延長模具使用壽命的有效途徑_離子氮化處理

1、斜楔開角應小于斜楔與夾具體，斜楔與工件間摩擦角之和。一般鋼鐵件接觸面 摩擦系數(shù)F = 0 . 10 . 0 5,故摩擦角 力=5043/8 °3。/ ,因此斜楔 升角a< 1 0 °1 7 °才能夠自鎖。斜楔機構(gòu)的擴力比公式是：i = i/ tg( 6i)+tg(6 2 + a)，若 61 =62 = 6°, 0=4°46，機構(gòu)能夠自鎖，此時擴力比i = 3 . 3 8?？焖賷A緊多功能虎鉗齒輪軸上的錐面相當于斜楔。而固定鉗座的錐孔及錐套里 的錐孔，相當于夾具體和工件夾住斜楔的斜面。由于齒輪軸錐度為1 : 1 2 ,即錐 角為4 °

2、;4 6,，快速夾緊多功能虎鉗中斜楔機構(gòu)的擴力比 "倍(實際3 . 3 8)?？焖賷A緊手柄與齒輪組成的杠桿機構(gòu)的擴力比=杠桿長度/齒輪半徑，取快 速夾緊手柄長度值為齒輪半徑值的8倍，因此，快速夾緊時，總擴力比=3 X8 =2 4倍。有了2 4倍的擴力比，一般情況下是夠用的，在鉗工操作時一般不需要再加力 夾緊了。若需要加力(如在粗銃工件時，由于銃削力太大，需要加大火緊力)，搬動加力夾緊手柄加力。加力夾緊裝置采用 的是螺旋夾緊機構(gòu)加杠桿機構(gòu)的組合，螺旋機構(gòu)擴力比 =1 0 0倍，而杠桿機構(gòu)擴 力比=8倍，加力夾緊裝置總擴力比 =8 XI 0 0 = 8 0 0倍。加力裝置在多數(shù)情況 下不

3、需使用，該裝置為備用裝置。4結(jié)論在夾具設計中鉗口還可以采用可換的結(jié)構(gòu)，即將與固定鉗座連接的固定鉗口設 計成可換件，使之能用于多種工件的裝夾。某廠的銃削和鉆削夾具，采用了我們設 計這種虎鉗結(jié)構(gòu)，在需要快速夾緊或大火緊力夾緊的場合，這種夾具都能方便有效 地使用，具工作效率高，夾緊的可靠性好，受到了生產(chǎn)車間和技術部門的好評，取 得了良好的技術經(jīng)濟效果。參考文獻1劉友才.機床夾具設計.北京：機械工業(yè)出版社，1 9 9 2. 2張志明.成 組夾具設計及應用.北京：國防工業(yè)出版社，19 9 1.*來稿日期：2 0 0 6 - 1 1 - 1 2Tf Tf Tf T7ff Tf T7ff Tf T7ff T

4、f Tf T7ff Tf T7ff Tf T7ff Tf Tf T7ff Tf T7ff Tf T7ff Tf Tf T7ff Tf T7ff Tf T7ff Tf Tf T7ff Tf T7ff Tf T7ff Tf Tf |z%&% %&%&【摘要】離子氮化處理被世界公認為是提高模具壽命的最有效的工藝方法之 一，通過離子氮化處理不僅可顯著提高模具的使用性和工作壽命，而且對模具的維 修、保養(yǎng)以及模具修復等方面，輝光離子氮化都具有獨到之處。關鍵詞：表面輝光離子氮化處理；汽車覆蓋件模具；技術成本Abstract Theioni tridingi s regarded as

5、oneoftheval idmethods inincreas ingth e 1 i fespanofmold. Noton lycani tremarkablyimprove themo 1 dusageandpro 1 ongi ts 1 i fespan, bu taisotheglowioni tridinghas i t sownadvantage i nupk eepandrepai ringofthemold.Keywords: Surfaceioni tridingprocessi n g ; Carove r 1 aysmo 1 d; Techn iquecos t中圖分類

6、號：TH 1 6文獻標識碼：A延長模具使用壽命的有效途徑 一離子氮化處理李國忠高利民宋鳳娟（唐山學院，唐山0 6 3 0 2 0 ）Extens ionmol dseruice 1 i fenungryeffe Itiueway lonni tridingLIGuo zhong, GAOL imin, SONGFeng j ua n（Tangshanlns t i tute, Tangshan063020, Ch i n a ）二十世紀六十年代末，直流離子氮化技術開始在生產(chǎn)中得到實際應用，多年來離子氮化技術的工藝不斷得到改善，現(xiàn)在已經(jīng)成為一項比 較成熟的熱處理技術，并在工業(yè)中得到廣泛應用。將對

