CN104195573A - 一种模具的表面处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于模具技术领域，特别涉及一种模具的表面处理工艺，包括如下步骤：选择碳的质量含量大于0.5％的钢材制作模具，然后对模具表面进行抛光处理，使模具表面的粗糙度Ra低于0.2μm；对抛光处理后的模具进行脱脂处理；配制盐浴；将经过处理的模具置于盐浴中加热保温，从而在模具的表面形成覆层；淬火冷却，清洗，完成处理工艺。相对于现有技术，本发明可以在模具表面形成致密均匀的覆层，该覆层具有极高的硬度(HV3200)、极高的耐磨型、抗咬合性和耐腐蚀性等性能，而且可大大提高模具的使用寿命(提高数倍至数十倍)，大幅度节省维修时间和劳动强度，并减少因维修停机所带来的损失，节省生产成本和运行成本。而且该覆层可以大大降低模具的摩擦系数，无需润滑油或仅需少量润滑油即可。

Description

一种模具的表面处理工艺

技术领域

本发明属于模具技术领域，特别涉及一种模具的表面处理工艺。

背景技术

在模具行业中，为了增加模具寿命及模具稳定性，目前的通常做法是采用高规格的材料及经过精密机台的加工，这样无疑会大大增加模具的生产成本。目前市面上一款简单的冲压产品模具成本动辄五六万，对于使用模具的生产厂家来说，降低模具的价格是他们的一致追求。此外，现阶段无论什么模具总会有部分零件的工作强度和使用频率相对较高，受力集中明显，若能在降低成本的同时保证这些零部件的使用寿命，就能在很大程度上降低模具的生产成本。

有鉴于此，确有必要提供一种模具的表面处理工艺，以降低生产成本，同时提高其使用寿命，保证其精度。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种模具的表面处理工艺，以降低生产成本，同时提高其使用寿命，保证其精度。

为了实现上述目的，本发明所采用如下技术方案：

一种模具的表面处理工艺，包括如下步骤：

第一步，选择碳的质量含量大于0.5％的钢材制作模具，然后对模具表面进行抛光处理，使模具表面的粗糙度Ra低于0.2μm；TD处理主要是靠模具基材中固溶的碳原子作长程扩散形成碳化物层，因此模具需要具有一定的碳含量，具体可选用合金工具钢或高碳钢。若模具表面的粗糙度大，则TD处理形成的碳化物层和模具容易发生剥离。而且，经过抛光后再进行TD处理，模具表面的粗糙度几乎不发生变化，因此，处理后无需再进行抛光。因此，本发明中需要将模具表面抛光至粗糙度Ra低于0.2μm。

第二步，对抛光处理后的模具进行脱脂处理；由于加工及抛光处理后的模具一般会在表面残留矿物油等物质，而这些物质的存在会影响其表面活性，降低钒/铬原子与碳原子结合的几率，因此不利于碳化物覆层的生长，所以需要先进行脱脂处理。

第三步，配制盐浴：将无水硼砂、钒含量大于60％的钒铁合金粉末、氧化铬、还原剂FeSi、NaF和氧化铈按照质量比(60-85)：(3-10)：(3-10)：(0.5-5)：(1-5)：(1-10)混合得到盐浴；其中，稀土二氧化铈的添加能够明显提高渗钒速度，且能改善渗层质量。这是因为铈会降低碳原子的扩散激活能，促进扩散的进行，起到催渗的作用。而且铈的加入可以明显细化晶粒，这是因为铈是活性很强的元素，吸附到模具表面后，易在模具表面与碳原子结合成CeC2等不稳定的碳化物，为碳化钒和碳化铬的形成提供大量的形核源，从而降低形核功，提高形核率，使晶粒细化。此外，铈的加入能显著提高渗层的硬度，且会降低覆层的脆性。NaF是作为活化剂使用的，其可以增加盐浴的流动性。熔融硼砂能够去除模具表面的氧化物，使模具表面充分活化，从而保证活性钒原子和铬原子充分吸附在模具表面。还原剂则是为了保证碳化物覆层的长成。

第四步，将经过第二步处理的模具置于第三步的盐浴中，将该盐浴加热至900-1100℃，保温2-6h，从而在模具的表面形成覆层；盐浴中的铬、钒等金属原子和模具中的碳原子产生化学反应，扩散在模具表面，从而在模具表面形成一层铬/钒的碳化层。

第五，淬火冷却，清洗，完成处理工艺。淬火冷却可以提高模具的力学性能。清洗是因为TD处理后，模具的表面会有残留的盐存在，需要将这些残盐除去。

作为本发明模具的表面处理工艺的一种改进，第一步所述的抛光处理的步骤包括使用粗的油石对模具进行粗打磨去除模具上的刀痕，再使用细的油石打磨去除粗的油石在模具上留下的打磨痕迹，以及使用抛光膏或研磨膏进行精抛光打磨；其中，粗的油石的粒度为200-400目，细的油石的粒度为600-1000目，这种方法的抛光处理可以增加模具表面的光洁度，降低其表面的粗糙度。

