“電火花穿孔機”—模具制造之表面強化技術(shù)應(yīng)用（二） 1）激光表面淬火；
由于激光處理時的冷速極快，可使奧氏體晶粒內(nèi)部形成的亞結(jié)構(gòu)在冷卻時來不及回復(fù)及再結(jié)晶，從而可獲得超細的隱針馬氏體結(jié)構(gòu)，可顯著提高強韌性，延長模具使用壽命?，F(xiàn)用于激光淬火的模具材料有CrWMn、Cr12MoV、9CrSi、T10A、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V、GCr15等。這些鋼種經(jīng)激光淬火后，其組織性能均得到很大的改善。例如GCr15沖孔模，把其硬度由HRC58～62降至HRC45～50，并用激光進行強化處理，白亮層硬度為HV849，基體硬度為HV490，硬化層深度為0.37mm，模具使用壽命提高2倍以上[8]。又如CrWMn鋼加熱時易在奧氏體晶界上形成網(wǎng)狀的二次碳化物，顯著增加脆性，降低沖擊韌性，耐磨性也不能滿足要求。采用激光淬火可獲細馬氏體和彌散分布的碳化物顆粒，消除了網(wǎng)狀。在淬火回火態(tài)下激光淬火可獲得zui大硬化層深度及zui高硬度HV1017[9]。Cr12MoV鋼激光淬火后的硬度、抗塑性變形和抗粘磨損能力均較常規(guī)熱處理有所提高[10]。W6Mo5Cr4V及W18Cr4V高速鋼激光淬火后具有較常規(guī)淬火更高的硬度,中溫回火可以進一步提高激光硬化層的硬度，這是由于激光超快速加熱時固溶了更多的碳及合金元素所致[11，12]。
2）激光表面熔凝硬化；
用高能激光照射模具表面，被照射區(qū)將以*的速率熔化，由于熔化區(qū)相對于模具基體來說非常下，冷卻速度極快。5CrMiMo滲硼層在激光熔凝處理后，與原始滲硼層相比，強化層深度增加，強化層硬度趨于平緩，滲硼層的脆性得以改善[13]。
3）激光表面合金化；
激光表面合金化是采用激光照射預(yù)先涂敷在模具表面的合金涂敷層，使之熔化并與基體表面混合，形成物理狀態(tài)、組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分不同于基體的新表層，從而提高模具表面的耐磨性、耐腐蝕性和高溫抗氧化性等。CrWMn經(jīng)復(fù)合粉末激光合金化，可使耐磨性大大提高，其體積磨損量為淬火CrWMn的1/10，壽命提高14倍[14]。M2高速鋼激光表面鈷合金化后，表面層Co含量可達2%～5%，合金化層中Co含量的變化受激光工藝參數(shù)和預(yù)沉積Co厚度控制，合金化層硬度可達700~800HV，再經(jīng)過熱處理后硬度可達HV1150，明顯高于M2高速鋼基體[15]。
4）激光表面熔覆；
激光表面熔覆采用激光束在選定的模具表面熔覆一層特殊性能的材料，以達到模具表面具有耐磨、耐熱、耐腐蝕等特殊性能。激光表面熔覆與火焰噴焊、等離子噴焊相比具有以下優(yōu)點：①熔覆層稀釋率低，且可以控制；②激光束的能量密度高，作用時間短，對模具基體熱影響區(qū)及熱變形均可降低到zui小程度；③熔覆層組織細密微觀缺陷少，結(jié)合強度高；④熔覆層的尺寸大小和位置可以控制；⑤激光表面熔覆對環(huán)境無污染，無輻射，噪音低，勞動條件得到較大改善。例如，在有送粉器的2KWCO2激光器上，對4Cr5MoV1Si基體表面熔覆一層由Ni基高溫合金和WC+W2C粒子組成的高溫耐磨合金粉末，可獲得多道搭接的大面積高溫耐磨合金。該工藝應(yīng)用于軋鋼機導(dǎo)向板*，經(jīng)生產(chǎn)檢驗，激光熔覆導(dǎo)向板的壽命較4Cr5MoV1Si鋼導(dǎo)向板提高4倍以上。另外采用激光熔覆方法還可以將失效的導(dǎo)向板重新熔覆繼續(xù)使用[16]。目前如何避免大型工件的熔覆層開裂以及如何降低激光熔覆成套設(shè)備的成本仍是該方法需要解決的關(guān)鍵問題。