7、離子氮化的工作原理、離子 氮化的技術特點、氮化層的性能及在延長模具的使用壽命等幾個方面進行分析。1獨特的工作原理離子氮化加工的原理是：將被處理的工件放在真空容器中通數(shù)百伏高壓直流 電。以被處理的工件為陰極，以爐壁為陽極，輸入含氮氣體（多用氨氣NH3,也 可用氮氣和氫氣混合氣體），在高壓電場作用下，使兩電極間的含氮氣體被電離而 產(chǎn)生輝光放電。由于爐氣被電離會產(chǎn)生大量的電子和離子，這些帶電粒子在高壓電場作用下做定向運動，帶正電荷的氮離子向陰極（工件）做定向運 動，帶負電荷的電子則飛向陽極（爐壁）。在電場的作用下代正電荷的氮離子加速 射向陰極，并與陰極位降區(qū)的中性粒子一起與工件表面相撞擊，氮離子的動

8、能一部 分使工件表面加熱升溫到氮化溫度（4 0 0 6 5 0 C）,另一部分使工件表面某 些鐵原子脫離基體飛濺出來，產(chǎn)生 陰極濺射”。氮離子從陰極獲得電子成為活性很 強的氮原子，再和被濺射出來的鐵原子結(jié)合形成中性的氮化鐵分子(TeN)沉積到工件表面。在滲氮溫度下氮化鐵分子又迅速分解出含氮較低的T e 2 N、T e 3N、T e 4 N等各級氮化物并放出氮原子。一部分氮原子被工件表面吸收并擴散進 入工件表面形成氮化層，另一部分則再次返回到等離子區(qū)域。這一過程連續(xù)不斷地 進行，這就是氮從等離子區(qū)進入工件表面的主要遷移形式。文章編號:I 0 0 I 工 3 9 9 7'( 2 0 0 7

9、 ) 09-0187-02第9期2 0 0 7年9月-18 7 1Mach i ne ryDe s i gn&Manu fac tu re機械設計與制造2離子氮化的技術特點(1)氮化層組織容易控制：可以通過對離子滲氮氣氛組成(氮氣和氫氣的比 例)、氣壓、流量、放電參數(shù)和溫度、時間的調(diào)控來獲得高硬度的單項e化合物，或高韌性的單項丫化合物甚至無化合物滲層，其脆性小，變形小，往往可以不經(jīng)過 磨削直接使用。(2)節(jié)約能源：由于離子氮化是利用輝光放電直接對工件進行加熱，無需特 別的加熱設備，并可通過調(diào)整電極的設置使工件表面溫度均勻分布。與間接加熱方 式相比，加熱效率可提高兩倍以上，能源消耗僅為氣

10、體滲氮的4 0 7 0 %。(3)氮化速度快：由于離子氮化利用了離子化了的氣體的濺射作用，故于以 往的氮化處理相比可顯著縮短處理時間(僅為氣體滲氮的三分之一到五分之一)。(4)適用溫度范圍寬：可根據(jù)需要在很大范圍內(nèi)(4 0 0 6 5 0 C)選擇 工藝溫度，可以有效減少被氮化工件的熱應力和內(nèi)應力釋放，防止工件的變形。(5 )適用于多種材料：離子氮化不僅可以用于含C r、A 1、V、T 1、M 。等低中碳鋼、熱作模具鋼、高合金工具鋼，還可以處理鑄鐵、不銹鋼、耐熱鋼、 鈦合金等。(6)離子氮化處理后工件的尺寸穩(wěn)定性高：在離子氮化過程中，隨氮化層厚 度的增加，工件的尺寸有所增加，但是由于陰極濺射作

11、用，工件表面的鐵原子被濺 射出來，尺寸又有所減小，相互抵消后尺寸變化甚微。如果通過精準的控制，可以 使變形量控制在0 . 02 0. 05mm以內(nèi)，這是其他熱處理方法難以達到的。3離子氮化后氮化層的性能通過標準化的梅氏沖擊試驗，證明了離子氮化可以提高氮化工件的小能量多次 沖擊抗力，這是由于滲氮層的殘余壓應力而提高了模具的強度所致。通過實踐證 明：曲軸、連桿熱鍛模的連續(xù)鍛打次數(shù)比離子氮化前增加了3 0%以上。由于離子氮化后，氮化層具有穩(wěn)定且高硬度的氮化物，使氮化層的硬度達到7 00 1 000HV。使?jié)B氮后的零件都大幅度提高了耐磨性，其耐磨性優(yōu)于高頻 淬火，可與滲氮淬火媲美，但滲氮的擴散層的耐磨