作为本发明模具的表面处理工艺的一种改进，第二部所述脱脂处理是将抛光处理后的模具置于沸腾的质量浓度为10-15％的NaOH溶液中进行处理，然后再使用质量浓度为3-10％的HCl溶液清洗模具，再用酒精清洗，烘干，以彻底除去模具表面的油脂等。

作为本发明模具的表面处理工艺的一种改进，第五步所述淬火冷却采用的冷却介质为水。

作为本发明模具的表面处理工艺的一种改进，第四步形成的覆层的厚度为5-25μm。

作为本发明模具的表面处理工艺的一种改进，第五步所述清洗包括以下步骤：将淬火冷却后的模具置于沸水中煮洗，再用乙醇超声清洗，以除去残盐。

相对于现有技术，本发明通过选择合适的模具材料，并对模具进行抛光处理、脱脂处理等预处理，然后将其置于配方合理的盐浴中进行覆层处理，最后进行淬火和和清洗，可以在模具表面形成质地致密、厚度和分布均匀的覆层，该覆层具有极高的硬度(HV3200)、极高的耐磨型、抗咬合性和耐腐蚀性等性能，而且可大大提高模具的使用寿命(提高数倍至数十倍)，大幅度节省维修时间和劳动强度，并减少因维修停机所带来的损失，节省生产成本和运行成本。而且该覆层可以大大降低模具的摩擦系数，无需润滑油或仅需少量润滑油即可。而且，在模具表面设置覆层以后，其精度也不会受到影响。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例1

本实施例提供的一种模具的表面处理工艺，包括如下步骤：

第一步，选择碳的质量含量为0.7％的合金工具钢制作模具，然后对模具表面进行抛光处理，使模具表面的粗糙度Ra低于0.2μm；具体的，抛光处理的步骤包括使用粗的油石对模具进行粗打磨去除模具上的刀痕，再使用细的油石打磨去除粗的油石在模具上留下的打磨痕迹，以及使用抛光膏进行精抛光打磨；其中，粗的油石的粒度为300目，细的油石的粒度为800目。

第二步，对抛光处理后的模具进行脱脂处理；具体的，脱脂处理是将抛光处理后的模具置于沸腾的质量浓度为12％的NaOH溶液中进行处理，然后再使用质量浓度为5％的HCl溶液清洗模具，再用酒精清洗，烘干。

第三步，配制盐浴：将无水硼砂、钒含量为70％的钒铁合金粉末、氧化铬、还原剂FeSi、NaF和氧化铈按照质量比70：7：8：4：4：7混合得到盐浴；

第四步，将经过第二步处理的模具置于第三步的盐浴中，将该盐浴加热至950℃，保温5h，从而在模具的表面形成厚度为10μm的覆层；

第五，淬火冷却，清洗，完成处理工艺。淬火冷却采用的冷却介质为水，清洗包括以下步骤：将淬火冷却后的模具置于沸水中煮洗，再用乙醇超声清洗。

实施例2

本实施例提供的一种模具的表面处理工艺，包括如下步骤：

第一步，选择碳的质量含量为0.9％的高碳钢制作模具，然后对模具表面进行抛光处理，使模具表面的粗糙度Ra低于0.2μm；具体的，抛光处理的步骤包括使用粗的油石对模具进行粗打磨去除模具上的刀痕，再使用细的油石打磨去除粗的油石在模具上留下的打磨痕迹，以及使用研磨膏进行精抛光打磨；其中，粗的油石的粒度为200目，细的油石的粒度为700目。

第二步，对抛光处理后的模具进行脱脂处理；具体的，脱脂处理是将抛光处理后的模具置于沸腾的质量浓度为15％的NaOH溶液中进行处理，然后再使用质量浓度为7％的HCl溶液清洗模具，再用酒精清洗，烘干。

第三步，配制盐浴：将无水硼砂、钒含量为65％的钒铁合金粉末、氧化铬、还原剂FeSi、NaF和氧化铈按照质量比80：4：4：3：3：6混合得到盐浴；

第四步，将经过第二步处理的模具置于第三步的盐浴中，将该盐浴加热至1000℃，保温4h，从而在模具的表面形成厚度为15μm的覆层；

第五，淬火冷却，清洗，完成处理工艺。淬火冷却采用的冷却介质为水，清洗包括以下步骤：将淬火冷却后的模具置于沸水中煮洗，再用乙醇超声清洗。

实施例3

本实施例提供的一种模具的表面处理工艺，包括如下步骤：

第一步，选择碳的质量含量为1.1％的合金钢制作模具，然后对模具表面进行抛光处理，使模具表面的粗糙度Ra低于0.2μm；具体的，抛光处理的步骤包括使用粗的油石对模具进行粗打磨去除模具上的刀痕，再使用细的油石打磨去除粗的油石在模具上留下的打磨痕迹，以及使用抛光膏进行精抛光打磨；其中，粗的油石的粒度为400目，细的油石的粒度为900目。

