模具制造厂商

模具热处理的技术走势

模具的制造精度：组织转变不均匀、不彻底及热处理形成的残余应力过大造成模具在热处理后的加工、装配和模具使用过程中的变形，从而降低模具的精度，甚至报废。

　　模具的强度：热处理工艺制定不当、热处理操作不规范或热处理设备状态不完好，造成被处理模具强度(硬度)达不到设计要求。

　　模具的工作寿命：热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等，导致主要性能如模具的韧性、冷热疲劳性能、抗磨损性能等下降，影响模具的工作寿命。

　　模具的制造成本：作为模具制造过程的中间环节或最终工序，热处理造成的开裂、变形超差及性能超差，大多数情况下会使模具报废，即使通过修补仍可继续使用，也会增加工时，延长交货期，提高模具的制造成本。

　　正是热处理技术与模具质量有十分密切的关联性，使得这二种技术在现代化的进程中，相互促进，共同提高。近年来，国际模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术、模具的表面强化技术和模具材料的预硬化技术。

　　一、模具的真空热处理技术真空热处理技术是近些年发展起来的一种新型的热处理技术，它所具备的特点，正是模具制造中所迫切需要的，比如防止加氧化和不脱碳、真空脱气或除气，消除氢脆，从而提高材料(零件)的塑性、韧性和疲劳强度。真空加热缓慢、零件内外温差较小等因素，决定了真空热处理工艺造成的零件变形小等。

　　按采用的冷却介质不同，真空淬火可分为真空油冷淬火、真空气冷淬火、真空水冷淬火和真空硝盐等温淬火。模具真空热处理中主要应用的是真空油冷淬火、真空气冷淬火和真空回火。为保持工件(如模具)真空加热的优良特性，冷却剂和冷却工艺的选择及制定非常重要，模具淬火过程主要采用油冷和气冷。

　　对于热处理后不再进行机械加工的模具工作面，淬火后尽可能采用真空回火，特别是真空淬火的工件(模具)，它可以提高与表面质量相关的机械性能。如疲劳性能、表面光亮度、腐蚀性等。

　　热处理过程的计算机模拟技术(包括组织模拟和性能预测技术)的成功开发和应用，使得模具的智能化热处理成为可能。由于模具生产的小批量(甚至是单件)、多品种的特性，以及对热处理性能要求高和不允许出现废品的特点，又使得模具的智能化处理成为必须。模具的智能化热处理包括：明确模具的结构、用材、热处理性能要求：模具加热过程温度场、应力场分布的计算机模拟；模具冷却过程温度场、相变过程和应力场分布的计算机模拟；淬火工艺的制定；热处理设备的自动化控制技术。国外工业发达国家，

　　如美国、日本等，在真空高压气淬方面，已经开展了这方面的技术研发，主要针对目标也是模具。

　　二、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的渗氮、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，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、’PVI)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，模具制造厂商，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。

　　三、模具材料的预硬化技术模具在制造过程中进行热处理是绝大多数模具长时间沿用的一种工艺，白上个世纪70年代开始，国际上就提出预硬化的想法，但由于加工机床刚度和切削刀具的制约，预硬化的硬度无法达到模具的使用硬度，所以预硬化技术的研发投入不大。随着加工机床和切削刀具性能的提高，模具材料的预硬化技术开发速度加快，到上个世纪80年代，国际上工业发达国家在塑料模用材上使用预硬化模块的比例已达到30%(目前在60%以上)。我国在上世纪90年代中后期开始采用预硬化模块(主要用国外进口产品)。

　　模具材料的预硬化技术主要在模具材料生产厂家开发和实施。通过调整钢的化学成分和配备相应的热处理设备，可以大批量生产质量稳定的预硬化模块。我国在模具材料的预硬化技术方面，起步晚，规模小，目前还不能满足国内模具制造的要求。

　　采用预硬化模具材料，可以简化模具制造工艺，缩短模具的制造周期，提高模具的制造精度。可以预见，随着加工技术的进步，预硬化模具材料会用于更多的模具类型

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延长挤压模具寿命的方法

　　1、模具材料的影响：

　　挤压模具是在高温高压环境下作业，并要承受周期载荷的作用，因此对模具钢的性能要求相当高，一般制造模具的材料应具有较高的热稳定性、热疲劳性、热耐磨性和足够的韧性。前些年我们常采用3Cr2W8V钢制造模具，但它的韧性低，抗疲劳强度不好，即使采用高温淬火等工艺处理措施亦不能满足要求，模具的早期失效十分严重，近年来已被4Cr5MoSiV钢取代。与3Cr2W8V钢相比，4Cr5MoSiV钢具有以下两个突出特点:一有良好的高温综合性能和较高的热疲劳抗力;Cr、Mo元素，氮化处理时能生成丰富稳定的氮化物并弥散分布。因此就延长模具使用寿命而言，选用4Cr5MoSi  V钢加工模具还是比较合适的。统计数字表明，用4Cr5MoSiV钢和3Cr2W8V钢制造同种模具，前者的使用寿命是后者的2～4倍。

