1、提高模具使用壽命的實(shí)用方法,蘇磊收集整理、 Mail:,隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高,模具的應(yīng)用越越廣泛。但 目前在我國(guó)的許多企業(yè)中，模具的使用壽命還比較低，進(jìn) 相當(dāng)于國(guó)外的。模具壽命低、工作部分精 度保持性差，不僅會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且會(huì)造成模具材 料、加工工時(shí)等成本的巨大浪費(fèi)，大大增加產(chǎn)品的成本并 降低生產(chǎn)效率，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。研究表明：模具 的使用壽命與熱處理不當(dāng)、選材不合適、模具結(jié)構(gòu)不合 理、機(jī)械加工工藝不合理、模具滑潤(rùn)不好、設(shè)計(jì)水平差等 諸多因素有關(guān)。根據(jù)對(duì)大量失效模具的分析統(tǒng)計(jì)，在引起 模具失效的各種因素中，熱處理不當(dāng)約占，選材不 當(dāng)、模具結(jié)構(gòu)不合理約占，工藝問題約占； 滑潤(rùn)問

2、題、設(shè)備問題等因素約占。因此，在模具設(shè) 計(jì)和制造過程中，選用恰當(dāng)?shù)牟牧?，合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)， 選擇合理的熱處理工藝，妥善安排模具各零件的加工工藝 路線，改善模具的工作條件都有利于提高模具的質(zhì)量和使 用壽命。,模具材料的選用,工藝方法和加工對(duì)象進(jìn)行選擇。在大批量生產(chǎn)選用模具材 料時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)批量、中，應(yīng)選用長(zhǎng)壽命的模具材料，如硬質(zhì)合金，高強(qiáng)韌、高耐磨模具鋼（如YG15、YG20）；對(duì)小批量或新產(chǎn)品試制可采用鋅合金、鉍錫合金等模具材料；對(duì)于易變形、易斷裂失效的通用模具，需要選用高強(qiáng)度、高韌性的材料（T10A）；熱鍛模則要選用具有良好的韌性、強(qiáng)度、耐模性和抗冷熱疲勞性能的材料（ 如CrM-nM

3、o）；壓鑄模要采用熱疲勞抗力高、高溫強(qiáng)度高的合金鋼（如Cr2W8V）；塑料模具則應(yīng)選擇易切削、組織致密、拋光性能好的材料。此外，在設(shè)計(jì)凸模和凹模時(shí)，宜選用不同硬度或不同材料的模具相匹配，如：凸模用工具鋼（如T10A），凹模用高碳高鉻鋼（如Cr12、Cr12MoV），模具使用壽命可提高倍。, 合理的模具結(jié)構(gòu),模具設(shè)計(jì)的原則是保證足夠的強(qiáng)度、剛度、同心度、對(duì)中性和合理的沖裁間隙，并減少應(yīng)力集中，以保證由模具生產(chǎn)出來零件符合設(shè)計(jì)要求。因此對(duì)模具的主要工作零作（如沖模的凸、凹模，注塑模的動(dòng)、定模，模鍛模的上、下模等）要求其導(dǎo)向精度高、同心度和中性好及沖裁的間隙合理。 在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重考慮的是：

4、 設(shè)計(jì)凸模時(shí)必須注意導(dǎo)向支撐和對(duì)中保護(hù)。特別是設(shè)計(jì)小孔凸模時(shí)采用自身導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，可延長(zhǎng)模具壽命。 對(duì)夾角、窄槽等薄弱部位，為了減少應(yīng)力集中，要以圓弧過渡，圓弧半徑R可取mm。 對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的凹模采用鑲拼結(jié)構(gòu)，也可減少應(yīng)力集中。 合理增大間隙，改善凸模工作部分的受力狀態(tài)，使沖裁力、卸件力和推件力下降，凸、凹模刃口磨損減少。,3.模具的熱處理工藝,從模具失效分析得知，的模具失效是由于熱 處理不當(dāng)造成的。眾所周知，磨損、粘結(jié)均發(fā)生在 表面，疲勞、斷裂也往往從表面開始，因此對(duì)模具 表面的加工質(zhì)量要求非常高。但實(shí)際上由于加工痕 跡的存在，熱處理時(shí)表面氧化脫碳也在所難免。因 此，模具的表面性能反而比基體差。

5、采用熱處理新 技術(shù)是提高模具性能的經(jīng)濟(jì)而有效的重要措施。模 具熱處理工藝包括基體強(qiáng)韌化和表面強(qiáng)化處理?；?體的強(qiáng)韌化在于提高基體的強(qiáng)度和韌度，減少斷裂 和變形。表面強(qiáng)化的主要目的的是提高模具表面的 耐磨性、耐蝕性和潤(rùn)滑性能。,4.模具的整體強(qiáng)韌化工藝,模具既要具有優(yōu)良的整體強(qiáng)韌化性能，又要具有優(yōu) 異的型腔表面性能，這樣才能提高模具使用壽命， 為了達(dá)到這個(gè)要求，出現(xiàn)了在對(duì)模具整體強(qiáng)韌化的 基礎(chǔ)上再進(jìn)行表面強(qiáng)化的各種處理工藝：對(duì)普通冷 作模具鋼，采用低溫淬火與低溫回火處理，可收到 增加韌性、減少脆性和折斷的良好效果；對(duì)熱作模 具鋼，采用高溫淬火與高溫回火處理，可顯著提高 熱作模具鋼的強(qiáng)韌性和熱穩(wěn)定