第二步，对抛光处理后的模具进行脱脂处理；具体的，脱脂处理是将抛光处理后的模具置于沸腾的质量浓度为11％的NaOH溶液中进行处理，然后再使用质量浓度为7％的HCl溶液清洗模具，再用酒精清洗，烘干。

第三步，配制盐浴：将无水硼砂、钒含量为75％的钒铁合金粉末、氧化铬、还原剂FeSi、NaF和氧化铈按照质量65：9：9：4.5：4.5：8混合得到盐浴；

第四步，将经过第二步处理的模具置于第三步的盐浴中，将该盐浴加热至1050℃，保温3h，从而在模具的表面形成厚度为12μm的覆层；

第五，淬火冷却，清洗，完成处理工艺。淬火冷却采用的冷却介质为水，清洗包括以下步骤：将淬火冷却后的模具置于沸水中煮洗，再用乙醇超声清洗。

对采用实施例1至3的方法得到的模具(编号为S1-S3)进行如下测试，为了便于比较，将未经过处理的碳的质量含量为0.7％的合金工具钢作为对比例(编号为D1)：

1、显微硬度测试：采用Vickers硬度测试法、采用MH-5型显微硬度仪测试编号为S1-S3和D1的模具的硬度，测试时，检测力为0.05千克力，作用时间为12s，所得结果见表1。

2、磨损试验：采用MPX-2000X型盘销式磨损试验机进行磨损试验，将编号为S1-S3和D1的模具分别制作成销试样，试验时，试验机的转速为350r/min，线速度为0.5m/s，载荷为20N，磨损时间为10min，磨损完成后，卸下销试样，用乙醇清洗干净，晾干后称其质量，当然，在磨损试验之前，先要测试销试样的质量，从而可以计算磨损试验的质量损失百分率，所得结果见表1。

3、耐蚀试验：采用浸渍试验的方法来测量模具的耐蚀性，腐蚀介质为10％的HCl溶液，温度为室温，腐蚀时间为15h，腐蚀完成后取出，用酒精清洗干净，然后晾干，用天平测量其质量。当然，在做腐蚀测试以前要先测试模具的质量，从而可以计算其因腐蚀带来的质量损失，所得结果见表1。

表1：编号为S1-S3和D1的模具的性能测试结果。

由表1可以看出：采用本发明的方法对模具表面进行TD处理后可以提高模具的硬度、耐磨损性能和耐蚀性能。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (6)

1.一种模具的表面处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，选择碳的质量含量大于0.5％的钢材制作模具，然后对模具表面进行抛光处理，使模具表面的粗糙度Ra低于0.2μm；

第二步，对抛光处理后的模具进行脱脂处理；

第三步，配制盐浴：将无水硼砂、钒含量大于60％的钒铁合金粉末、氧化铬、还原剂FeSi、NaF和氧化铈按照质量比(60-85)：(3-10)：(3-10)：(0.5-5)：(1-5)：(1-10)混合得到盐浴；

第四步，将经过第二步处理的模具置于第三步的盐浴中，将该盐浴加热至900-1100℃，保温2-6h，从而在模具的表面形成覆层；

第五，淬火冷却，清洗，完成处理工艺。

2.根据权利要求1所述的模具的表面处理工艺，其特征在于：第一步所述的抛光处理的步骤包括使用粗的油石对模具进行粗打磨去除模具上的刀痕，再使用细的油石打磨去除粗的油石在模具上留下的打磨痕迹，以及使用抛光膏或研磨膏进行精抛光打磨；其中，粗的油石的粒度为200-400目，细的油石的粒度为600-1000目。

3.根据权利要求1所述的模具的表面处理工艺，其特征在于：第二部所述脱脂处理是将抛光处理后的模具置于沸腾的质量浓度为10-15％的NaOH溶液中进行处理，然后再使用质量浓度为3-10％的HCl溶液清洗模具，再用酒精清洗，烘干。

4.根据权利要求1所述的模具的表面处理工艺，其特征在于：第五步所述淬火冷却采用的冷却介质为水。

5.根据权利要求1所述的模具的表面处理工艺，其特征在于：第四步形成的覆层的厚度为5-25μm。

6.根据权利要求1所述的模具的表面处理工艺，其特征在于：第五步所述清洗包括以下步骤：将淬火冷却后的模具置于沸水中煮洗，再用乙醇超声清洗。