?。?）物理氣相沉（PVD）。
物理氣相沉積技術(shù)具有處理溫度低、熱畸變小、無公害、容易獲得超硬層、涂層均勻等特點，被應(yīng)用于精密模具表面強化處理，顯示出良好的應(yīng)用效果。采用PVD處理獲得的TiN層可保證將塑料模的使用壽命提高3～9倍，金屬壓力加工工具壽命提高3～59倍。例如，錄音機磁頭外殼拉深模采用PVD涂敷TiN處理后，可大大提高模具的使用壽命，如表3。
從表3可以看出，YG20硬質(zhì)合金模具經(jīng)TiN沉積處理后，模具壽命可以提高3倍以上，但比日本進口的硬質(zhì)合金模具的壽命還有一定的差距。
?。?）化學(xué)氣相沉積（CVD）。
化學(xué)氣相沉積技術(shù)zui初發(fā)展的原動力是微電子技術(shù)，用該方法可以在模具表面涂覆厚度為10μm左右的超硬陶瓷材料，如TiN、TiC、TiB2、Ti（CB）等，使模具表面具有硬度高、摩擦系數(shù)小、抗粘接性能好、耐磨性、耐蝕性以及耐氧化性好等優(yōu)點。CVD處理的模具形狀不受任何限制。CVD可以在含碳量大于0.8%的工具鋼、滲碳鋼、高速鋼、軸承鋼、鑄鐵以及硬質(zhì)合金等表面上進行。氣相沉積TiC、TiN能應(yīng)用于擠壓模、落料模和彎曲模，也適用于粉末成型模和塑料模等。在金屬模具上涂覆TiC、TiN覆層的工藝，其覆層硬度高達3000HV，且耐磨性好、抗摩擦性能提高、沖模的使用壽命可提高2～12倍。模具表面CVD法涂覆后使用壽命的提高如表4所示。
?。?0）離子注入。
離子注入是將所需要注入的原子（通常有Ni、Ti、Ta、Cd、B、N等）在加速器的離子源中電力為離子，然后通過離子加速器的高壓電場將其加速成具有幾萬到幾十萬電子伏的高能離子束流，再經(jīng)磁分析器提純后，離子束流強行注入固體表面，獲得所期望的具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的工件表面。
從原理上講，各種工模具材料均可通過離子注入進行表面強化，改善抗磨損特性并使改性層韌化?？紤]到改性效果和zui大經(jīng)濟效益，常用合金元素含量較高的中高合金材料。目前研究和應(yīng)用較多的材料為W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、Cr12MoV、H13等。離子注入提高模具壽命的實例如表5所示[18]。
后言—電火花穿孔機
探討表面強化技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用具有重要的實際意義。通過表面處理，可以改變模具表層的成份和組織，可使模具具有內(nèi)部韌、表面硬、耐磨、耐熱、耐蝕、抗疲勞、抗粘結(jié)的優(yōu)異性能，可幾倍乃至幾十倍地提高模具使用壽命。相對于模具制造的總費用來說，表面強化工藝成本較低，而模具壽命可提高幾倍甚至幾十倍，具有事半功倍之效。模具表面強化處理的方法很多，結(jié)合各種模具的工作條件及其使用的經(jīng)濟性等因素綜合考慮，正確運用表面強化技術(shù)是提高模具壽命的一個行之有效的重要途徑。盡管表面技術(shù)特別是新型表面強化技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用還相對較少，但隨表面工程技術(shù)的發(fā)展，表面強化技術(shù)在模具制造領(lǐng)域?qū)玫綐O其廣闊的應(yīng)用，必將使模具的選材和制造技術(shù)產(chǎn)生巨大的變化。 本文經(jīng)由快走絲，中走絲，線切割機床、電火花線切割，電火花穿孔機，電火花成型機，取斷絲錐機，電解去毛刺-蘇州中航長風數(shù)控科技有限公司整理發(fā)布在公司. |
