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模具小结
日期:2012-08-09   来源:    浏览次数:1330

  根据成型材料、成形工艺和成型设备的不同,模具分类如下图:

模具分类

  
  模具的失效是指模具丧失了正常的工作能力,其生产出的产品已成为废品。
  模具的基本失效形式是断裂及开裂、磨损、疲劳、及冷热疲劳、变形、腐蚀。而模具的材料对模具的失效有很大的影响:模具材料必须满足模具对塑性变形抗力、断裂抗力、疲劳抗力、硬度、耐磨性、冷热疲劳抗力等性能的要求,否则,可能发生早期失效。如在循环载荷下,如果材料疲劳抗力差,经过一定应力循环后,可能发生疲劳裂纹,并逐渐扩展至模具断裂失效。了解模具失效形式,就可以进一步分析模具的失效原因,找出影响模具失效的各种因素,从而提高模具质量,延缓模具失效。
  
  模具的性能要求:

模具的性能

  
  模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善普及常有氰面处理方法,即扩渗如:渗碳、渗氮、渗硼、渗铬、渗钒外,应发展设备昂贵、工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。
  模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,我国目前仍以手工研磨抛光为主,不仅效率低(约占整个模具周期的1/3),且工人劳动强度大,质量不稳定,制约了我国模具加工向更高层次发展。因此,研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了数控研磨机,可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。另外,由于模具型腔形状复杂,任何一种研磨抛光方法都有一定局限性。应注意发展特种研磨与抛光方法,如挤压研磨、电化学抛光、超声抛光以及复合抛光工艺与装备,以提高模具表面质量。

  模具的表面处理技术
  模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧性的合理配合外,其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。这些表面性能指:耐磨损性能、耐腐蚀性能、摩擦系数、疲劳性能等。这些性能的改善,单纯依赖基体材料的改进和提高是非常有限的,也是不经济的,而通过表面处理技术,往往可以收到事半功倍的效果,这也正是表面处理技术得到迅速发展的原因。
  模具的表面处理技术,是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术,改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态,以获得所需表面性能的系统工程。从表面处理的方式上,又可分为:化学方法、物理方法、物理化学方法和机械方法。虽然旨在提高模具表面性能新的处理技术不断涌现,但在模具制造中应用较多的主要是渗氮、渗碳和硬化膜沉积。
  渗氮工艺有气体渗氮、离子渗氮、液体渗氮等方式,每一种渗氮方式中,都有若干种渗氮技术,可以适应不同钢种不同工件的要求。由于渗氮技术可形成优良性能的表面,并且渗氮工艺与模具钢的淬火工艺有良好的协调性,同时渗氮温度低,渗氮后不需激烈冷却,模具的变形极小,因此模具的表面强化是采用渗氮技术较早,也是应用最广泛的。
  模具渗碳的目的,主要是为了提高模具的整体强韧性,即模具的工作表面具有高的强度和耐磨性,由此引入的技术思路是,用较低级的材料,即通过渗碳淬火来代替较高级别的材料,从而降低制造成本。
  硬化膜沉积技术目前较成熟的是CVD、PVD。为了增加膜层工件表面的结合强度,现在发展了多种增强型CVD、PVD技术。硬化膜沉积技术最早在工具(刀具、刃具、量具等)上应用,效果极佳,多种刀具已将涂覆硬化膜作为标准工艺。模具自上个世纪80年代开始采用涂覆硬化膜技术。目前的技术条件下,硬化膜沉积技术(主要是设备)的成本较高,仍然只在一些精密、长寿命模具上应用,如果采用建立热处理中心的方式,则涂覆硬化膜的成本会大大降低,更多的模具如果采用这一技术,可以整体提高我国的模具制造水平。
  
  模具表面处理工艺主要有气体氮化法、离子氮化法、电火花表面强化法、渗硼法 、TD法、PVD法、饺硬铬法、激光表面强化法、堆焊法等离子喷涂法等等。
  离子氮化法是将待处理的模具放在真空容器中,充以一 定的压力的含氮气体(如氮或氮、氢混合气)然后以被处理模具作阴极,以真空容器的罩壁作为 阳极,在阴阳极之间加上400-600伏的直流电压,阴阳极间便产生辉光放电,容器里的气体 被电离,在空间产生大量的电子与离子。在电场的作用下,正离子冲向阴极,以很高速度轰击模具表面,将模具加热。高能正离子冲入模具表面,获得电子,变成氮原子被模具表面吸 收,并向内扩散形成氮化层,离子氮化可提高模具耐磨性和疲劳强度。
  PVD法(物理气相沉积法)是在真空室中,把强化用的金属原子蒸发,或通过荷能粒子的轰击,在一个电流偏压的作用下,将其吸引并沉积到工作表面形成强化层。利用PVD法可在工作表面沉积碳化钛、氮化钛、氧化铝等多种化合物。使用PVD为模腔、孔和热滴道涂层可减少注射压力、压机磨损、以及在模塑件中产生更小的残余应力。
  在模具的工作条件使得模具会被磨损,精度下降。在模具上涂覆涂层后,则当精度有所下降时,可以把涂层褪掉,重新涂覆一层新涂层,提高了模具利用率。PVD沉积温度低,可防止模具尺寸变形;不过,对于形状复杂的模具,IP法并不容易实现均匀涂层,使用温度也不宜太高。另外有不同用途模具材料型号,在这不列出。可查阅的模具涂层资料很少,但模具已成为现代制造不可缺少的部分,可重涂覆的模具发展前途广远。

 

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