精密体积成形模具的设计制造和模具寿命(下)

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　　 低温电解渗硫可降低金属变形时的摩擦力，提高抗咬粘性能。使用6W6Mo5Cr4V钢制作冷挤压凸模，经低温氮碳共渗后，使用寿命平均提高1倍以上，再经低温电解渗硫处理可以进一步提高寿命50%。模具淬火后存在很大的残留应力，它往往引起模具变形甚至开裂。为了减少残留应力，模具淬火后应趁热进行回火，回火应充分，回火不充分易产生磨前裂纹。对碳素工具钢，200℃回火1h，残留应力能消除约50%，回火2h残留应力能消除约75%～80%，而如果500～600℃回火1h，则残留应力能消除达90%。某厂CrWMn钢制凸模淬火后回火1h，使用不久便断裂，而当回火2.5h，使用中未发现断裂现象。这说明回火不均匀，虽然表面硬度达到要求，但工作内部组织不均匀，残留应力消除不充分，模具易早期破裂失效。回火后一般为空冷，在回火冷却过程中，材料内部可能会出现新的拉应力，应缓冷到100～120℃以后再出炉，或在高温回火后再加一次低温回火。

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　　表面覆层硬化技术中的PVD、CVD近年来获得较大的进展，在PVD中常用的真空蒸镀、真空溅射镀和离子镀，其中离子镀层具有附着力强、浇镀性好，沉积速度快，无公害等优点。离子镀工艺可在模具表面镀上TiC、TiN，其使用寿命可延长几倍到几十倍。离子镀是真空蒸膜与气体放电相结合的一种沉积技术。空心阴极放电法(HCD法)是先用真空泵抽真空，再向真空泵通入反应气体，并使真空度保持在10-5～10-2Pa范围内，利用低压大电流HCD电子枪使蒸发的金属或化合物离子化，从而在工作表面堆积成一层防护膜。为提高镀敷效率，一般在工件上施加负电压。锻模的表面处理技术国内应用不太多，这一领域大有开发的必要。整体模腔的渗碳、渗氮、渗硼、碳氮共渗以及模腔局部的喷涂、刷镀和堆焊等表面硬化支持都是很有发展前途的，突破这一领域将使我国制模技术得到很大提高。模具失效以后的焊补技术，国内90年代初期就有工厂进行研究和应用，如青海锻造厂，焊补后的锻模寿命可提高1倍。

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　　8、合理确定机械加工制造工艺和加工精度

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　　采用先进设备和技术确保每副模具具有高精度和互换性以保证锻模所要求的高精度和重复精度。制造工艺首先要解决加工后的加工变形与残留应力不能太大。粗加工时最好不要使表面粗糙度Ra＞3.2μm，特别应注意在模具工作部分转角处要光滑过渡，减少热处理产生的热应力。模腔表面加工时留下的刀痕、磨痕都是应力集中的部位，也是早期裂纹和疲劳裂纹源，因此在锻模加工时一定要刃磨好刀具。平面刀具两端一定要刃磨好圆角R，圆弧刀具刃磨时要用R规测量，绝不允许出现尖点。在精加工时走刀量要小，不允许出现刀痕。对于复杂模腔一定要留足打磨余量，即使加工后没有刀痕，也要再由钳工用风动砂轮(或用其它方法)打磨抛光，但要注意防止打磨时局部出现过热、烧伤表面和降低表面硬度。

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　　 模具电加工表面有硬化层，厚10μm左右，硬化层脆而有残留应力，直接使用往往引起早期开裂，这种硬化层在对其进行180℃左右的低温回火时可消除其残留应力。

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　　磨削时若磨削热过大会引起肉眼看不见的与磨削方向垂直的微小裂纹，在拉应力作用下，裂纹会扩展。对CrWMn钢冷挤凹模采用干磨，磨削深度为0.04～0.05mm时，使用中100%开裂；采用湿磨，磨削深度0.005～0.01mm时，使用性能良好。消除磨削应力也可将模具在260～315℃的盐浴中浸1.5min，然后在30℃油中冷却，这样硬度可下降1HRC，残留应力降低40%～65%。对于精密模具的精密磨削要注意环境温度的影响，要求恒温磨削。

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　　锻模粗加工时要为精加工保留合理的加工余量，因为所留的余量过小，可能因热处理变形造成余量不够，必须对新制锻模进行补焊，若留的余量过大，则增加了淬火后的加工难度。

　　当锻模燕尾支承面与分模面平行度超过要求时，会使锻模锁扣啃坏或打裂，重者会打断锤杆甚至损坏锤头，所以在锻模加工中除对模腔尺寸按图纸要求加工外，对其它各部分外形尺寸、位置度、平行度、垂直度都要按要求加工并严格检验。有些厂对小型锻模热处理后用平面磨床磨削上下平面，对大型锻模用龙门刨床以刨代刮，保证制造精度。

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　　锻模模腔的粗糙度直接影响锻模寿命，粗糙度高会使锻件不易脱模，特别是中间带凸起部位，锻件越深，抱得越紧，最后只能卸下锻模用机加工或气割的方法破坏锻件。由于粗糙度值高会使金属流动阻力增加，严重时模锻若干件以后会将模壁磨损成沟槽，既影响锻件成形，也易使锻模早期失效。

　　工作表面粗糙度值低的模具不但摩擦阻力小，而且抗咬合和抗疲劳能力强，表面粗糙度一般要求Ra=0.4～0.8μm。

　　模具的制造装配精度对模具寿命的影响也很大，装配精度高，底面平直，平行度好，凸模与凹模垂直度高，间隙均匀，亦可获得相当高的寿命。