1.模具材料的表面处理
模具材料的表面处理方法主要有物理气相沉积处理(PVD)和化学气相沉积处理(CVD)两大类,它是在钢铁材料表面上镀覆一层非氧化物系的陶瓷硬质合金,以增强材料的耐磨性及其他性能。
(1)物理气相沉积处理(PVD) 它是利用物理过程来沉积薄膜的技术,和化学气相沉积相比,物理气相沉积适用范围广,几乎所有材料的薄膜都可以用物理气相沉积法来制备,但是很难保证薄膜厚度的均匀性。PVD处理的目的是提高材料的耐磨性、镀覆性和脱模性,YAG、SKD61等塑料模具钢的表面镀覆TiN后,可以大大提高上述性能。
(2)化学气相沉积处理(CVD) 它是将TiCl4、H2、N2、CH4、CO等反应气体输入温度为800~1050℃的减压反应炉中,以扩散析出法获得单层或多层TiC、TiN、Ti2N、TiCO、TiCNO镀层的方法。经CVD处理后的镀层硬度极高,致密而牢固,可用于制造在苛刻条件下使用的模具,如塑料磁体树脂、铁酸盐混合树脂、陶瓷增强树脂等材料的成型模具。
PVD和CVD处理均是在钢铁表面镀覆非氧化物系陶瓷硬质合金,只是反应机理不同。物理、化学气相沉积处理的特性比较见表4-10,可根据镀覆原材料的使用条件选择最佳镀覆工艺。
表4-10 物理、化学气相沉积处理的特性比较
模具材料经气体氮碳共渗处理后,表层形成的氮化铁组织具有很好的耐磨性,但对于成型热固性树脂和掺入玻璃纤维、石英、云母、铁粉等填充剂增强树脂所用的模具材料,很难长期保持高的耐磨性。
2.精密注射模热处理的注意要点
(1)了解需热处理的模具钢及其热处理特性选择精密模具材料时应特别注意,对必须淬火才能获得高硬度的材料,容易产生变形。形状复杂且易变形的模具零件,若想在热处理后少加工或不加工,必须采用空冷钢,它不易变形。另外,还应清楚材料的热处理特性,如材料的方向性和尺寸变化量、韧性、回火温度和硬度的关系等。精密模具钢的热处理条件及特性见表4-11。
(2)材料轧制方向的统一问题 若模具材料的轧制方向选择不当,则热处理时尺寸变化不一致,模具的精度也无法保证。当材料轧制方向一致,热处理时的尺寸变化均在同一方向上,尺寸变化率基本相同,动模和定模的尺寸变化方向也相同,可以避免由分型面错位而造成的模具精度不良。因此,在选用模具材料时,应按图样规定的材料轧制方向进行模具镶块坯料的切割。(www.xing528.com)
表4-11 精密模具钢的热处理条件及特性
(3)调质处理可减少热处理时的尺寸变化和变形 对材料进行适当的调质处理,可使材料晶粒细化、均匀,可以显著提高材料的综合力学性能,可改善切削性能,减少加工变形和热处理时的尺寸变化和变形,还能防止试模时模具的磨损。
(4)时效处理 时效的目的是为了使经过热处理后的材料中的残留奥氏体在低温下稳定地分解。为防止变形,应在热处理之前,预先进行冰冷处理或进行高温回火,以分解其残留奥氏体。通常冰冷处理时的温度为-80℃,也可以在低于-140℃的温度下进行超冷处理。对于SKD11、SKD12钢进行冰冷处理时,轧制方向和垂直于轧制方向的膨胀率不同,因此模具成型零件一般不进行冰冷处理,但模具温度要求在120℃以上时,则应进行冰冷处理,此时应预留出膨胀尺寸变化量,以保证模具零件的尺寸精度。
(5)热处理变形取决于模具零件的形状和尺寸 热处理变形往往会造成零件形状的不均衡,但当尺寸小于120mm时,尺寸变化量不大。模具镶块各部分的壁厚差不宜太大,厚薄壁之比必须控制在3∶2的范围内,镶块的厚度一般应达到20~35mm,且各处壁厚尺寸不宜过大,过大会造成分型面的翘曲变形。
(6)热处理时的注意事项
1)精密注射模零件建议采用真空热处理,可避免氧化和脱碳;炉内温度分布均匀性应控制在±5℃。
2)加热升温速度应慢些,以避免升温不均引起应力变形。
3)冷却速度过慢会导致材料的韧性下降,特别是不锈钢材料,晶粒界面易析出碳化物,不仅使韧性下降,还会加速晶粒的界面腐蚀。
4)热处理残留奥氏体对于模温低于120℃的模具影响不大,但对于模温高于120℃的模具,使用中会出现时效现象,使模具精度无法保证。较高的淬火温度必然会析出大量的残留奥氏体,从而加剧尺寸变化,因此,精密模具零件的热处理在许可范围内建议采用欠热淬火(降低淬火温度),可以减少尺寸变化和变形。
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