6、性。例如，對(duì)于 3Cr2W8V材料制成的壓鑄模，采用 及的倆次預(yù)先正火而后進(jìn) 行高溫淬火、回火處理，可提高韌性，模具壽命可提高倍。 除此之外，還可采用形變熱處理。變形熱處理是把鋼的強(qiáng)化與相變強(qiáng)化結(jié)合起來的一種強(qiáng)韌化工藝。形變熱處理的強(qiáng)韌化本質(zhì)在于獲得細(xì)小的奧氏體晶粒、細(xì)化馬氏體增加了馬氏體中的位錯(cuò)密度并形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，同時(shí)促進(jìn)碳化物的彌散硬化作用。,5.模具的表面強(qiáng)化熱處理,模具表面強(qiáng)化處理工藝主要有氣體氮化法、離子氮化法、點(diǎn)火花表面強(qiáng)化法、滲硼、TD法、CVD法、PVD法、激光表面強(qiáng)化法、離子注入法、等離子噴涂法等等。 氣體軟氮化：使氮在氮化溫度分解后產(chǎn)生活性氮原子，被金屬表面吸收滲入鋼中并

7、且不斷自表面向內(nèi)擴(kuò)散，形成氮化層。模具經(jīng)氮化處理后，表面硬度可達(dá)HV，使模具具有很高的紅硬度和高的疲勞強(qiáng)度，并提高模具表面光潔的度和抗咬合能力。 離子氮化：將待處理的模具放在真空容器中，充以一定壓力的含氮?dú)怏w（如氮或氮、氫混合氣），然后以被處理模具作陰極，以真空容器的罩壁作陽極，在陰陽極之間加伏的直流電壓，陰陽極間便產(chǎn)生輝光放電，容器里的氣體被電離，在空間產(chǎn)生大量的電子與離子。在電場(chǎng)的作用下，正離子沖向陰極，以很高速度轟擊模具表面，將模具加熱。離能正離子沖入模具表面，獲得電子，變成氮原子被模具表面吸收，并向內(nèi)擴(kuò)散形成氮化層。應(yīng)用離子氮化法可提高模具的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。,點(diǎn)火化表面強(qiáng)化：這是一種

8、直接利用電能的高能量密度對(duì)模具表面進(jìn)行強(qiáng)化處理的工藝。它是通過火花放電的作用，把作為電極的導(dǎo)電材料溶滲進(jìn)金屬工件表層，從而形成合金化的表面強(qiáng)化層，使工作表面的物理、化學(xué)性能和機(jī)械性能得到改善。例如采用WC、TiC等硬質(zhì)合金電極材料強(qiáng)化高速鋼或合金工具鋼表面，可形成顯微硬度HV以上的耐磨、耐蝕和具有紅硬性的強(qiáng)化層，使模具的使用壽命明顯得到提高。點(diǎn)火花表面強(qiáng)化的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，處理后的模具耐磨性提高顯著；缺點(diǎn)是強(qiáng)化表面較粗糙，強(qiáng)化層厚度較薄，強(qiáng)化處理的效率低。 最終提高工作的使用壽命。 滲硼：由于滲硼層具有良好的紅硬性、耐磨性，通過滲硼能顯著提高模具表面硬度（達(dá)到HV）和耐磨性，可廣泛用

9、于模具表面強(qiáng)化，尤其適用于處理在磨粒磨損條件下的模具。但滲硼層往往存著較大的脆性，這也限制了它的應(yīng)用。,TD熱處理：在空氣爐或鹽槽中放入一個(gè)耐熱鋼制的坩堝，將硼砂放入坩堝加熱熔化至，然后加入相應(yīng)的碳化物形成粉末（如鈦、鋇、鈮、鉻），再將鋼或硬質(zhì)合金工件放入坩堝中浸漬保溫小時(shí)，加入元素將擴(kuò)散至工件表面并與鋼中的碳發(fā)生反應(yīng)形成碳化物層，所得到的碳化物層具有很高的硬度和耐磨性。 CVD法（化學(xué)氣相沉積）：將模具放在氫氣（或其它保護(hù)氣體）中加熱至后，以其為載氣，把低溫氣化揮發(fā)金屬的化合物氣體如四氯化鈦（TiCI）和甲苯CH4（或其它碳?xì)浠衔铮┱魵鈳霠t中，使TiCI4中的鈦和碳?xì)浠衔镏械奶迹ㄒ约颁摫砻娴奶挤郑┰谀＞弑砻孢M(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而生成一層所需金屬化合物涂層（如碳化鈦）。,PVD法（物理體相沉積）：在真空室中使強(qiáng)化用的金屬原子蒸發(fā)，或通過荷能粒子的轟擊，在一個(gè)電流偏壓的作用下，將其吸引并沉積到工件表面形成化層。利用PVD罰可在工件表面沉積碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等多種化合物。 激光表面強(qiáng)化：當(dāng)具有一定功率的激光束以一定的掃描速度照射到經(jīng)過黑化處理的模具工作表面時(shí)，將使模具工作表面在很短時(shí)間內(nèi)由于吸收激光的能量而急劇升溫。當(dāng)激光束移開時(shí)，模具工作表面由基材自身傳導(dǎo)而迅速冷卻，從而形成具有一定性能的表面強(qiáng)化層，其硬度可提高，此外還具有淬火組子細(xì)小、耐磨性高、節(jié)能效果顯著