从模具失效分析得知,45%的模具失效是由于热处理不当造成的。模具的磨损、粘结均发生在表面,疲劳断裂也往往从表面开始。因此,模具表面的加工质量对提高模具寿命是非常重要的。但实际上由于加工痕迹的存在,热处理时表面氧化脱碳在所难免。因而,模具的表面性能反而比基体差。采用热处理是提高模具性能的经济而的重要措施。模具热处理工艺包括基体强韧化和表面处理。
1、模具零件基体的强韧化处理
基体的强韧化在于增强基体的强度和韧性,减少断裂和变形。对普通冷作模具钢,采用低温淬火与低温回火处理,可收到增强韧性、减少脆性与折断的良好效果。基体的强韧化,还可采用形变热处理。形变热处理是把钢的与相变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,同时碳化物的弥散硬化作用。
2、模具的表面处理
表面的主要目的是增强模具表面的、耐疲劳性和抗冲击性能。模具表面处理工艺一般有表面涂覆处理、化学热处理和表面加工处理3种方法。
(1)表面涂覆处理提高冲压模具寿命。表面涂覆处理是通过物理覆盖、沉积等,在工件表面覆盖一层与基体不同的金属化合物。可以提高模具的硬度、和耐蚀性。应用广泛的主要有电镀技术、镀膜技术等。电镀技术常用的有电镀铬和复合电镀。
电镀铬是在各种基体材料上镀较厚的铬层,镀层厚度一般在20pm以上。由于镀层较厚,能发挥镀铬层硬度高、的特点,没有穿透腐蚀的问题。该方法既可以提高模具表面的同时也可以降低模具表面的粗糙度,对提高模具的寿命是很显著的。
复合电镀中常用的是减摩复合电镀。如果冷挤压模具的工作表面、拉深凹模的表面有良好的润滑层,对制品的成形、表面质量的提高以及模具寿命的提高是不言而喻的。
(2)化学热处理提高冲压模具寿命。化学热处理是将模具零件加热到温度与介质起化学作用,在零件表面按需要渗人量的其他元素,形成一层与基体不同的非金属或化合物层,从而改变表层的化学成分、组织和性能。
(3)表面加工处理提高冲压模具寿命。表面加工处理是通过改变金属的表层组织结构来表面,从而提高冲压模具的使用寿命。表面加工处理由于时间短、,在使模具表面层组织发生变化、提高、获得与心部不同组织和性能的同时,表面氧化、脱碳极微。这对工件形状和表面粗糙度的维持是非常有利的。表面加工处理的方法很多, 常用的方法有火焰表面加热淬火、喷丸表面和电火花表面等,这些方法设备简单,操作方便,如下面所述。
1)火焰表面加热淬火。通过喷嘴将火焰(通常用氧一乙炔)喷射到工件表面,将工件加热到淬火温度,然后在规定的冷却介质中冷却到室温的热处理工艺。该方法设备简单、操作方便,适合于大型模具零件和小批量、多品种模具零件的处理。在使用火焰表面加热淬火处理工件时应注意防止过热,避免氧化和晶粒粗大化。往往在淬火后采用180-200℃进行回火。大型零件采用火焰局部加热或自回火。
2)喷丸表面。利用大量钢丸(钢丸的直径一般为0.3-1.7mm)高速打击已经成形并热处理后的模具零件表面,由于l员1形钢丸的高速反复锤击,使工件表面产生冷硬层和残余压应力,同时削平了冲模零件的加工刀痕,了磨削加工和电加工的表面粗糙度(约0.5一1级)。通过喷丸表面,可以显著提高模具表层的疲劳强度、减少模具表面缺陷,提高模具寿命。如用Cr12制作的洗衣机定转子落料冲裁模,未经喷丸处理,模具刃磨的寿命是1.2-3.2万次,经喷丸处理后,刃磨寿命可以超过11万次。
3)电火花表面。利用工具电极与工件间在气体中产生的火花放电作用,把作为电极的导电材料融进工件表层,形成合金化的表面层。该方法因电极材料的沉积发生有规律的较小的长大,除此之外,模具没有其他变形,其心部的组织和性能也不发生变化。电火花表面主要包括速淬火、渗碳、渗氮、电极材料的转移等。电火花速淬火时,火花放电在模具表面的面积上产生高温,使该处的金属熔化和部分汽化,当火花放电在极短的时间内停止后,被加热了的金属会以很快的速度冷却下来。这相当于对模具表面层进行了超速淬火,但被加工零件的心部结构组织并没有发生变化。