注塑發(fā)泡模具制造材料的選擇及熱處理工藝研究

注塑發(fā)泡模具制造材料的選擇及熱處理工藝研究 題目注塑發(fā)泡模具制造材料的選擇及熱處理工藝研究摘要材料替代技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中運(yùn)用比較廣泛，簡而言之，它是利用一種新材料和適當(dāng)?shù)奶幚矸椒▉硖鎿Q原材料的一種手段，由于國內(nèi)工廠考慮經(jīng)濟(jì)因素，選取這種方法可以為企業(yè)減少成本，利用不同材料改善產(chǎn)品性能，獲得巨大的收益。了解新材料的特點(diǎn)和性能，從而利用其優(yōu)越條件運(yùn)用合理的工藝手段，能改善使用性能。獲得壽命更長，使用依靠性更加牢靠的零部件，降低了國內(nèi)工廠資源的成本，小支出大收益，滿足了社會(huì)市場(chǎng)的需求。本文采用幾種不同的材料通過滲硼處理，在其中找出最適合的材料替代某模具工廠采用的42CrMoV沖頭，分別通過金相顯微鏡的組織觀察、硬度的測(cè)量、快速磨損實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)這幾種不同材料的硬度、組織、性能，觀察性能是否優(yōu)于42CrMoV材料原本性能。關(guān)鍵詞：滲硼組織材料替代硬度Title:ResearchontheselectionofmoldingmaterialsandheattreatmenttechnologyofinjectionfoammoldAbstractMaterialreplacementtechnologyusedmorewidelyinmodernindustrialfield,inshort,itisakindofnewmaterialsandusingappropriatemethodstoreplaceameansofrawmaterials,duetothedomesticfactoriesconsidereconomicfactors,thisapproachcanreducecostsfortheenterprise,usedifferentmaterialtoimproveproductperformance,hugerevenues.Tounderstandthecharacteristicsandpropertiesofthenewmaterial,soastouseitssuperiorconditionsandreasonabletechnologicalmeans,canimprovetheperformance.Byobtainingpartswithlongerlifeandmorereliabledependence,thecostofdomesticfactoryresourcesisreduced,smallexpenditureandlargebenefitareobtained,andthesocialmarketdemandissatisfied.ThispaperUSESseveraldifferentmaterialsbyboronizingtreatment,inwhichtofindthemostsuitablematerialtoreplacesomemouldfactoryusing42crmovpunch,respectivelybyobservationoftheorganizationofthemetallographicmicroscope,hardnessmeasurement,rapidwearexperimentstotestthehardnessofseveraldifferentmaterials,organization,performance,observewhetherperformanceisbetterthan42crmovmaterialperformance.Keywords:BoronizingMicrostructureMaterialsubstitutionHardness目錄TOC\o"1-3"\h\u1312摘要 113634Abstract 2527第一章緒論 5275191.1模具的概述 5187781.1.1模具的分類 610771.1.2模具的組成 7222861.2模具的特點(diǎn)及應(yīng)用 9231151.2.1模具生產(chǎn)及模具的特點(diǎn) 974131.2.2模具的應(yīng)用 10279741.3注塑的概述 11315111.3.1發(fā)泡的概述 11159411.3.2模具沖頭 12133251.4滲硼工藝 12177111.4.1滲硼工藝的概述 12268861.4.2滲硼工藝的原理 13111971.4.3滲硼工藝的分類 14320231.4.4滲硼工藝在易磨損零件的應(yīng)用 1440941.4.5滲硼工藝在模具中的應(yīng)用 1520701.5固體滲硼 16318251.5.1固體滲硼概述 16320731.5.2滲硼劑的選用與使用 