分析模具制造中的表面處理技術的發展趨勢和應用

概要：模具制造工作中表面處理技術主要是指模具在制造過程中通過復合、改性以及涂覆等措施處理表面，從根本上使模具表面的應力狀態、化學成分以及形態等方面發生改變，通過這樣的處理技術使模具獲得較為系統的表面性能。模具制造工作中處理表面的技術較為多樣化，比如說：物理方法、化學方法以及機械方法等。較為廣泛的應用在在模具制造中主要有硬化膜沉積、滲碳以及滲氮等3種表面處理技術。通過相應的技術處理模具表面不僅能夠增加模具的工作能力，還能夠在一定程度上促進使用模具的周期得到延長。使得模具的耐磨損性能、耐腐蝕性能、耐疲勞性能等顯著增加。由于表面處理技術的許多優點與功能，使得表面處理技術得以迅速的發展。文章主要從模具制造中表面處理技術的主要技術方法以及表面處理技術的發展趨勢兩方面出發來探討此問題，以期對表面處理技術有更深的研究。

關鍵詞：模具制造；表面處理技術；發展趨勢；應用

1.前言

眾所周知，模具是現代化生產中一項十分重要的工藝裝備。隨著經濟的快速發展，汽車制造業、家電工業以及航空航天業也得到快速發展，模具工業在實際發展過程中面臨較大的難題。因此，對于模具的研究也成了一個熱門話題，在如何促進生產模具成本降低、怎樣促進模具質量得到提高以及怎樣促進使用模具周期得到延長等都是主要研究內容。其中，表面處理技術應運而生，成為延長模具壽命、提高模具性能的重要技術。模具表面處理技術主要是采取相應的措施將模具表面的成分、性能以及組織合理改變，從根本上促進模具各方面的性能得到提高。對于模具不會產生實質上的傷害，模具表面處理技術對于延長模具使用周期以及模具質量的提高有著非常重要的作用。文章主要從模具制造中表面處理技術的主要技術方法、表面處理技術的發展趨勢兩方面出發來探討此問題。

2.分析模具制造中表面處理技術的相關要點

2.1物理表面處理法

2.1.1高頻表面淬火技術

模具在制造過程中將模具在交變磁場中放入，讓模具出現感應電流且起到加熱的作用稱為高頻表面淬火。有著較高的電流頻率，則表示電流有著較薄的加熱層。淬火技術實施以后，奧氏體化會在熱度很高的環境中進行，因此會有很多晶核，但這種類型的晶核長大有著一定的難度，故在模具表面采用高頻表面猝火技術后則會出現隱晶馬氏體的組織。淬火后模具的表面硬度提高而且脆性極大的降低。因為控制淬硬層以及加熱層的厚度相對容易，能夠促進自動化以及機械化的實現，所以高頻表面淬火技術得以廣泛應用。但是，該技術在處理有著相對復雜形狀的模具時有著一定的難度。

2.1.2火焰表面淬火技術

模具表面處理技術中的火焰表面淬火主要是對模具表面采用煤氣一氧以及乙炔—氧等火焰進行加熱。由于火焰的溫度特別高，會達到3000攝氏度以上，因此，能將工作表面迅速加熱到淬火溫度。加熱溫度滿足一定條件時，則通過水以及空冷進行噴射處理，確保模具溫度能夠在最快的時間內冷卻。若要調節淬硬度和厚度可以調節加熱的時間和冷卻的速度?；鹧姹砻娲慊鸺夹g有著較低成本以及較為簡單設備等基本優勢，而有著較低的生產效率是該處理技術的缺點，而且因為模具在制造過程中表面出現過熱的情況不相同，所以，在控制質量方面有一定的難度。火焰表面淬火技術具體是用在批量較小、沒有較高質量要求以及單件的模具中，對于那些大批量的模具和質量要求較高的模具不適宜用火焰表面淬火技術[1]。

2.1.3激光表面淬火技術

所謂激光表面淬火技術就是利用激光輻射到金屬的表面，一旦激光束離開模具表面，則會通過金屬自身有著熱傳導功能出現“自淬火”的情況，造成金屬表面出現馬氏體轉變的情況。模具表面處理工作中通過激光處理主要是分成激光非晶化、激光沖擊、激光表面融化處理以及激光相變硬化等4個方面。為激光相變硬化屬于應用得較為普遍的一種。與其他的淬火方法相比，通常是在溫度梯度較高的情況下進行激光淬火處理的。激光淬火技術實施之后，會在模具的表面形成一種硬度極高的特殊淬火組織。這種淬火組織的硬度十分高，一般會比一般的淬火硬度高出15%到20%[2]。而且淬硬層深度可以達到0.1mm到2.5mm。由于以上特點，所以模具表面采用激光淬火技術能夠在很大程度上促進模具結構耐磨性質的提高，同時還能夠促進使用模具的周期得到延長。

