模具表面处理.doc

通过对模具进行表面处理特别是对模具凸、凹模进行表面超硬化处理是解决工件表面拉伤问题经济而有效有方法。表面处理方法有多种，比较常用的有：镀层方面有镀硬铬、化学镀镍磷、刷镀特种、合金等；化学热处理方面有各类渗氮、渗硼、渗硫等；表面超硬化处理方面有化学气相沉积（CVD）物理化学气沉积（PVD）、TD覆层处理。电镀、化学镀、刷镀是通过电化学或化学反应的方法，在工件表面形成合金镀层，工艺不同，合金镀层性能各异。就耐磨抗咬合用途，目前应用较多的是镀硬铬、化学镀镍磷、刷镀镍钨等合金等。对于成形负荷较轻或大型模具采和这些方法有时可以取得一定的效果。这类表面处理存在问题是一方面由于表面硬化层的硬度相对较低，容易出现磨损，而镀层一旦磨损，拉伤又会出现。另一方面，镀层与基本材料机械结合，在负荷较大的场合，有时使用几次镀层就会剥落，而镀层一旦剥落，其功效也就失去。化学热处理是将工件放入含某种或某几种化学元素的介质中加热保温，通过工件与介质的物理化学作用，将这种或这几种元素渗入工件表面，然后以适当的方式冷却，从而改变了工件表面的成分和组织结构，并赋予工件不同的物理、化学和机械性能。化学热处理的种类很多，根据所渗元素不同分类为：各种渗碳、各种渗氮、各种氮碳或碳氮共渗、渗硼、渗硫、渗铝、渗锌、渗其他各金属等。以耐磨、减磨、抗拉伤为目的的化学热处理目前常用的是：渗碳、渗氮、渗硼、渗硫几种。采用合适的模具材料辅以渗氮、渗硼等化学热处理往往具有较常规钢制模具高得多的抗拉伤性能。在缺乏其他表面处理工艺方法的情况下，这不适为一种较好的选择，也是较常用的方法。就渗氮处理而言，渗氮的化合物层具有很高的抗拉伤性能，但由于其硬化效果有限（一般1200HV以下），且化合物层较薄（10?m左右），其耐磨性有限，而化合物层一旦磨损，拉伤又会出现，所以在大批量生产过程中渗氮处理往往还无法满足生产要求。就渗硼工艺而言，其硬化层硬度可达1800HV，耐磨性较高，但依据经验，渗硼质量的稳定性和渗硼工件变形较大以及渗硼层抗拉伤性能较差是制约该技术在成形类模具上应用的几个重要因素。渗硫技术具有较高的减摩性能，在一些场合也取得了较好的效果，但对于负荷较大的成形类模具、效果有限。表面超硬化处理是指化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、物理化学气相沉积（PVD）、TD覆层处理。这几种表面处理的共同特点是都可以在工件表面形成2000HV以上的硬化层，并具有极高的耐磨抗咬合等性能。实践证明，化学气相沉积（PVD）、TD覆层处理技术是目前解决工件拉伤效果最好的方法，而经物理气相沉积（PVD）和物理化学气相沉积（PCVD）的工件，虽然其表面硬度也可达到2000～3000HV，甚至更高，表面硬化层也具有极高的耐磨、抗拉伤性能，但由于其膜基结合力较CVD和TD覆层处理差距较大，往往在使用过程中过早脱落，发挥不出表面超硬化层的性能特点，因此这两种方法除在载荷较小的情况下有可能具有效果外，一般的成形类模具很难有满意的效果。化学气相沉积（CVD）的碳化钛（TNC）之类的材料，具有极高的硬度（3000HV以上），加上其膜基结合力很高，具有比一般模具材料或经其他表面处理后高得多的耐磨、抗拉伤性能，能够数倍至几十倍地提高模具的使用寿命。其缺点是处理温度高，工件变形大，工件CVD处理完以后，需另外重新加热淬火，而表面沉积层的空气中于400～500°C以上的温度下加热会氧化，因此后续工序要求严格，稍有不慎，表面硬化层就会遭受破坏，严重制约了其在钢模上的应用，而主要应用于硬质合金等无相变的材料。此外，CVD处理过程中的排放物对环境污染较大。TD覆层处理国内又名熔盐渗金属、渗钒等，其原理是通过热扩散作用于工件表面形成一层数微米到数十微米的碳化钒膊恪?覆层处理的主要特点是：覆层硬度较高，TD①硬度可达3000HV左右，具有极高的而磨、抗拉伤、耐蚀等性能；②由于是通过扩散形成的，所以覆层与基体具有冶金结合，这一点对在成形类模具上的应用极其重要；③TD覆层处理后可以直接进行淬火，这一点特别适合于各类模具钢材；④TD覆层处理可以重复进行。大量的实践证明，在成形类模具上采用该技术具有其他表面处理无法比拟的使用效果，在一些场合具有比硬质合金更好的效果。由于TD覆层处理技术的设备相对而言比较简单，成本较低，无公害，目前该技术在日本、美国等都已得到广泛的应用。国内70年代即已开始研究该技术，到目前已有数十家单位对该技术达到长期稳定生产的要求，并已成功应用到汽车、家电、五金、制管、冶金等行业的位伸、弯曲、翻边、辊压成形、冷镦、粉末冶金等类模具上，取得了极优的使用效果。综上所述，解决工件及模具凸、凹模表面拉伤问题的方法很多，对于具体的个案，应根据工件和载荷大小、生产批量、被加工材料的种类等情况选择相应的方法。在所有解决拉伤问题的方法

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