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1、提高模具使用寿命的 实用方法 苏磊收集整理、Mail:n随着工业自动化程度的不断提高,模具的应用越越广泛。但 目前在我国的许多企业中，模具的使用寿命还比较低，进 相当于国外的。模具寿命低、工作部分精 度保持性差，不仅会影响产品质量，而且会造成模具材 料、加工工时等成本的巨大浪费，大大增加产品的成本并 降低生产效率，严重影响产品的竞争力。研究表明：模具 的使用寿命与热处理不当、选材不合适、模具结构不合 理、机械加工工艺不合理、模具滑润不好、设计水平差等 诸多因素有关。根据对大量失效模具的分析统计，在引起 模具失效的各种因素中，热处理不当约占，选材不 当、模具结构不合理约占，工艺问题约占； 滑润问
2、题、设备问题等因素约占。因此，在模具设 计和制造过程中，选用恰当的材料，合理设计模具结构， 选择合理的热处理工艺，妥善安排模具各零件的加工工艺 路线，改善模具的工作条件都有利于提高模具的质量和使 用寿命。 模具材料的选用 n工艺方法和加工对象进行选择。在大批量生产选用模 具材n料时，应根据不同的生产批量、中，应选用长寿命的 模具材料，如硬质合金，高强韧、高耐磨模具钢（如 YG15、YG20）；对小批量或新产品试制可采用锌合 金、铋锡合金等模具材料；对于易变形、易断裂失效 的通用模具，需要选用高强度、高韧性的材料（ T10A）；热锻模则要选用具有良好的韧性、强度、 耐模性和抗冷热疲劳性能的材料（
3、 如CrM-nMo） ；压铸模要采用热疲劳抗力高、高温强度高的合金钢 （如Cr2W8V）；塑料模具则应选择易切削、组织 致密、抛光性能好的材料。此外，在设计凸模和凹模 时，宜选用不同硬度或不同材料的模具相匹配，如： 凸模用工具钢（如T10A），凹模用高碳高铬钢（如 Cr12、Cr12MoV），模具使用寿命可提高倍 。 合理的模具结构 n 模具设计的原则是保证足够的强度、刚度、同心度、对 中性和合理的冲裁间隙，并减少应力集中，以保证由模具 生产出来零件符合设计要求。因此对模具的主要工作零作 （如冲模的凸、凹模，注塑模的动、定模，模锻模的上、 下模等）要求其导向精度高、同心度和中性好及冲裁的间 隙
4、合理。n 在进行模具设计时，应着重考虑的是： n 设计凸模时必须注意导向支撑和对中保护。特别是设 计小孔凸模时采用自身导向结构，可延长模具寿命。 n 对夹角、窄槽等薄弱部位，为了减少应力集中，要以 圆弧过渡，圆弧半径R可取mm。 n 对于结构复杂的凹模采用镶拼结构，也可减少应力集 中。 n 合理增大间隙，改善凸模工作部分的受力状态，使冲 裁力、卸件力和推件力下降，凸、凹模刃口磨损减少。 3. 模具的热处理工艺 n从模具失效分析得知，的模具失效是由于热n处理不当造成的。众所周知，磨损、粘结均发生在n表面，疲劳、断裂也往往从表面开始，因此对模具n表面的加工质量要求非常高。但实际上由于加工痕n迹的存
5、在，热处理时表面氧化脱碳也在所难免。因n此，模具的表面性能反而比基体差。采用热处理新n技术是提高模具性能的经济而有效的重要措施。模n具热处理工艺包括基体强韧化和表面强化处理。基n体的强韧化在于提高基体的强度和韧度，减少断裂n和变形。表面强化的主要目的的是提高模具表面的n耐磨性、耐蚀性和润滑性能。 4.模具的整体强韧化工艺 n模具既要具有优良的整体强韧化性能，又要具有优n异的型腔表面性能，这样才能提高模具使用寿命，n为了达到这个要求，出现了在对模具整体强韧化的n基础上再进行表面强化的各种处理工艺：对普通冷n作模具钢，采用低温淬火与低温回火处理，可收到n增加韧性、减少脆性和折断的良好效果；对热作模