17183951.5.3其它元素對(duì)滲硼的影響 1831711.5.4滲硼新工藝 1827651第二章實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 19142532.1研究內(nèi)容 19323812.2固體滲硼實(shí)驗(yàn) 20155842.2.1實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)藥品 20210392.2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 21158522.2.3實(shí)驗(yàn)工藝流程 2188042.3組織性能表征 22158402.3.1金相實(shí)驗(yàn) 2243412.3.2維氏硬度實(shí)驗(yàn) 23262522.3.3磨損實(shí)驗(yàn) 2331480第三章沖頭替換材料的滲硼工藝的研究 24146063.1引言 2471503.2材料滲硼的微觀結(jié)構(gòu) 24118633.2.1滲層的組織 24201413.2.2滲硼基體組織 2633043.3滲硼后的硬度 27170703.4滲硼后的磨損性能 309578第四章結(jié)論 30第一章緒論1.1模具的概述模具是項(xiàng)工具把所需要的零件一次成型。而想要得到實(shí)際需要的物品，作為一種成型工具的模具它可以利用多種方式得到，例如吹塑、鍛壓、沖壓成型等方式。由于模具有很多，根據(jù)實(shí)際所需要的產(chǎn)品，模具有簡易也有繁瑣，它由許多個(gè)零部件構(gòu)成，這種組成的零部件也不是單一不變的，不一樣的模具會(huì)由不同種類的零件組成。以改變物理狀態(tài)的方式來獲得產(chǎn)品外形塑造的模具被人們稱之為“工業(yè)之母”。在現(xiàn)如今的工業(yè)工程加工領(lǐng)域中，模具非常常見也不可或缺，它具有很多的優(yōu)點(diǎn)，質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高、降低成本，同時(shí)也保護(hù)了環(huán)境，降低污染。制造工廠中的大部分設(shè)備都需要用到模具，模具產(chǎn)品逐漸應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，呈現(xiàn)縱橫深度同步擴(kuò)展發(fā)展趨勢(shì)。以汽車為代表的交通設(shè)備、冰箱洗衣機(jī)這種電子設(shè)備、和塑料制品的輕工業(yè)中大約百分之70左右的零部件都需要進(jìn)行模具成型處理。因此對(duì)模具的質(zhì)量、精度具有嚴(yán)格的要求，它們最終致使產(chǎn)品的合格與否。模具工業(yè)是中國所有行業(yè)和經(jīng)濟(jì)部門的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。當(dāng)今，中國正身處產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的一個(gè)緊張期間。國家對(duì)新七領(lǐng)域的計(jì)議是要截止至明年底增加代表著未來科技的新興產(chǎn)業(yè)的價(jià)值占GDP的百分之十五。要想達(dá)到這樣的目標(biāo)，在國家的新七領(lǐng)域中，頂級(jí)配備會(huì)被現(xiàn)代的各種制造企業(yè)所重視，使得在國際上立足。在現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域中，要想在高端技術(shù)立足，這一行業(yè)一定會(huì)被著重大力發(fā)展。隨著社會(huì)向智能化、輕量化、個(gè)性化前進(jìn)，我們對(duì)產(chǎn)品要求的更高，拿生活中的手機(jī)舉例子每年都會(huì)更新一部至兩部的新產(chǎn)品，所以模具產(chǎn)業(yè)也在不斷的更新改朝換代，市場(chǎng)規(guī)模也是非常的龐大，為了在國際上樹立自己的競(jìng)爭(zhēng)力。中國模具產(chǎn)業(yè)的前進(jìn)方向大體可以體現(xiàn)在幾個(gè)方面：多功能復(fù)合模具的成長會(huì)受到越來越多的重視，因此對(duì)成型理論基礎(chǔ)和工藝原理的研究將受到重視。通過對(duì)理論、模具成型加工工藝的研究，向更高級(jí)別的多功能復(fù)合模具邁進(jìn)，進(jìn)一步改良。產(chǎn)品開發(fā)將是大型化和精確性，各種各樣的零件和小部件都已經(jīng)不能滿足國內(nèi)市場(chǎng)的需求，產(chǎn)品的發(fā)展正朝著大型化，高精度的方向前進(jìn)，而模具發(fā)展是在這方面有著相應(yīng)改變。