模具表面处理技术的现状分析（模具表面处理技术的现状与发展）

模具热处理是保证模具性能的重要工序。它对模具的以下性能有直接影响。模具制造精度：组织转变不均匀、不完全以及热处理造成的残余应力过大，导致模具在热处理后的加工、装配和模具使用过程中产生变形，从而降低模具的精度，甚至报废。

模具强度：热处理工艺制定不当，热处理操作不规范，或热处理设备不完善，导致处理后的模具强度（硬度）达不到设计要求。

模具的工作寿命：热处理造成的组织结构不合理、晶粒尺寸过大，导致模具的韧性、冷热疲劳性能、耐磨性能等主要性能下降，影响工作寿命。模具的寿命。

模具制造成本：作为模具制造过程中的中间环节或最后一道工序，热处理造成的开裂、变形过大和性能不良，大多数情况下会导致模具报废。即使通过修复可以继续使用，也会增加工时。延长交货期并增加模具的制造成本。

正是热处理技术与模具质量之间的密切相关性，使得这两种技术在现代化进程中相互促进、共同提高。 20世纪80年代以来，国际模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术、模具表面强化技术和模具材料预硬化技术。

模具真空热处理技术

真空热处理技术是近年来发展起来的一种新型热处理技术。具有防止加热氧化而不脱碳、真空脱气或除气、消除氢脆等模具制造急需的特点，从而提高材料（零件）的塑性、韧性和疲劳强度。真空加热速度慢、零件内外温差小等因素决定了真空热处理工艺引起的零件变形小。

根据所用冷却介质的不同，真空淬火可分为真空油冷淬火、真空空冷淬火、真空水冷淬火和真空硝盐等温淬火。模具真空热处理的主要应用是真空油冷淬火、真空空冷淬火和真空回火。为了保持工件（如模具）真空加热的优良特性，冷却剂和冷却工艺的选择和配方非常重要。模具淬火工艺主要采用油冷和风冷。

对于热处理后不再进行机械加工的模具工作表面，淬火后应尽可能采用真空回火，特别是真空淬火工件（模具），可提高与表面质量相关的机械性能，如疲劳性能、表面亮度、腐蚀性等。

热处理过程计算机模拟技术（包括组织模拟和性能预测技术）的成功开发和应用，使模具的智能化热处理成为可能。由于模具生产的小批量（甚至单件）、多品种的特点，以及对热处理性能的高要求和禁止废品，模具的智能化热处理已成为必然。模具的智能化热处理包括：明确模具的结构、材料和热处理性能要求；模具加热过程温度场和应力场分布的计算机模拟；模具冷却过程的温度场、相变过程和应力场分布的计算机模拟；加热、冷却过程的计算机模拟模拟淬火过程是为了制定热处理设备的自动控制技术而开发的。国外工业发达国家，如美国、日本等都在真空高压气淬方面开展了这方面的技术研发，主要对象也是模具。

模具表面处理技术

除了具有足够高的强度和韧性的基体的合理配合外，模具的表面性能对于模具的工作性能和使用寿命至关重要。这些表面性能是指：耐磨性、耐腐蚀性、摩擦系数、疲劳性能等。要提高这些性能，单纯依靠基材的改进和提高是非常有限的，也是不经济的。然而，通过表面处理技术，往往可以收到事半功倍的效果。这就是表面处理技术迅速发展的原因。

模具表面处理技术是通过表面涂层、表面改性或复合处理技术改变模具表面的形貌、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。从表面处理方法可分为：化学法、物理法、物化法和机械法。尽管旨在改善模具表面性能的新处理技术不断涌现，但模具制造中最常用的处理技术是渗氮、渗碳和硬化膜沉积。

氮化工艺有气体氮化、离子氮化、液体氮化等方法。在每种氮化方法中，都有几种氮化技术，可以适应不同钢种和不同工件的要求。由于氮化技术可以形成性能优异的表面，且氮化工艺与模具钢的淬火工艺协调性好，且氮化温度低，氮化后无需剧烈冷却，模具变形极小。小，所以模具表面强化是氮化技术应用最早，也是应用最广泛的。

模具渗碳的目的主要是提高模具的整体强度和韧性，即模具的工作表面具有较高的强度和耐磨性。引入的技术思路是使用较低等级的材料，即通过渗碳和淬火来替代较高等级的材料，从而降低制造成本。

目前比较成熟的硬化膜沉积技术有CVD和PVD。为了增加薄膜工件表面的结合强度，多种增强CVD和PVD技术被开发出来。硬化膜沉积技术首先应用于工具（刀具、切削工具、量具等），效果极佳。许多类型的切削刀具都采用硬化膜涂层作为标准工艺。自20 世纪80 年代以来，模具就采用了硬化膜技术。在目前的技术条件下，硬化膜沉积技术（主要是设备）成本较高，目前仍仅在一些精密、长寿命的模具上使用。如果建立热处理中心，应用硬化膜的成本将大大降低。如果更多的模具采用该技术，我国模具制造的整体水平就能得到提高。

模具材料预硬化技术

制造过程中模具的热处理是大多数模具长期使用的工艺。自20世纪70年代起，国际上就提出了预硬化的想法。但由于加工机床和切削刀具刚度的限制，预硬硬度达不到模具的使用硬度，因此预硬技术的研发投入并不大。随着加工机床和切削刀具性能的提高，模具材料预硬化技术的发展速度加快。到20世纪80年代，世界发达国家塑料模具材料中预硬模块的使用比例已达30%（目前在60%以上）。我国于20世纪90年代中后期开始采用预硬模块（主要是国外进口产品）。

模具材料的预硬化技术主要由模具材料制造商开发和实施。通过调整钢材的化学成分并配备相应的热处理设备，可以大批量生产质量一致的预硬模块。在模具材料预硬化技术方面，我国起步较晚，规模较小。目前还不能满足国内模具制造的要求。

使用预硬模具材料可以简化模具制造工艺，缩短模具制造周期，提高模具制造精度。可以预见，随着加工技术的进步，预硬模具材料将会在更多的模具类型中得到应用。

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