第6章模具表面加工与处理技术

模具制造工艺第6章模具表面加工与强化技术6.16.2模具表面光整加工模具表面强化技术模具制造工艺第6章模具表面加工与强化技术6.16.2模具表面光整加工模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术光整加工的目的及分类□目的（主要是提高表面质量）•降低工件表面Ra值•改善工件表面物理力学性能•去除毛刺飞边、棱边倒圆角□分类按加工时能量的提供方法：机械法、化学和电化学法及热能法按加工工具的特性：研磨与抛光Ⅰ6.1模具表面光整加工《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术机械研磨与抛光□借助研具与研磨剂（游离的磨料），在工件的被加工表面和研具之间产生相对运动，并施以一定的压力，从工件上去除微小的表面凸起层，以获得很低的表面粗糙度和很高的尺寸精度、几何形状精度等Ⅱ6.1模具表面光整加工原理1《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术机械研磨与抛光□拋光不能提高工件的尺寸精度或几何形状精度，而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的。习惯上把使用硬质研具的加工称为研磨，而使用软质研具的加工称为抛光Ⅱ6.1模具表面光整加工原理1□物理作用：微量切削和微挤压塑性变形□化学作用采用氧化铬、硬脂酸等研磨剂时，生成一层极薄的易磨掉的氧化膜《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术1）表面粗糙度低2）尺寸精度高3）形状精度高4）表面力学性能好（耐磨性、抗疲劳强度）5）研具与设备简单Ⅱ6.1模具表面光整加工特点2机械研磨与抛光《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术1）按操作方式•手动研磨手动操作，对操作者技能要求高，劳动强度大，工作效率低。模具成形零件上的局部窄缝、狭槽、深孔、盲孔和死角等部位，以手工为主•机械研磨工件、研具的运动均为机械运动。加工质量靠机械设备保证，工作效率比较高。但只能适用于表面形状不太复杂等零件的研磨Ⅱ6.1模具表面光整加工研磨抛光的分类3机械研磨与抛光《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术2）按研磨抛光剂•湿研将磨料和研磨液组成的研磨抛光剂连续加入或涂抹于研具表面，磨料在研具和工件间滚动或滑动，形成对工件表面的切削作用。加工效率较高，但加工表面形状和尺寸精度及光泽度不如干研磨，多用于粗研和半精研•干研将磨料均匀地压嵌入研具工作表面一定深度（嵌砂）。施以一定压力进行研磨。可获得很高的尺寸精度和低的表面粗糙度。但生产效率不高，一般用于精研•半干研类似湿研，使用糊状研磨膏，用于粗、精研均可Ⅱ6.1模具表面光整加工研磨抛光的分类3机械研磨与抛光《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术1）磨料•种类（如氧化铝、碳化硅、金刚石、氧化铬等）•粒度2）研磨抛光膏•由磨料和研磨液组成的•硬磨料（氧化铝、碳化硅、碳化硼和金刚石等）•软磨料（氧化铁、氧化铬等，含油质活性物质，使用时可用煤油或汽油稀释）3）研磨抛光液•研磨液在研磨抛光过程中起调和磨料、使磨料均匀颁布和冷却润滑作用•研磨液有矿物油（10#机油、煤油）、动物油（猪油）、植物油•多用于外观要求极高的产品模具的抛光，如光学镜片模具Ⅱ6.1模具表面光整加工研磨抛光剂4机械研磨与抛光模具制造工艺第6章模具表面加工与强化技术6.16.2模具表面光整加工模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术概述□目的只改变模具表层的成分、组织、性能，与适宜的心部性能相配合，就可使零件具有高硬度、耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能，同时心部具有一定的韧性，从而数倍、数十倍地提高模具使用寿命。这对于提高模具质量，充分发挥模具材料的潜力，大幅度降低成本，都具有重要意义□方法•物理表面处理法（高频感应加热淬火、火焰淬火、激光淬火、喷丸硬化）•化学表面处理法（热扩渗技术）•表面覆层处理法（电镀、气相沉积技术）Ⅰ6.