模具選擇優(yōu)良的材料與深化表面處理技術(shù)將受到重視，為了提高模具的使用壽命，我們一定要注意模具材料的選擇和表面強(qiáng)化的方式。提高模具的使用壽命是工廠資源成本降低的關(guān)鍵所在，從而使國內(nèi)生產(chǎn)力變的更加高效。開發(fā)設(shè)備和先進(jìn)的技術(shù)用于有效，精確和數(shù)控自動(dòng)化模具加工。由于數(shù)控銑床和各種檢測(cè)設(shè)備的不斷發(fā)展和利用，復(fù)制銑床，坐標(biāo)磨床，各種數(shù)控加工電動(dòng)研磨機(jī)，模具組件這類的發(fā)展使得模具的加工精度大大提高同時(shí)加工周期也被縮短，與此同時(shí)，新的模具技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，這進(jìn)一步促進(jìn)了國內(nèi)模具工業(yè)的發(fā)展。模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將受到重視，作為模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)件模具不僅可以是提高模具質(zhì)量、還可以為工業(yè)節(jié)約成本，這也是模具發(fā)展的方向。在模具設(shè)計(jì)過程中，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)輔助需求和促進(jìn)CAD/CAE/CAM技術(shù)的學(xué)習(xí)，這可以實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)和制造的集成。1.1.1模具的分類模具的分類有很多種，根據(jù)不同的分類方式可以進(jìn)行以下分類。據(jù)加工對(duì)象和加工工藝可分為：①金屬的模具。②非金屬和粉末冶金的模具。這些包括塑料模、橡膠模和粉末冶金模。塑料膜被分成雙色模具、壓塑模具和擠塑模具等根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可被分為：模具可被進(jìn)一步劃分成沖裁模（平面形）和型腔模（有一定的空間）。模具通常為單件，并且以小批量產(chǎn)出。根據(jù)所成型的材料的不同可分為：五金模具、塑膠模具、以及其特殊模具等。五金模具包括：分為沖壓模具、擠壓模、壓鑄模和鍛造模等。其中沖壓模又可分為沖裁模、拉伸模、翻孔模、整形模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模等等。鍛模具又有模鍛模具、鐓鍛模具。非金屬模具分為：塑料模具、無機(jī)非金屬模具、砂型模具、真空模具和石蠟?zāi)＞叩?。在工業(yè)的沖壓生產(chǎn)中，沖壓模是不可或缺的一種重要的工藝裝置配備，實(shí)用性強(qiáng)，是一種技術(shù)密集型的產(chǎn)品。沖壓件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量和模具的設(shè)計(jì)有著密不可分的聯(lián)系，模具制造技術(shù)的水平，決策了國家的產(chǎn)品制造能力能否領(lǐng)先。沖壓模具有多種形式存在，大體可依據(jù)如下的基本特點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分。1、根據(jù)工藝性質(zhì)分類（1）沖裁模其中沖裁模是沿著封閉或敞開的輪廓分離材料。如沖頭模具、沖孔模具、切割模具、修邊模具等。（2）彎曲模使板料毛坯沿著直線或是彎曲線產(chǎn)生的彎曲變形，進(jìn)而獲得一定角度和形狀的工件的模具。（3）拉深模拉深模是一種模具，其中毛胚坯料形成為開口形狀，并且中空構(gòu)件的形狀和尺寸改變。（4）成形模是將毛坯或半成品工件按圖凸、凹模的形狀直接復(fù)制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴(kuò)口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。2、根據(jù)工序組合程度分類（1）單工序模在壓力機(jī)的一次工作運(yùn)行中，只完成一道沖壓工序的模具。（2）復(fù)合模僅具有一個(gè)工作位置，并且在壓力機(jī)的一次行程中，兩個(gè)或更粗哦個(gè)沖壓工藝的模具在同一個(gè)工作位置同時(shí)完成。（3）級(jí)進(jìn)模在胚料的的進(jìn)給方向上，有兩個(gè)以上的工作位置，并且在壓力機(jī)的一個(gè)行程中，兩個(gè)或更多各沖壓工藝在不同的工作位置被依次完成。1.1.2模具的組成就沖壓模具來說，其模具的組成大致包括兩大部分：工藝部件和結(jié)構(gòu)部件，工藝零件包括工作部件（凸模、凹模）、定位部件（側(cè)刃、塊銷、導(dǎo)料板等）、壓力卸料裝置及其它輸送件、拆卸裝置等；結(jié)構(gòu)件包括導(dǎo)向部件（導(dǎo)向柱、導(dǎo)向襯套）、固定（凸模固定板）與緊固件（螺釘、圓柱銷）、支承部件（墊板、上下模座、模柄）等等。