2.2化學表面處理技術

所謂化學表面處理技術主要是在相應的溫度條件下保溫模具，接著在模具的表面深入不同或者單一的元素，從根本上促進模具組織以及化學成分得到改變，進而達到改進模具的表面性能、滿足模具的技術要求。

2.2.1滲碳技術

滲碳技術就是在模具的表面形成一層滲層，這樣滲透層有著大概1～2mm左右的厚度，大概0.8～1.05%之間的含碳量。滲碳技術的構成技術具體有離子滲碳、真空滲碳、氣體滲碳以及固體滲碳等4種不同類型。通過滲碳技術能夠有效提高模具在使用過程中耐磨性能以及硬度等，同時還能夠使模具芯部的韌性以及塑性處于良好的范圍內。由于滲碳技術的這些特性，所以此技術一般會應用于受嚴重磨損和較大沖擊載荷的模具。但是，滲碳技術會使模具變形，所以對精度要求極高的模具不適于應用此種技術。滲碳技術之所以會使模具變形很大是因為滲碳溫度較高，滲碳技術過后，還要進行熱處理，所以變形會很大[3]。該技術有著較廣處理范圍、較小環境污染、較小工件變形、較為平緩的碳濃度梯度以及較高滲碳率等優勢，有著較大的實用價值。

2.2.2滲氮技術

與滲碳技術相比，滲氮技術有許多優點。比如說采用滲碳技術處理模具表面后，模具結構的抗熱性、耐磨性、抗疲勞性以及抗腐蝕性都得到明顯提高。除此之外，滲碳技術由于溫度高，使得模具變形會很大。而滲氮技術在溫度方面有著較低的要求，因此，滲氮技術應用之后，模具變形相對較小，因此，此技術可以應用于對精度要求很高的模具身上。滲氮技術在實際運用過程中也存在缺點。比如說，滲氮工藝相當復雜，所需要的時間相對較長，而且成本相比較于滲碳技術要高。此外，滲氮技術雖然在各種各樣的模具中都有所應用，但是，對于那些形狀很復雜的模具，滲氮技術很難進行均勻的加熱和滲層，而且此種技術滲層較淺。所以，滲氮技術在實際應用中還是有較大的約束。

2.2.3碳氮共滲技術

碳氮共滲技術主要是在相同時間內將氮與碳注入模具表面處理表面技術。這種技術主要分為兩類，一種是液體碳氮共滲技術，另外一種是氣體碳氮共滲技術。由于液體碳氮共滲技術毒性很強，對于環境造成很大損害，所以已經很少被應用了。碳氮共滲技術有著較強康粘著性、較強耐磨性、較小模具變性以及較快處理速度等優勢，同時會在很大程度上促進使用模具的周期得到延長。

2.2.4滲硼、滲金屬技術

滲硼技術有著較多的處理方法，具體分成氣體滲硼、鹽浴滲硼以及固體滲硼等方式。各個國家對此種方法都做了不同的研究。前蘇聯等國家主要將其用于冷熱加工模具上；日本研究的液體滲硼方式主要是以硼砂熔鹽為主，這樣的方式能夠促進使用模具的周期得到有效提高，比一般的方法可以使壽命增加4到20倍。除了以上兩個國家，德美兩國也研究了一些硼與其他元素的共滲工藝。滲金屬以及滲硼等技術具體是在模具冷熱制造中應用，例如塑料膜、壓鑄模、錘煉模等模具中適合使用。

2.3表面覆層處理法

2.3.1電鍍、刷鍍、化學鍍技術

電鍍技術主要是通過化學方式將合金以及薄層金屬在模具表上進行沉積處理，形成濕式鍍覆類型。這種方法的好處就是操作時溫度較低，因此，模具不易變形，而且模具本身的性能也不會因此而受到影響。但是，電鍍技術在實際運用過程中也存在問題。如因為鍍層有著較低的摩擦系數造成提高模具的耐磨性，因為鍍層有著較大的空隙，因此模具采用鍍金技術進行表面處理時有著較差的耐腐蝕性。

刷鍍技術在實際運用過程中的優勢較為明顯，比如說刷鍍技術在現場操作施工時相對容易，模具大小、形狀等因素并不會影響刷鍍技術的操作，因此，具有很大的經濟效益。而且刷鍍技術還有著較高性能、較好鍍層質量、較為方便操作以及較快的沉積速度等優勢。

化學鍍主要是指在電解質溶液中通過還原劑還原金屬離子在工件表面上催化城活動，將可以和機體表面有結合能力的涂鍍層進行沉積處理。化學鍍的優勢是它可以應用于形狀復雜的模具上面。主要是因為化學鍍技術沒有分散能力以及深度等現象。