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术电镀□原理在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其他惰性导体为阳极，通过电化学反应，在基体表面上获得结合牢固的金属膜□目的•改善外观•满足表面特殊性能（耐磨性、耐蚀性、导电性等）Ⅱ电镀的原理和目的16.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术电镀1）镀铜•仅能对基体金属起机械保护作用•通常作为底层或中间层，不单独作为防护装饰性镀层•对需要局部渗碳的零件，可用铜镀层覆盖不需渗碳的部位Ⅱ电镀层的种类26.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术电镀2）镀镍•表面易氧化形成钝化层，化学稳定性好•通常作为底层或中间层，不单独作为防护装饰性镀层•只对基体起机械保护作用Ⅱ电镀层的种类26.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术电镀3）镀铬•具有良好的耐磨性和耐蚀性•硬镀铬◇硬度高，耐磨性和耐蚀性好，镀层光亮，与基体结合紧密◇用于冷作模具和塑料模具的表面防护层◇用于尺寸超差模具的修复•松孔镀铬◇表面具有许多微细沟槽和小孔◇有减摩性和抗黏着能力Ⅱ电镀层的种类26.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术□原理将工件放在特殊介质中加热至一定温度，保持一定时间，使介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层或掺杂层，从而极大提高工件表面一定深度的耐磨性、耐蚀性、耐疲劳性、抗高温氧化性等□特点渗层与基体之间是冶金结合，结合强度很高，不易脱落或剥落Ⅲ原理及特点16.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术□原理渗碳是为解决钢件（常用于中、低碳钢）表面要求高硬度、高耐磨性而心部又要求较高的韧性这一矛盾而发展起来的工艺方法。渗碳就是将低碳钢工件放在增碳的活性介质中，加热(900~950℃)、保温，使碳原子渗入钢件表面，并向内部扩散形成一定碳浓度梯度的渗层。渗碳并不是最终目的，为了获得高硬度、高耐磨的表面及强韧的心部，渗碳后必须进行淬火加低温回火Ⅲ渗碳26.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术1）固体渗碳□在固体渗碳介质中进行的渗碳过程□渗碳剂的组成•固体炭：木炭或焦炭•催渗剂：碱金属或碱金属的碳酸盐可用作催渗剂，其醋酸盐有更好的催渗作用和活性□特点在密封钢制箱中进行，一般采用箱式电炉加热渗碳箱优点：无需专用设备，工艺简单，特别适用于批量小、尺寸大的零件缺点：渗碳过程控制困难，渗碳加热效率低，能源浪费大Ⅲ渗碳26.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术2）气体渗碳□将气体渗碳剂通入或滴入高温的渗碳炉中，进行裂化分解，产生活性原子，然后渗入模具表面□渗碳剂的类型•液体：碳氢化合物有机液体（煤油、苯、甲苯、丙酮等），采用滴入法•气体：有天然气、丙烷及吸热式可控气氛，直接通入渗碳炉中□特点优点：渗碳质量容易控制，渗碳效率高，可直接淬火缺点：需专门的设备（渗碳炉）Ⅲ渗碳26.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术3）液体渗碳□在能提供活性碳原子的熔融盐浴中进行的渗碳□渗碳用盐浴通常由渗碳剂和中性盐组成•渗碳剂：主要起渗碳作用，提供活性碳原子•中性盐：主要起调节盐的相对密度、熔点和流动性的作用最初的液体渗碳都是采用氰盐作为渗碳剂，后代之以无毒盐配方，如木炭粉(60~100目)70%，NaCl30%□特点设备简单，渗碳速度快，碳量容易控制等。它适合于无专门的渗碳专用设备、中小零件的小批量生产Ⅲ渗碳26.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术□渗氮又称氮化，是在一定温度下将活性氮原子渗入模具表面的化学热处理工艺。渗氮后模具的变形小，具有比渗碳更高的硬度，可以增加其耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗蚀性及抗高温软化性等。