12、性要比滲氮淬火差。因此，離子 滲氮經(jīng)常作為最后一道工序使用，僅在必要時進行精磨和研磨。對于模具，離子氮 化也作為最終熱處理進行且要求氮化后盡可能不再進行模具形面修磨或調(diào)整。離子氮化后的工件由于金屬表面較大的壓應力的作用，具抗循環(huán)交變應力的能 力顯著增加，有效地提高了材料的接觸疲勞強度，明顯延長了材料的使用壽命。氮 化后的零件的抗咬合性與抗粘著能力也有很大的提高。經(jīng)離子氮化后的齒輪鋁壓鑄 模具(3 C rW8 V)壓鑄次數(shù)由原來的幾十次增加至連續(xù)壓鑄4 5 0 0次才出現(xiàn) 輕微粘鋁現(xiàn)象。離子氮化可明顯提高抵抗滑動摩擦性能。氮化層表面的硬度高、氮濃度高，混 合相層中e比例大，這些降低了摩擦系數(shù)和材

13、料的咬合傾向。該工藝還可以提高工件的抗大氣腐蝕能力，只是不同相結(jié)構(gòu)的化合層在不同的介質(zhì)中具有不同的耐腐蝕 性。4離子氮化在汽車覆蓋件模具中的應用隨著汽車產(chǎn)量和車型近年來快速發(fā)展的同時，汽車價格一年比一年降低。汽車 降價的結(jié)果就迫使汽車生產(chǎn)廠家降低成本，從而也對模具企業(yè)提出了降價要求。對此，許多模具廠認為這對模具廠不利， 但也有一些模具廠認為這是利好消息。因為汽車廠要降低模具價格，所以要求模具 生產(chǎn)企業(yè)在管理和技術等方面取得進步才能勝任。這就迫使模具企業(yè)積極采用新技 術，努力改善企業(yè)管理，提高自身的綜合素質(zhì)和核心競爭力。向技術要效率，向管 理要效益，已成為許多模具廠的共識。汽車覆蓋件冷沖模具特別

14、是拉延成型模具，對模具的工作型面部分的強度、表 面粗糙度、硬度和耐磨性等要求都非高。目前在國內(nèi)一般都采用高強度鑄鐵HT3 0 0或合金鑄鐵，國外也有采用球墨鑄鐵的，但國內(nèi)目前的鑄造水平還無法達到， 而對于厚板料、深拉延、高效率、高壽命要求的模具，僅憑模具基體材料的性能還 是無法滿足要求的，往往拉延數(shù)百件后，模具型面就出現(xiàn)起毛、拉延瘤、制件擦傷 等現(xiàn)象，而需要修整，有些模具磨損過快，甚至需要復制。針對這些模具，可以對其進行輝光離子氮化處理，處理后的模具型面氮化層厚 度可達到0 . 3 mm左右，表面白亮層達到81 2皿，使模具的耐磨性、抗疲勞強度和抗咬合性大大提高，板材成型過程中的流動性明顯改善

15、，顯著減少了模具 表面磨損和修模次數(shù)，提高了制件的質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。統(tǒng)計數(shù)字表明，Mo C r鑄鐵模具經(jīng)離子氮化后連續(xù)沖壓了 2 0萬次沒有進行維修，至今仍在使用，如一汽大眾，這在國內(nèi)模具行業(yè)實屬罕見離子滲氮技術還為老舊模具的延期服役提供了有效手段。實踐證明，服役2 0 年以上的舊模具經(jīng)過離子氮化處理后連續(xù)沖壓了 7萬多次仍沒有出現(xiàn)需要修模的指 證(如上海大眾)。經(jīng)氮化處理后還可以重復進行氮化處理且容易操作，具有比 其他表面處理技術更大的優(yōu)越性。而在國外，高精尖的模具制造技術與離子氮化技 術的完美結(jié)合，竟然使模具沖壓次數(shù)達到百萬次的驚人數(shù)字。在裝備水平方面，無論是近年來新建的企業(yè)還是經(jīng)過技

16、術改造的老企業(yè)，無一 例外地都大量采購了先進的數(shù)控設備，這些設備中包括了三軸至五軸的高速加工機 床、大型龍門式加工中心和數(shù)控銃等機床、先進的大型測量和調(diào)試設備及多軸數(shù)控 激光切割機等。因此，生產(chǎn)汽車覆蓋件模具的水平和能力已大為提高。過去，一個 企業(yè)很難在一年內(nèi)完成整個車型的模具，現(xiàn)在一些骨干重點企業(yè)己完全有這個能 力。個別企業(yè)通過行業(yè)協(xié)作還具備了一年內(nèi)可以同時完成45個車型全套模具的 能力。大部分企業(yè)還同時配備了許多先進的軟件。根據(jù)現(xiàn)在裝備水平看，國內(nèi)已經(jīng) 具備一年完成2 0個以上車型整車模具的能力。在模具廠普遍采用CAPP雖然有很大難度，但也不乏成功的例子。以前很少 采用的加工技術現(xiàn)在也越來越多地被采用，可以說是已經(jīng)到了開始廣泛應用階段。 其他如測量技術、表面涂鍍技術、綜合檢具