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              模具工作零件表面強化技術應用研究

              作者:恒力興 發布時間:2020-04-20 14:51點擊:
              模具制造中的外表強化技術是指模具任務零件外表經預處理后,經過單一或復合外表技術處置,使模具任務零件取得所需外表或綜合性能的專業強化技術。該技術的功能性、環保性和增效性等優勢在模具制造本錢、模具質量和模具壽命等方面起著尤為重要的作用。在消費中,綜合思索該技術的特點、模具任務條件和消費的經濟性等要素,選擇眾要素的最佳婚配點,可明顯改善模具壽命、質量,獲取突出的經濟效益。 
              模具任務零件外表強化技術使用研討
              1、外表強化技術在模具制造中的使用現狀
               
              1.1 滲碳外表化學熱處理
              滲碳工藝是一種較常運用(80%以上)的模具外表強化技術,該工藝次要針對塑料模具型腔的外表強化。經滲碳處置后的模具任務零件,可到達“外硬內韌”的效果,即任務零件外表取得硬度、
              耐磨性、疲勞強度等功能的提升,而心部仍堅持原來的塑韌性、強度,契合對模具任務零件使用性能的要求。具有滲速快、滲層深、成本低,且滲層和基體零件之間具有較完滿的結合功能,
              結合層之間完成平穩過渡。但操作溫度較高(900~950℃),尤其是離子滲碳溫度可達1100℃,且滲碳后還需停止相應的熱處理,從而招致模具變形的可能性加大,因而高精度塑料模具不建議采用該項技術。
              氣體滲碳溫度普通為920~950℃,經王榮濱實驗綜合評定:滲碳層外表最合理的含碳量為w(C)0.85%~0.95%,滲層由內向內碳質量分數梯度應平均陡峭,淬火組織中不允許有粗條狀馬氏體,過多殘奧,網狀碳化物和黑色屈氏體。過高的碳質量分數易使模具零件組織中呈現網狀碳化物等惡性組織,影響模具質量和壽命,在后續加工過程中易呈現應力集中,發生龜裂等景象。
              離子滲碳溫度普通為900~960℃,與氣體滲碳比擬,離子滲碳具有效率高、變形小、凈化小、可處置任何外形的模具零件外表等優點,更合適在塑料模具和沖壓模具外表強化加工中使用。
               
              1.2 火焰外表熱噴涂技術
              熱噴涂技術是一種開展極為迅速的外表強化新技術,它是應用熱源(電弧、離子弧、火焰等)將噴涂資料加熱到熔融或半熔融形態,并使其霧化,以一定的速度噴向經過預處理的基體外表,依托物理變化和化學變化,與基體結合的工藝辦法,此結合層,能進步模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等功能,且操作簡便,本錢較低。近年來,該項技術在模具外表強化中的使用失掉進一步開展和完善,廣州有色金屬研究院采用超音速噴涂硬質合金工藝,使Cr12不銹鋼拉深
              模的壽命進步了3~10倍。同時該技術使用在模具修復中也獲得較大提高,如華中科技大學資料成形與模具技術國度重點實驗室的張祥林等采用超音速火焰噴涂(HVOF)技術,在Cr12MoV模具鋼外表制備了納米構造的WC12Co金屬陶瓷涂層,測得涂層均勻剪切強度達150.8MPa,涂層的結合強度大于80 MPa,涂層硬度高于1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修復后,完全能滿足企業的運用要求。
               
              1.3 復合外表電鍍技術
               
              電鍍技術是一種用電化學辦法在基體外表堆積金屬或金屬化處置的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模具外表處置的傳統技術。該技術在近室溫下停止,模具功能簡直不受影響,也不會呈現嚴重變形,
              同時電鍍層的外表粗糙度較低,硬度降低為800HV。但仍存在諸多成績,如:耐蝕性不高,溝槽、深孔無法處置,使其在模具強化中的使用遭到一定限制,目前只可用于強化普通塑料模具的耐磨性,不適用于外形復雜且耐蝕性要求高的塑料模具。
              目前,復合鍍是模具行業中鍍層技術使用最有生機的范疇。復合電刷鍍可強化模具型腔外表,也可用于修復模具型腔外表。研討發現,在模具型腔外表刷鍍非晶態鍍層(0.01~0.02mm),可延長壽命0.5~1.0倍。復合鍍層中可參加微粒的種類較多,且參數調整范圍較寬,可操作性強,充分體現出鍍層的多樣性和綜合性。大連理工大學的于同敏、劉貴昌等將Ni-P-PTFE復合鍍用于UPVC管件模具外表強化,處理UPVC資料對模具外表的腐蝕有分明效果,到達模具成型外表耐磨耐腐蝕等綜合性能要求,但其硬度稍低。為此哈爾濱工業大學的范會玉在Ni-P的根底上,將PTFE與SiC微粒復合,使用在玻璃纖維加強的塑料成型模具中,理論標明可使其壽命進步10倍左右。
               