渗氮工艺有气体渗氮、离子渗氮。□特点1）氮化物层形成温度低，一般为480~580℃，所以变形很小，但由于扩散速度慢，所以工艺时间较长2）不需再进行热处理，便具有较高的表面硬度（850~1200HV）Ⅲ渗氮26.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术1）气体渗氮□把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件的表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能□气体参氮可采用一般渗氮法（等温渗氮）或多段（二段、三段）渗氮法等温渗氮：在整个渗氮过程中渗氮温度和氨气分解率保持不变，这种工艺适用于渗层浅、畸变要求严、硬度要求高的零件，但处理时间过长（80h）多段渗氮：在整个渗氮过程中按不同阶段分别采用不同温度、不同氨分解率、不同时间进行渗氮和扩散。整个渗氮时间可以缩短到近50小时，能获得较深的渗层，但这样渗氮温度较高，畸变较大Ⅲ渗氮26.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术2）离子渗氮□又称辉光离子渗氮。把金属工件作为阴极放入通有含氮介质的负压容器中，通电后介质中的氮氢原子被电离，在阴阳极间形成等离子区。在等离子区强电场作用下，氮和氢的正离子以高速向工件表面轰击，高动能转变为热能，加热工件表面至所需温度，同时获得电子，变成氮原子被模具表面吸收，并向内扩散形成氮化层，离子氮化可提高模具耐磨性和疲劳强度Ⅲ渗氮26.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术2）离子渗氮□特点1）加速了渗氮过程，仅相当于气体渗氮周期的1/2～1/32）渗氮温度低，可在350～500℃下进行，工件变形小3）由于渗氮时气体稀薄，过程可控，使得渗层脆性小4）局部防渗简单易行，只要采取机械屏蔽即可5）经济性好，热利用率高，省电，省氨Ⅲ渗氮26.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术□碳氮共渗/氮碳共渗是在渗碳和渗氮的基础上发展起来的二元共渗工艺•520~580℃：氮碳共渗，以渗氮为主（又称软氮化）•780~930℃：碳氮共渗，以渗碳为主（又称氰化）□特点•氮碳共渗：与渗氮相比，工艺时间大大缩短，是一种表面硬度高、耐磨性好，耐疲劳性好、尺寸变形小的热扩渗工艺•碳氮共渗：与渗碳相比，处理温度低，晶粒不易长大，渗后可直接淬火，变形开裂倾向小，耐疲劳性、耐磨性、耐蚀性和抗回火稳定性更好；与渗氮相比，生产周期大大缩短，对材料适用广Ⅲ碳氮共渗/氮碳共渗36.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术□渗硼是继渗碳、氮之后发展起来的一项重要、实用的化学热处理工艺技术，是提高钢件表面耐磨性的有效方法。将工件置于能产生活性硼的介质中，经过加热、保温，使硼原子渗入工件表面形成硼化物层的过程称为渗硼。金属零件渗硼后，表面形成的硼化物（FeB、Fe2B、TiB2、ZrB2、VB2、CrB2）及碳化硼等硬度极高（1300~2000HV）的化合物，热稳定好。其耐磨性、耐腐蚀性、耐热性均比渗碳和渗氮高，可广泛用于模具表面强化，尤其适合在磨粒磨损条件下的模具Ⅲ渗硼46.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术1）固体渗硼□用粉末或粒状介质进行渗硼的化学热处理工艺。固体渗硼时将工件埋入含硼的介质中或在工件表面涂以含硼膏剂，装箱密封，加热保温•常用的渗硼剂有：碳化硼、硼铁合金、硼砂•渗硼工艺主要是控制温度与保温时间，其中温度是影响渗硼层质量的主要因素。渗硼温度一般在850~1000℃之间选择。•渗硼保温时间一般为3~5h，最长不超过6h。最有实用价值的渗硼层厚度为70~l50μm。过长的渗硼保温时间不仅渗层深度增加不明显，而且使基体晶粒长大，渗层脆性增加，渗层与基体的结合力减弱Ⅲ渗硼46.2模具表面强化技术《模具制造工艺》-第6章模具表面加工与强化技术热扩渗技术2）液体渗硼□液体渗硼包括电解渗硼和盐浴渗硼①电解渗硼：将工件浸入熔融状态的硼砂浴中，用石墨或不锈钢作阳极，以工件为阴级，以0.1~0.5A/cm2的直流电在熔融的硼砂浴中进行电解渗硼。在电解渗硼过程中，在阳极上将有氧