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(yīng)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(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比公式是：i = i/ tg( 6i)+tg(6 2 + a)，若 61 =62 = 6°, 0=4°46，機(jī)構(gòu)能夠自鎖，此時(shí)擴(kuò)力比i = 3 . 3 8?？焖賷A緊多功能虎鉗齒輪軸上的錐面相當(dāng)于斜楔。而固定鉗座的錐孔及錐套里 的錐孔，相當(dāng)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(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比 "倍(實(shí)際3 . 3 8)?？焖賷A緊手柄與齒輪組成的杠桿機(jī)構(gòu)的擴(kuò)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(shí)，總擴(kuò)力比=3 X8 =2 4倍。有了2 4倍的擴(kuò)力比，一般情況下是夠用的，在鉗工操作時(shí)一般不需要再加力 夾緊了。若需要加力(如在粗銃工件時(shí)，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(jī)構(gòu)加杠桿機(jī)構(gòu)的組合，螺旋機(jī)構(gòu)擴(kuò)力比 =1 0 0倍，而杠桿機(jī)構(gòu)擴(kuò) 力比=8倍，加力夾緊裝置總擴(kuò)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(shè)計(jì)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(shè) 計(jì)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(shè) 計(jì)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(shù)部門的好評，取 得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。參考文獻(xiàn)1劉友才.機(jī)床夾具設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1 9 9 2. 2張志明.成 組夾具設(shè)計(jì)及應(yīng)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(rèn)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(fù)等方面，輝光離子氮化都具有獨(dú)到之處。關(guān)鍵詞：表面輝光離子氮化處理；汽車覆蓋件模具；技術(shù)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(xiàn)標(biāo)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(xué)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(jì)六十年代末，直流離子氮化技術(shù)開始在生產(chǎn)中得到實(shí)際應(yīng)用，多年來離子氮化技術(shù)的工藝不斷得到改善，現(xiàn)在已經(jīng)成為一項(xiàng)比 較成熟的熱處理技術(shù)，并在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。將對

7、離子氮化的工作原理、離子 氮化的技術(shù)特點(diǎn)、氮化層的性能及在延長模具的使用壽命等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。1獨(dú)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?dú)怏w（多用氨氣NH3,也 可用氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w），在高壓電場作用下，使兩電極間的含氮?dú)怏w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(yùn)動，帶正電荷的氮離子向陰極（工件）做定向運(yùn) 動，帶負(fù)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(qiáng)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(kuò)散進(jìn) 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(jìn)行，這就是氮從等離子區(qū)進(jìn)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(jī)械設(shè)計(jì)與制造2離子氮化的技術(shù)特點(diǎn)(1)氮化層組織容易控制：可以通過對離子滲氮?dú)夥战M成(氮?dú)夂蜌錃獾谋?例)、氣壓、流量、放電參數(shù)和溫度、時(shí)間的調(diào)控來獲得高硬度的單項(xiàng)e化合物，或高韌性的單項(xiàng)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(jìn)行加熱，無需特 別的加熱設(shè)備，并可通過調(diào)整電極的設(shè)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(shí)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(yīng)力和內(nèi)應(yīng)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(zhǔn)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(dá)到的。3離子氮化后氮化層的性能通過標(biāo)準(zhǔn)化的梅氏沖擊試驗(yàn)，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(yīng)力而提高了模具的強(qiáng)度所致。通過實(shí)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(dá)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(kuò)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(shí)進(jìn)行精磨和研磨。對于模具，離子氮 化也作為最終熱處理進(jìn)行且要求氮化后盡可能不再進(jìn)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(yīng)力的作用，具抗循環(huán)交變應(yīng)力的能 力顯著增加，有效地提高了材料的接觸疲勞強(qiáng)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(yīng)用隨著汽車產(chǎn)量和車型近年來快速發(fā)展的同時(shí)，汽車價(jià)格一年比一年降低。汽車 降價(jià)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(jià)要求。對此，許多模具廠認(rèn)為這對模具廠不利， 但也有一些模具廠認(rèn)為這是利好消息。因?yàn)槠噺S要降低模具價(jià)格，所以要求模具 生產(chǎn)企業(yè)在管理和技術(shù)等方面取得進(jìn)步才能勝任。這就迫使模具企業(yè)積極采用新技 術(shù)，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(shù)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(qiáng)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(qiáng)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(dá)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(fù)制。針對這些模具，可以對其進(jìn)行輝光離子氮化處理，處理后的模具型面氮化層厚 度可達(dá)到0 . 3 mm左右，表面白亮層達(dá)到81 2皿，使模具的耐磨性、抗疲勞強(qiáng)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(jì)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(jìn)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(shí)屬罕見離子滲氮技術(shù)還為老舊模具的延期服役提供了有效手段。實(shí)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(fù)進(jìn)行氮化處理且容易操作，具有比 其他表面處理技術(shù)更大的優(yōu)越性。而在國外，高精尖的模具制造技術(shù)與離子氮化技 術(shù)的完美結(jié)合，竟然使模具沖壓次數(shù)達(dá)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(shù)改造的老企業(yè)，無一 例外地都大量采購了先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備，這些設(shè)備中包括了三軸至五軸的高速加工機(jī) 床、大型龍門式加工中心和數(shù)控銃等機(jī)床、先進(jìn)的大型測量和調(diào)試設(shè)備及多軸數(shù)控 激光切割機(jī)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(gè) 企業(yè)很難在一年內(nèi)完成整個(gè)車型的模具，現(xiàn)在一些骨干重點(diǎn)企業(yè)己完全有這個(gè)能 力。個(gè)別企業(yè)通過行業(yè)協(xié)作還具備了一年內(nèi)可以同時(shí)完成45個(gè)車型全套模具的 能力。大部分企業(yè)還同時(shí)配備了許多先進(jìn)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(gè)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(shù)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(yīng)用階段。 其他如測量技術(shù)、表面涂鍍技術(shù)、綜合檢具