　　2、热处理工艺的影响：

　　要延长模具的使用寿命，热处理工艺的优化与否甚为重要，影响热处理质量的主要因素有加热速度、淬火温度、冷却速度和回火温度等。经过分析与实践，下列热处理工艺适合一般企业，能满足4Cr5MoSiV钢在高温下的机械性能要求。(1)、预热。温度600～630℃，保温时间1.5～2h(视模具大小而定)，然后升温到830～850℃，保温1.5～2h，此工艺过程为淬火前的预处理，它能合理调整工件内部的微观缺陷，为淬火准备必要的条件。(2)、淬火。在预处理的基础上，把加热温度升到1040～1080℃，保温2～2.5h出炉油淬，待工件温度降到130℃左右从油中取出空冷。(3)、回火。淬火后工件内部有较大的内应力，必须及时对工件进行回火，以消除淬火时产生的应力。为了避免工件开裂，回火前也应加热均匀，具体方法为工件加热到380~400℃保温1h，再缓慢升温到580～600℃进行一次回火，保温时间为2h，然后出炉空冷至常温后进行二次回火，回火温度为560～580℃，保温时间为2h，随后出炉空冷。针对上述热处理工艺，需要补充说明的是:由于4Cr5MoSiV钢对淬火温度很敏感，且在高温下的淬火性能优良，所以应对其实行高温淬火。

　　3、模具设计方案的影响：

　　模具设计的合理与否是延长其使用寿命的重要环节。挤压铝型材一般存在断面不对称和壁厚不相等现象，在设计模具时应给予重视，既要考虑模孔位置的排列，又要结合具体情况，通过改变模孔工作带的高度来改善金属的流动性。下面就模具设计中存在的一般问题略作分析:  (1)、对于壁厚不等的型材应采用不等长工作带的设计方法。保证金属流动的均匀性。  (2)、适当调整过渡圆角的半径和工作带长度，可以避免应力集中现象。(3)、模孔尺寸的确定应综合考虑型材性质和模具材料的收缩率。对于6063铝合金和常用模具钢4Cr5MoSiV，设计时模孔的收缩率应取1.01%～1.09%(可根据模孔尺寸适当选取)。(4)、根据延伸系数确定模孔数目。模孔数目直接影响到延伸系数的大小，挤压比过大会使挤压力超过正常值而损坏模具，过小则会使挤压制品的机械性能下降，一般挤压系数(延伸系数)宜在10～50。(5)、合理布置模孔位置。在设计时不宜将模孔布置得过于靠近模具边缘，否则将会降低模具强度，导致死区金属参与流动而影响制品表面质量。

　　4、模具使用方面的影响：

　　要延长模具寿命，科学地使用模具也是不容忽视的一个方面。由于模具的工作环境极为恶劣(高温高压)，塑胶模具制造，生产中要采取一定的措施来确保它的组织性能。以下列出了要注意的3个重要方面:  (1)、采用适宜的挤压速度。在挤压过程中，当挤压速度过快时，会造成金属流动不均匀，模具温度较高等现象，如果此时金属变形产生的余热不能及时带走，模具就可能因局部过热而失效，当挤压速度较适宜时，就避免了上述不良后果的发生，挤压速度一般应控制在25mm/s以下。(2)、采用由低到高再到低的使用强度。模具刚进入服役期时，组织性能还处在浮动阶段，此期间应采用低强度的作业方案，以使模具向平稳期过渡。模具使用中期，可适当提高使用强度，鹰潭模具制造，因为此时模具的综合性能处在佳状态。到模具使用的后期，其内部组织已部分恶化，热疲劳强度也较低，此时应适当降低模具的使用强度，以免在使用中出现不测。(3)、使用前期对模具进行渗氮处理。渗氮处理能使模具在保持足够韧性的情况下大大提高其表面硬度，以减少模具使用时的热磨损，但表面渗氮并不是一次性就能完成的，在模具服役期间应对之进行3～4次反复渗氮处理，一般要使渗氮层厚度达到0.15～0.20mm。

　　5、结束语：

　　挤压模具的使用寿命是一个综合性的技术问题，以上介绍的四个方面只是其中的部分，要理解模具使用寿命的含义，在模具的加工制造中选择佳工艺和模具使用后及时修正，对延长模具寿命也至关重要。

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