模具表面处理技术及其发展

优胜编程龚老师

模具表面处理技术及其发展:

在现代生产中，模具是生产各种工业产品的重要工艺装备。随着现代工业和尖端科学技术的发展，人们对模具工业提出的要求越来越高，因为它们直接决定与其相关产品的质量、成本及使用寿命。如何提高模具的质量、使用寿命和降低生产成本，成为当前迫切需要解决的问题。对于那些在高温条件下使用并要求耐磨、抗氧化等的模具来讲，表面处理是提高表面性能常用的工艺方法，是提高模具质量和使用寿命、降低成本的最有效途径，对于提高模具质量、大幅度降低生产成本、提高生产效率和充分发挥模具材料的潜能都具有重大意义。

    模具表面处理技术及其发展

    模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧性的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。这些表面性能指：耐磨损性能、耐腐蚀性能、摩擦系数、疲劳性能等。这些性能的改善，单纯依赖基体材料的改进和提高是非常有限的，也是不经济的，而通过表面处理技术，往往可以收到事半功倍的效果，这也正是表面处理技术得到迅速发展的原因。

    模具的表面处理技术，是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术，改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的系统工程。从表面处理的方式上，又可分为：化学方法、物理方法、物理化学方法和机械方法。虽然旨在提高模具表面性能新的处理技术不断涌现，但在模具制造中应用较多的主要是渗氮、渗碳和硬化膜沉积。

    渗氮工艺有气体渗氮、离子渗氮、液体渗氮等方式，每一种渗氮方式中，都有若干种渗氮技术，可以适应不同钢种不同工件的要求。由于渗氮技术可形成优良性能的表面，并且渗氮工艺与模具钢的淬火工艺有良好的协调性，同时渗氮温度低，渗氮后不需激烈冷却，模具的变形极小，因此模具的表面强化是采用渗氮技术较早，也是应用最广泛的。

    模具渗碳的目的，主要是为了提高模具的整体强韧性，即模具的工作表面具有高的强度和耐磨性，由此引入的技术思路是，用较低级的材料，即通过渗碳淬火来代替较高级别的材料，从而降低制造成本。

    硬化膜沉积技术目前较成熟的是CVD、PVD。为了增加膜层工件表面的结合强度，现在发展了多种增强型CVD、PVD技术。硬化膜沉积技术最早在工具（刀具、刃具、量具等）上应用，效果极佳，多种刀具已将涂覆硬化膜作为标准工艺。模具自上个世纪80年代开始采用涂覆硬化膜技术。目前的技术条件下，硬化膜沉积技术（主要是设备）的成本较高，仍然只在一些精密、长寿命模具上应用，如果采用建立热处理中心的方式，则涂覆硬化膜的成本会大大降低，更多的模具如果采用这一技术，可以整体提高我国的模具制造水平。

    表面处理技术已经大量应用于模具上，在提高模具寿命和制品质量方面已有显著的进步和巨大的经济效益，但是先进表面技术的应用和发展方面与国外相比还有一定的差距。充分应用表面处理技术是提高模具寿命的一种重要的经济、高效手段，也是发展现代模具的必经之路，研究开发出适用于精密、大型模具的表面处理技术，是发展模具表面技术的重点和难点。

    模具表面处理技术发展展望

    表面处理技术在模具表面中的应用，在相当程度上弥补了模具材料的性能缺陷，可达到以下效果:

    (1)提高模具表面硬度、耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性能，大幅度提高模具的使用寿命;

    (2)提高模具表面抗擦伤能力和脱模能力，提高生产率;

    (3)采用碳素工具钢或低合金钢材生产的模具，经表面强化处理后，其表面性能可达到或超过高合金化模具材料，甚至达到硬质合金的性能指标，不仅大幅度降低材料成本，而且简化模具制造加工工艺和热处理工艺，降低生产成本;

    (4)可用于模具的修复，如电刷镀技术可在不拆卸模具的条件下，完成对模具表面的修复，且能保证修复后的模具表面质量。

    对于传统的表面技术，应该进一步改进和提高处理效果，降低其能源消耗和环境污染。扩展传统表面技术和现代表面处理技术之间的复合形式，把纳米技术和模具表面技术结合起来。中国工程院院士徐滨士在纳米热喷涂技术、纳米复合镀技术、金属材料表面自身纳米化等方面做了大量研究工作，并取得了较好的效果。

      目前大部分表面处理技术均需要大型的专用设备，成本较高，因此仍然只在一些精密、长寿命模具上应用。结合我国目前模具制造业的结构特点，除了继续完善现有模具表面处理工艺之外，还应该研究与开发低成本模具表面处理技术，进一步扩大模具表面处理技术的应用范围，从整体上提高我国的模具制造水平。