。

渗碳工艺应用于冷、热作和塑料模具表面强化中,都能提高模具寿命。如3cr2w8v钢制的压铸模具,先渗碳、再经1140～1150℃淬火,550℃回火两次,表面硬度可达hrc56～61,使压铸有色金属及其合金的模具寿命提高1.8～3.0倍。进行渗碳处理时,主要的工艺方法有固体粉末渗碳、气体渗碳、以及真空渗碳、离子渗碳和在渗碳气氛中加入氮元素形成的碳氮共渗等。
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这一类型中包括渗氮、离子渗氮、碳氮共渗、氧氮共渗、硫氮共渗以及硫碳氮、氧氮硫三元共渗等方法。这些方法处理工艺简便、适应性强、扩渗温度较低(一般为480～600℃)、工件变形小,尤其适应精密模具的表面强化,而且氮化层硬度高、耐磨性好,有较好的抗粘模性能。
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' p! b) m! W- Q3cr2w8v钢压铸模具,经调质、520～540℃氮化后,使用寿命较不氮化的模具提高2～3倍。美国用h13钢制作的压铸模具,不少都要进行氮化处理,且以渗氮代替一次回火,表面硬度高达hrc65～70,而模具心部硬度较低、韧性好,从而获得优良的综合力学性能。氮化工艺是压铸模具表面处理常用的工艺,但当氮化层出现薄而脆的白亮层时,无法抵抗交变热应力的作用,极易产生微裂纹,降低热疲劳抗力。因此,在氮化过程中,要严格控制工艺,避免脆性层的产生。最近,国外提出采用二次和多次渗氮工艺。

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少见。如tfi+abi工艺,是在盐浴氮碳共渗后再于碱性氧化性盐浴中浸渍。工件表面发生氧化,呈黑色,其耐磨性、耐蚀性、耐热性均得到了改善。经此方法处理的铝合金压铸模具寿命提高数百小时。
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由于渗硼层的高硬度(feb:hv1800～2300、fe2b:hv1300～1500)、耐磨性和红硬性,以及一定的耐蚀性和抗粘着性,渗硼技术在模具工业中获得较好的应用效果。但因压铸模具工作条件十分苛刻,故渗硼工艺较少应用于压铸模具表面处理中,但近年来,出现了改进的渗硼方法,解决了上述问题,而得以应用于压铸模具的表面处理,如多元、涂剂粉末渗等。

近年来,在模具表面强化中采用加入稀土元素的方法得到广泛推崇。这是因为稀土元素具有提高渗速、强化表面及净化表面等多种功能,它对改善模具表面组织结构,表面物理、化学及力学性能均有极大地影响,可提高渗速、强化表面、生成稀土化合物。同时可消除分布在晶界上微量杂质的有害作用,起着强化和稳定模具型腔表面晶界的作用。另外,稀土元素与钢中的有害元素发生作用,生成高熔点化合物,又可抑制这些有害元素在晶界上偏聚,从而降低深层的脆性等。
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" C% @, m! K# j! c激光表面处理是使用激光束进行加热,使工件表面迅速熔化一定深度的薄层,同时采用真空蒸镀、电镀、离子注入等方法把合金元素涂覆于工件表面,在激光照射下使其与基体金属充分融合,冷凝后在模具表面获得厚度为10～1000m具有特殊性能的合金层,冷却速度相当于激冷淬火。如在h13钢表面采用激光快速熔融工艺进行处理,熔区具有较高的硬度和良好的热稳定性,抗塑性变形能力高,对疲劳裂纹的萌生和扩展有明显的抑制作用。最近,萨哈和达霍特若采用在h13基材上进行激光熔覆vc层的方法,研究表明,获得的模具表面实质是连续、致密无孔的vc钢复合覆层,它不仅有很强的在600℃下的氧化抗力,而且有很强的抗熔融金属还原的能力。电火花沉积金属陶瓷工艺在表面改性技术的不断发展中,出现了一种电火花沉积工艺。该工艺在电场作用下,在母材表面产生瞬间高温、高压区,同时渗入离子态的金属陶瓷材料,形成表面的冶金结合,而母材表面也同时发生瞬间相变,形成马氏体和微细奥氏体组织。

" S; e5 S! S2 i8 @% ^5 ]涂镀技术作为模具强化技术的一种,主要应用在塑料模、玻璃模、橡胶模、冲压模等工作环境相对简单的模具表面处理。压铸模具需要承受冷热应力交替的苛刻环境,所以一般不使用涂镀技术来强化压铸模具表面。但近年来,有报道采用化学复合镀的方法强化压铸模具表面,以提高模具表面抗粘着性、脱模性。

模具压力加工是机械制造的重要组成部分,而模具的水平、质量和寿命则与模具表面强化技术休戚相关。随着科学技术的进步,近年来各种模具表面处理技术出现较大的进展。
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表现在:
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2 N9 H3 l( S0 V1 r2 r①传统的热处理工艺的改进及其与其他新工艺的结合;

7 H! `- l3 D/ N( X4 g$ X1 ]②表面改性技术,包括渗碳、低温热扩渗(各种渗氮、碳氮共渗、离子氮化、三元共渗等)、盐浴热扩渗、渗硼、稀土表面强化、激光表面处理和电火花沉积金属陶瓷等;

③涂镀技术等方面。但对于工作条件极为苛刻的压铸模具而言,现有新的表面处理工艺还无法满足不断增长的要求,可以预计更为先进的技术,也有望应用于压铸模具的表面处理。
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