根據(jù)成型材料、成形工藝和成型設備的不同,模具分類如下圖:
模具的失效是指模具喪失了正常的工作能力,其生產(chǎn)出的產(chǎn)品已成為廢品。
模具的基本失效形式是斷裂及開裂、磨損、疲勞、及冷熱疲勞、變形、腐蝕。而模具的材料對模具的失效有很大的影響:模具材料必須滿足模具對塑性變形抗力、斷裂抗力、疲勞抗力、硬度、耐磨性、冷熱疲勞抗力等性能的要求,否則,可能發(fā)生早期失效。如在循環(huán)載荷下,如果材料疲勞抗力差,經(jīng)過一定應力循環(huán)后,可能發(fā)生疲勞裂紋,并逐漸擴展至模具斷裂失效。了解模具失效形式,就可以進一步分析模具的失效原因,找出影響模具失效的各種因素,從而提高模具質(zhì)量,延緩模具失效。
模具的性能要求:
模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善普及常有氰面處理方法,即擴滲如:滲碳、滲氮、滲硼、滲鉻、滲釩外,應發(fā)展設備昂貴、工藝先進的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術。
模具表面的精加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響,我國目前仍以手工研磨拋光為主,不僅效率低(約占整個模具周期的1/3),且工人勞動強度大,質(zhì)量不穩(wěn)定,制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展。因此,研究拋光的自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。日本已研制了數(shù)控研磨機,可實現(xiàn)三維曲面模具的自動化研磨拋光。另外,由于模具型腔形狀復雜,任何一種研磨拋光方法都有一定局限性。應注意發(fā)展特種研磨與拋光方法,如擠壓研磨、電化學拋光、超聲拋光以及復合拋光工藝與裝備,以提高模具表面質(zhì)量。
模具的表面處理技術
模具在工作中除了要求基體具有足夠高的強度和韌性的合理配合外,其表面性能對模具的工作性能和使用壽命至關重要。這些表面性能指:耐磨損性能、耐腐蝕性能、摩擦系數(shù)、疲勞性能等。這些性能的改善,單純依賴基體材料的改進和提高是非常有限的,也是不經(jīng)濟的,而通過表面處理技術,往往可以收到事半功倍的效果,這也正是表面處理技術得到迅速發(fā)展的原因。
模具的表面處理技術,是通過表面涂覆、表面改性或復合處理技術,改變模具表面的形態(tài)、化學成分、組織結(jié)構(gòu)和應力狀態(tài),以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。從表面處理的方式上,又可分為:化學方法、物理方法、物理化學方法和機械方法。雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術不斷涌現(xiàn),但在模具制造中應用較多的主要是滲氮、滲碳和硬化膜沉積。
滲氮工藝有氣體滲氮、離子滲氮、液體滲氮等方式,每一種滲氮方式中,都有若干種滲氮技術,可以適應不同鋼種不同工件的要求。由于滲氮技術可形成優(yōu)良性能的表面,并且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協(xié)調(diào)性,同時滲氮溫度低,滲氮后不需激烈冷卻,模具的變形極小,因此模具的表面強化是采用滲氮技術較早,也是應用最廣泛的。
模具滲碳的目的,主要是為了提高模具的整體強韌性,即模具的工作表面具有高的強度和耐磨性,由此引入的技術思路是,用較低級的材料,即通過滲碳淬火來代替較高級別的材料,從而降低制造成本。
硬化膜沉積技術目前較成熟的是CVD、PVD。為了增加膜層工件表面的結(jié)合強度,現(xiàn)在發(fā)展了多種增強型CVD、PVD技術。硬化膜沉積技術最早在工具(刀具、刃具、量具等)上應用,效果極佳,多種刀具已將涂覆硬化膜作為標準工藝。模具自上個世紀80年代開始采用涂覆硬化膜技術。目前的技術條件下,硬化膜沉積技術(主要是設備)的成本較高,仍然只在一些精密、長壽命模具上應用,如果采用建立熱處理中心的方式,則涂覆硬化膜的成本會大大降低,更多的模具如果采用這一技術,可以整體提高我國的模具制造水平。
模具表面處理工藝主要有氣體氮化法、離子氮化法、電火花表面強化法、滲硼法 、TD法、PVD法、餃硬鉻法、激光表面強化法、堆焊法等離子噴涂法等等。
離子氮化法是將待處理的模具放在真空容器中,充以一 定的壓力的含氮氣體(如氮或氮、氫混合氣)然后以被處理模具作陰極,以真空容器的罩壁作為 陽極,在陰陽極之間加上400-600伏的直流電壓,陰陽極間便產(chǎn)生輝光放電,容器里的氣體 被電離,在空間產(chǎn)生大量的電子與離子。在電場的作用下,正離子沖向陰極,以很高速度轟擊模具表面,將模具加熱。高能正離子沖入模具表面,獲得電子,變成氮原子被模具表面吸 收,并向內(nèi)擴散形成氮化層,離子氮化可提高模具耐磨性和疲勞強度。
PVD法(物理氣相沉積法)是在真空室中,把強化用的金屬原子蒸發(fā),或通過荷能粒子的轟擊,在一個電流偏壓的作用下,將其吸引并沉積到工作表面形成強化層。利用PVD法可在工作表面沉積碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等多種化合物。使用PVD為模腔、孔和熱滴道涂層可減少注射壓力、壓機磨損、以及在模塑件中產(chǎn)生更小的殘余應力。
在模具的工作條件使得模具會被磨損,精度下降。在模具上涂覆涂層后,則當精度有所下降時,可以把涂層褪掉,重新涂覆一層新涂層,提高了模具利用率。PVD沉積溫度低,可防止模具尺寸變形;不過,對于形狀復雜的模具,IP法并不容易實現(xiàn)均勻涂層,使用溫度也不宜太高。另外有不同用途模具材料型號,在這不列出?刹殚喌哪>咄繉淤Y料很少,但模具已成為現(xiàn)代制造不可缺少的部分,可重涂覆的模具發(fā)展前途廣遠。