在實際的生產應用中，單金屬的鍍層結合無法滿足模具在質量上的相關需求，因此，復合鍍技術應運而生。復合鍍可以集合各種單金屬鍍層的優點，能夠將模具性能以及質量明顯提高，有效延長使用模具的周期。

2.3.2熱噴涂技術

熱噴涂技術具體是將噴涂材料通過熱噴涂技術進行加熱到半熔化或者全溶化的形狀，同時在規定的速度下進行沉積噴射處理，采用預處理的方式在基體表面構成相應的涂層。熱噴涂技術有以下優勢：第一，設備比較輕便，有利于現場進行實施。第二，有著較為靈活的工藝以及較少的操作，在一定程度上使施工所花的時間減少。第三，通過熱噴涂技術處理模具表面，不會因為模具表面的大小尺寸影響效果，有著較強的適應性。第四，熱噴涂技術比較容易控制，涂層的厚度是可以控制的。第五，該表面處理技術在不同方面的基體材料的構件處理均使用，能夠在各種類型固體材料上進行不同性能圖層以及防護涂層的制備。

熱噴涂技術主要包括以下幾種：第一，通過火焰進行噴涂，該類型的噴涂技術主要有粉末以及火焰等2種類型。第二，爆炸噴涂。主要是通過乙炔氣以及氧氣進行點火燃燒處理，使氣體出現膨脹而導致爆炸的情況，將沖擊波以及熱能全面釋放，熱能可以融化噴涂粉末，而釋放的沖擊波能夠加快噴射榮榮粉末的速度，在工件表面上噴射構成涂層。第三，超音速噴涂。是指采用阻燃劑以及燃料航空煤油通過比例配置混合后在燃燒室內導入，由于爆炸式燃燒出現的高溫氣體在經過膨脹管處理后有著超音速。第四，電弧類噴涂。主要分成水文等離子噴涂、真空等離子噴涂、等離子噴涂以及電弧噴涂等4種類型。

2.3.3化學氣相沉積技術

化學氣象沉積技術是在固態表層上通過氣態物質引起的化學反應后出現固態沉積物的類型。這種表面處理技術具體分成金屬有機化合物、激光輔助化學氣相以及離子化學氣象等3種不同類型的沉積技術。

2.3.4離子注入技術

模具表面處理技術中應用離子注入技術主要是在固體中引入具有摻雜劑原子的材料，主要是處于真空系統的環境下注入離子，通過加速的方式，在固體材料中注入摻雜原子的離子，從根本上形成具有特殊性質的范圍以及表面層。離子注入技術的應用可以改善模具工作零件的表面力學性能，比如說可以極大的提高模具表面的硬度、增強模具的耐摩擦力、增強模具的抗疲勞強度。

3.模具表面處理技術的發展趨勢

模具制造過程中已廣泛應用表面處理技術，對于提高模具的質量、增強模具的抗腐蝕能力、增強模具硬度、增強模具的耐摩擦力、增強模具的抗疲勞強度等方面做出了突出的貢獻，但是還具有廣闊的開發前景。目前我國在模具表面處理技術的發展方面與先進國家對比的差距較大，分析出現差距的原因，我國的模具制造過程中的表面處理技術應該從納米表面技術以及復合表面技術等方面研究。除了研究一些新的處理技術，同時還應該將表面處理傳統的技術進行改進，可以減少環境污染和資源的浪費，從而提高模具表面處理效果。還有很重要的一點就是要將傳統的表面技術與現代的表面處理技術結合起來，在模具表面處理技術中應用納米技術?，F階段，研究模具制造過程中應用的表面處理技術屬于相對重要的工作，確保表面處理技術能夠在大型以及精密的模具中應用。

4.結語

綜上所述，隨著經濟的快速發展，汽車制造業、家電工業以及航空航天業也得到快速發展，因此，模具工業在實際發展過程中面臨較大的難題。模具表面處理技術主要是采取相應的措施將模具表面的成分、性能以及組織合理改變，從根本上促進模具各方面的性能得到提高。對于模具不會產生實質上的傷害，模具表面處理技術對于延長模具使用周期以及模具質量的提高有著非常重要的作用。使得模具的耐磨損性能、耐腐蝕性能、耐疲勞性能等顯著增加。由于表面處理技術的這些優點與功能，使得表面處理技術得以迅速的發展，同時，表面處理技術在模具制造工作中有著較為良好的發展趨勢。

參考文獻：

[1]周錚.工程材料與熱處理[J].山東大學出版社.2011：123-125

[2]楊玉雄.模具表面處理技術發展概況[J].模具工業.2010：34-36

[3]劉元義.模具表面強化與修復技術的研究[J].鍛壓技術.2011：45-48