表面处理技术在模具制造中的应用及发展前景探析

表面处理技术在模具制造中的应用及发展前景探析

任冬冬

绍兴双良化工设备有限公司浙江绍兴312368

摘要：模具作为一种高效率、高精度的生产工具，广泛用于电子、机械、农业、化工等各个行业。模具的工作条件恶劣，在使用过程中常承受着各种各样的力的作用，常因磨损、腐蚀、断裂等形式而报废失效，而模具的失效一般都是由表面磨损开始的，模具失效将直接影响到成型产品质量、企业生产经济效益等。模具质量决定一切，那么正确制定制造加工方法、合理选择模具材料及热处理方法，对模具零部件进行相应的表面强化处理，延缓模具材料的表面破坏将有效提高模具质量，延长模具的使用寿命，促使产业利益最大化。

关键词：表面处理技术；模具制造；应用；发展前景

引言

现代模具工业有“不衰亡工业”之称，模具设计与制造技术已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、企业效益和新型产品的开发能力，而模具的工作环境直接影响其使用寿命。除合理选择模具材料、制定正确的制造加工方法以外，需对模具零部件采取相应的表面强化处理技术，提高模具质量，延长其服务年限。

1模具制造表面工程技术的类型

1.1表面化学热处理技术

就模具制造而言，选取热处理技术涵盖内容较多，如渗氮、碳氮等。与一般添加钢件的表面相比，通过表面化处理作业后，其表面的坚硬度、耐磨性更强，除此之外，还能延长模具的使用年限。在模具制造环节应全面掌握该技术，做好表面强化工作，只有这样才能最大限度提升其质量。渗碳是其中常见的一种强化技术，并且渗透工艺在模具生产过程中适合各种模具的生产，经常采用低碳钢或是低碳合金钢等塑料模。这些材质的模具在生产中具有超强的渗透性，并且渗透速度非常快，层次比较深，不管是在成本投入方面还是在生产模具的硬度控制方面都非常方便。建设塑料模具期间，将其进行渗碳之后，在表面会形成含有碳质量达到0．8%～1．0%的渗透表层，经过淬火之后会逐渐强化，再将其进行回火处理后可以有效地提升表层的腔面硬度以及使用耐磨性，提高抗疲劳性，延长模具使用的寿命。当然，在进行渗碳期间需要考虑到表面的晶粒，若是过于粗大，会影响到渗透层的强化，导致模具在使用期间出现脱落现象发生。不同的模具材质在进行渗氮之后出现的效果是不同的。所以，在进行模具表面生产期间需要综合考虑，选择适当的方式进行化学热处理技术应用。

1.2表面热喷涂技术热喷技术

用于模具制造作业，是指选取一定热源加热，如电弧等，在加热环节溶化此类金属粉末、非金属性质等，通过加热源自身产生的热流实现雾化效果，通过相应速度在溶化后向表面渗入进行处理。在经济成本方面，相比其他表面技术，热喷技术具有极大优势，且操作简便，因此在模具制造中得到了大量使用。就目前的资料显示，这种技术在市面上的应用已经高达78%左右，相比较之前应用提升非常明显。创新之后的技术在很多层面上已经逐渐开始投入，并且创造了非常多的效益。尤其是其超音速火焰喷涂技术，使用效果非常明显，获得了很高的评价与肯定。

1.3物理方面

（1）高频表面淬火

这一技术其实就是将模具摆放于一个交变磁场的空间内，使其产生流通的感应电流，实现被加热的目的。电流整个频率越高，就会让被加热的磁场层变得越薄。经过淬火阶段后，因为奥氏体化是处于高温环境中，产生较多晶核，使其感觉长不大，从而形成所谓的细隐晶马氏体。让模具表面的硬度比传统淬火更高，脆度较弱。在一定程度上使得模具的受压力程度明显加强，对于小模具可加强2倍左右，对于大模具可加强25倍左右。其中，所加热的温度跟淬火硬层的厚度都是可以调控的，进而使得模具机械化、自动化，这一表面处理技术应用范围极广。可另一方面它却不易被应用于形状不规则的模具上。