              1.4 PVD、CVD、PCVD外表鍍膜技術
               
              鍍膜技術也就是氣相堆積技術,是將具有特殊功能的波動化合物堆積于模具任務零件外表,構成超硬鍍膜,使模具任務零件具有優良功能。工業中運用頻率較高的波動化合物次要有TiC、TiN、SiN等。
              物理氣相堆積(PVD)是用物理辦法使鍍膜資料汽化后在基體外表堆積成覆蓋層的實用技術。該技術在20世紀初開端使用,在最近30年開展迅速,成為了一門具有寬廣使用前景的新技術,并逐步向環保型、清潔型趨向開展,次要用于制造精度較高的冷作模具。江西省迷信
              院使用物理研究所的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN涂層處置的冷擠壓凸模停止實踐使用壽命實驗,發現其壽命進步1.5倍以上;廣州有色金屬研究院的林松盛、代明江對物理氣相堆積硬質薄膜在工模具上的使用停止了詳細研討,指出該技術能明顯提高模具的使用壽命和工件加工質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺陷,對外形復雜的模具零件外表停止處置存在一定限制。
              化學氣相堆積(CVD)是在900~2000℃范圍內用化學辦法使氣體在基體資料外表發作化學反應并構成覆蓋層的實用技術。該技術堆積溫度高、涂層結合結實,對模具零件外表外形簡直沒有要求,諸如外形復雜或帶有槽溝及小孔的零件均可停止平均涂覆,補償了物理氣相堆積的相關缺陷,例如在模具外表強化中常常運用的TiC涂層硬度高,耐磨性好,摩擦因數小,減摩性好,抗咬合性強,大幅度提高模具的使用壽命。但CVD法存在處置溫度高,仍需停止淬火處置,會招致較大變形等缺陷,因而在高精度模具的制造中此技術的運用遭到一定限制。
              等離子加強化學氣相堆積(PCVD)是應用輝光放電加強反應物化學活性,促進氣相間的化學反應,在高溫下堆積出優質鍍層的實用技術,是介于CVD和PVD之間的一種處置辦法。用PCVD法將涂層鍍覆在模具任務零件外表,經實踐證明,經濟效益十分可觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的使用停止研討,發現應用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上堆積一層TiC,比無堆積膜層的模具壽命進步10倍以上;將PCVD法用于塑料制品模具上可進步模具壽命1~4倍。北京航空航天大學的熏陶教授籌建了PCVD外表強化技術研討實驗室,自行設計制造了試驗設備和輔佐配套設備,并及時失掉了自然科學基金的贊助。項目組研制了基于PCVD復合滲鍍法的模具外表強化技術,具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力初等優點,適用于一切低溫回火模具和局部高溫回火模具的制備,是目前獨一一種既適用于刀具強化又適用于外形復
              雜的模具外表強化的氣相堆積外表強化技術。由此可見,PCVD技術在模具零件強化范疇中的使用曾經有所成就,
              并且使用前景非常廣闊。
              1.5 高能束流強化技術
               
              高能束流強化技術具有非接觸、準確可控、資料適應性廣、柔性強、質量優、資源浪費和環境友好等綜合優勢,既可用于大批量高效自動化消費,又適用于多種類、小批量加工,甚至個性化產品的訂制,是模具制造業中不可短少的重要技術。其中,離子注入技術以其簡直完滿的強化效果在冷作模具、熱作模具和塑料模具等范疇中失掉廣泛應用,其平均壽命普通可進步2~10倍。有嚴重使用價值。
               
              2、外表強化技術在模具制造中的使用前景瞻望
               
              依據研討,稀土元素可以強化外表,進步滲速,污染波動晶界,同時改善模具零件外表組織、物理化學功能和機械加工功能。把稀土元素使用在復合外表強化技術進程中,可取得愈加分明的效果。如在Ni-Cu-P-MoS2鍍層中參加稀土,可使模具型腔面的耐磨壽命延伸近5倍。除此之外,稀土元素在化學堆積、電堆積、噴涂和激光涂覆等方面都具有分明的改善作用,但效果尚不非常波動,可見稀土元素使用于模具制造將是今后研討的重要方向。
              隨著納米技術的飛速發展,其在進步模具的生產率和壽命方面效果顯著。但該技術還存在許多不完善的中央,尚有許多任務要做,如:復雜的模具型腔外表涂層不平均、堆積參數不明白、針對模具零件外表強化機理未明等成績。
               
              3、結論
               
              模具任務零件外表強化技術可以在一定水平上補償目前模具資料的一些缺乏,并已顯現出極強的發展潛力,但就目前的模具零件外表強化技術而言,仍存在一些缺乏,其使用也遭到一定限制,只需注重研討開發,一定會放慢和完善外表強化技術在模具制造進程中的使用。
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