6、n具钢，采用高温淬火与高温回火处理，可显著提高n热作模具钢的强韧性和热稳定性。例如，对于n3Cr2W8V材料制成的压铸模，采用n及的俩次预先正火而后进n行高温淬火、回火处理，可提高韧性，模具寿命可 提高倍。 n除此之外，还可采用形变热处理。变形热处理是把钢的强 化与相变强化结合起来的一种强韧化工艺。形变热处理的 强韧化本质在于获得细小的奥氏体晶粒、细化马氏体增加 了马氏体中的位错密度并形成胞状亚结构，同时促进碳化 物的弥散硬化作用。 5.模具的表面强化热处理 n模具表面强化处理工艺主要有气体氮化法、离子氮化法、 点火花表面强化法、渗硼、TD法、CVD法、PVD法、激光 表面强化法、离子注入法、
7、等离子喷涂法等等。 n 气体软氮化：使氮在氮化温度分解后产生活性氮原子 ，被金属表面吸收渗入钢中并且不断自表面向内扩散，形 成氮化层。模具经氮化处理后，表面硬度可达HV ，使模具具有很高的红硬度和高的疲劳强度，并 提高模具表面光洁的度和抗咬合能力。 n 离子氮化：将待处理的模具放在真空容器中，充以一 定压力的含氮气体（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阳极，在阴阳极之间 加伏的直流电压，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。离能正离子冲入模具表面，获得电
8、子，变成氮原子被模具表面吸收，并向内扩散形成氮化层 。应用离子氮化法可提高模具的耐磨性和疲劳强度。 n n 点火化表面强化：这是一种直接利用电能的高能量密度 对模具表面进行强化处理的工艺。它是通过火花放电的作 用，把作为电极的导电材料溶渗进金属工件表层，从而形 成合金化的表面强化层，使工作表面的物理、化学性能和 机械性能得到改善。例如采用WC、TiC等硬质合金电极材 料强化高速钢或合金工具钢表面，可形成显微硬度HV 以上的耐磨、耐蚀和具有红硬性的强化层，使模具的 使用寿命明显得到提高。点火花表面强化的优点是设备简 单、操作方便，处理后的模具耐磨性提高显著；缺点是强 化表面较粗糙，强化层厚度较薄
9、，强化处理的效率低。 n 最终提高工作的使用寿命。n 渗硼：由于渗硼层具有良好的红硬性、耐磨性，通过渗 硼能显著提高模具表面硬度（达到HV ）和耐磨性，可广泛用于模具表面强化，尤其适用于处理 在磨粒磨损条件下的模具。但渗硼层往往存着较大的脆性 ，这也限制了它的应用。 n TD热处理：在空气炉或盐槽中放入一个耐热钢制 的坩埚，将硼砂放入坩埚加热熔化至 ，然后加入相应的碳化物形成粉末（如钛、钡 、铌、铬），再将钢或硬质合金工件放入坩埚中浸渍 保温小时，加入元素将扩散至工件表面并与钢 中的碳发生反应形成碳化物层，所得到的碳化物层具 有很高的硬度和耐磨性。 n CVD法（化学气相沉积）：将模具放在氢气
10、（或 其它保护气体）中加热至后， 以其为载气，把低温气化挥发金属的化合物气体如四 氯化钛（TiCI）和甲苯CH4（或其它碳氢化合物） 蒸气带入炉中，使TiCI4中的钛和碳氢化合物中的碳 （以及钢表面的碳分）在模具表面进行化学反应，从 而生成一层所需金属化合物涂层（如碳化钛）。n PVD法（物理体相沉积）：在真空室中使强化用 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件表面形成化 层。利用PVD罚可在工件表面沉积碳化钛、氮化钛、 氧化铝等多种化合物。 n 激光表面强化：当具有一定功率的激光束以一定 的扫描速度照射到经过黑化处理的模具工作表面时， 将使模具工作表面在很短时间内由于吸收激光的能量 而急剧升温。当激光束移开时，模具工作表面由基材 自身传导而迅速冷却，从而形成具有一定性能的表面 强化层，其硬度可提高，此外还具有淬 火组子细小、耐磨性高、节能效果显著以及可改善工 作条件等优点。 n 离子注入：利用小型低能离子加速器，将需要注 入元素的原子，在加热器的离子源中电离成离子，然 后通过离子加热器的高电压电场将其加热，成为高速 离子流，再经过磁分析器提炼后，将离子束强行打入 置于靶室中的模具工作表面，从而改变模具表面的显 微硬度和粗糙度，降低表面摩擦系数，最终提高工作 的使用寿命。