（2）火焰表面淬火

这里的火焰指的就是“乙炔一氧”或“煤气一氧”，对模具实施重点加热。此火焰温度最高可至3。。。摄氏度，可以将其表面直接加热至所需的淬火温度，再经由冷水或冷空气将之立即冷却。在一定程度上可有效地调整加热力度与冷却的时间点，从而巧妙地控制淬火表层整体的厚度和硬性。与上述高频表面淬火比较而言，此技术可谓设备简单，所需成本要求低，可其生产率却偏低，模具表面受热不均匀，在一定程度上较难控制模具质量。这样的话，火焰表面淬火技术对那些小尺寸的零部件较为适用。

（3）激光表面淬火技术

为了提高模具生命周期，激光表面淬火技术被深入研究其中常见的还是激光相变硬化技术。此技术主要是利用激光辐照金属的表层，使其升温，直到相变温度，形成所谓的“奥氏体”，一旦激光束离开模具，凭借热传导，就会发生“自淬火”，让金属表层马上成为“马氏体”。就跟普通的淬火方法相比来看，此技术说承受的温度梯度较高，形成了一种极高硬度淬火组织环境。比普通淬火达到的硬度高至20%，深度至2.5mm。在一定程度上可大幅度地将模具整体的耐磨性跟生命周期提高至最优。

2模具制造中表面工程技术的应用

2.1减缓和消除金属材料表面的变化和损伤

在模具正常使用过程中，所有构件都需承受相应的负荷，长期作用将产生程度不一的各种损害问题。也就是在外观或内部出现模具表面变化现象，这种缺陷式的变化将对材料的使用性能造成极大的影响，如降低材料力学性能、耐磨性等。通过表面技术的合理应用，可对此类表面问题加以修饰、掩盖，能够最大限度提升模具材料的使用性能及可靠性，增加其使用年限。

2.2获得具有特殊功能的表面

使用表面技术在普通的、廉价的材料表面获得某些稀贵金属（如金、铂、钽等）和战略元素（如镍、钴、铬）具有的特殊功能，从而可以节约这些金属材料。比如在Cu中加入Cr可以提高铜的耐腐蚀性能。从Cr－Cu相图可知，用一般的冶金方法不可能产生出Cr含量高于1%的单相铜合金，用激光表面合金化工艺可以在Cu表面获得原子含量为8%、厚约240nm的表面合金层，使耐蚀性大大提高。又如使用离子注入技术在Cu中注入Cr+、Ta+可以提高Cu在H2S气氛中的耐蚀性。

2.3节约能源，降低成本，改善环境

使用表面技术在工件表面制备具有优良性能的涂层，可以达到提高热效率、降低能源消耗的目的。比如热工设备和在高温环境中使用的部件，在表面施加隔热涂层，可以减小热量损失，节省燃料。用先进的表面技术代替污染大的一些技术，可以改善作业环境质量。零件的磨损、腐蚀和疲劳现象发生在表面，通过表面的修复、强化，而不必整体改变材料，使材料物尽其用，可以显著地节约材料。表面工程技术可以补救加工超差废品，节约能源和材料。

2.4再制造工程不可缺少的手段

再制造工程是对因磨损、腐蚀、疲劳、断裂等原因造成的重要零部件的局部失效部位，采用先进的表面工程技术，优质、高效、低成本、少污染地恢复其尺寸并改善其性能的系统性的技术工作。显然，再制造工程可以大量地节省因购置新品、库存备件和管理以及停机等所造成的对能源、原材料和经费的浪费，并极大地减少了环境污染及废物的处理。因此，再制造工程已经迅速发展成为一门新的学科。

结束语

模具表面强化处理的方法还有很多，我们要结合各种模具的工作条件及其使用的经济性等因素综合考虑。通过合适的表面强化技术来改变模具表层的成份和组织，使零件具有“内韧外硬”——内部韧、表面硬、耐磨、耐热、耐蚀、抗疲劳、抗粘结的优异性能，可几倍乃至几十倍地提高模具使用寿命。

参考文献

［1]刘俊英，张国胜，蒋伯平．表面工程技术——工程机械再制造的核心技术［J］．筑路机械与施工机械化，2009（10）：187－189．

［2]尹杰，董松金，刘言学，等．激光加工技术在工程机械制造中的应用探讨［J］．工程机械，2011（9）：127－128．

［3］王昌，于同敏，周锦进．表面工程技术在模具制造中的应用及展望［J］．模具制造，2011（5）：90－91．