其塑料模具的構(gòu)成包含八個(gè)部分。1、成型件：芯、型腔板、型桿、側(cè)芯等；2、澆注的部分：主流襯套、澆口襯套3、導(dǎo)向部件：傾斜導(dǎo)柱、小導(dǎo)柱4、推出部件：推桿、推板、推管5、側(cè)向分離與抽芯機(jī)構(gòu)：斜楔6、固定與支撐部件：上下模座、固定板、螺釘7、定位部件：定位環(huán)、定位銷8、加熱、冷卻部件：軟管、套管、密封圈1.1.3模具的制作流程一、接受任務(wù)書最終成型模具樣品的任務(wù)書大部分是由設(shè)計(jì)人提出，其任務(wù)書中的具體內(nèi)容如下：1.由專業(yè)人士簽署，批準(zhǔn)，正式圖紙應(yīng)標(biāo)明等級(jí)和塑料的透明度等事宜。2.制件的技術(shù)要求。3.生產(chǎn)產(chǎn)量。4.制件樣品?；诔尚凸ぜ蝿?wù)書和模具設(shè)計(jì)任務(wù)書，工作人員制作出最終的模具。二、搜羅、領(lǐng)會(huì)資料收集和組織相關(guān)零件設(shè)計(jì)，模制過程，模制設(shè)備，和機(jī)械加工的方法。理解塑料制件圖。充分領(lǐng)略制件的使用范圍，說明其具體參數(shù)，形狀大小允許范圍內(nèi)的偏差等條件。例如制件在大小、結(jié)構(gòu)、及其性能等要素的條件是什么，無論是梯度，結(jié)構(gòu)，以及零件的幾何方向設(shè)計(jì)都應(yīng)當(dāng)被適當(dāng)?shù)夭贾?，諸如熔接痕、縮孔等成型缺陷的允許程度，和是否有電鍍、隨后的處理如粘結(jié)和鉆孔都應(yīng)被考慮。選擇塑料制件尺寸精度最高的尺寸進(jìn)行分析，提前預(yù)估成型公差是否低于塑料制件的公差，以及是否能夠形成所期望的塑料部件。2.分析工藝資料，通過仔細(xì)詳閱工藝任務(wù)書，對(duì)設(shè)備規(guī)格、材料型號(hào)等的選用進(jìn)行合理的判斷，是否能進(jìn)行正常的實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)實(shí)際使用的零件，模制材料應(yīng)滿足顏色，形狀尺寸，尺寸精度，透明性，硬度，強(qiáng)度的技術(shù)要求和耐磨性，并具有良好的拉伸各向同性和熱穩(wěn)定性等。3.確定成型方法模具注塑成型方法有很多種，至于具體采用何種成型方法，需要根據(jù)具體成品制件要求及實(shí)際情況進(jìn)行選擇。常用的成型方式有壓注成型方法、中空成型方法、擠塑成型方法等。選擇成型設(shè)備成型設(shè)備是用于通過模具來生產(chǎn)不種類型的形成坯和成形件的裝置。在現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中通常使用的成形設(shè)備包括液壓機(jī)，塑料擠出機(jī)，壓鑄機(jī)，塑料熱成型設(shè)備，注塑機(jī)等。至于具體選擇哪種設(shè)備或是說選擇設(shè)備的依據(jù)是什么，前提一定要了解不同設(shè)備的結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、使用范圍以及性能狀況之間的差異。如需要了解注射容量、鎖模壓力、注射壓力、模具安裝尺寸、頂出裝置及尺寸、噴嘴孔直徑及噴嘴球面半徑、澆口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具體參數(shù)在設(shè)備上會(huì)有所標(biāo)注。5.具體結(jié)構(gòu)方案（1）選擇模具的類別。像金屬模具、非金屬模具、鑄壓模、塑料模和沖壓模等。（2）選擇模具類型的主要結(jié)構(gòu)選擇理想的模具結(jié)構(gòu)要考慮的方面有兩個(gè)。一是選擇成型設(shè)備，二是選擇合理的型腔數(shù)目。使模具的工作滿足兩個(gè)方面，一是制件的工藝方法，二是符合生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的需求。滿足前者必須要確保其幾何外形，粗糙度和大小尺寸。生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)要求的是要讓塑料制件的成本降低，模具持續(xù)不斷的工作，提高生產(chǎn)力，同時(shí)減小了勞動(dòng)力。三、影響模具結(jié)構(gòu)的因素：1.型腔布置。設(shè)計(jì)模具時(shí)要事先算出型腔的數(shù)目，這是為了能讓它與注塑機(jī)相切合，提高了塑件的精度也提高了生產(chǎn)的效率，一舉兩得，型腔數(shù)目可根據(jù)注塑機(jī)的額定鎖模力、塑件精度、最大注塑量和經(jīng)濟(jì)性來綜合考量。還要考慮型腔的布局，要同時(shí)滿足主流道到各型腔流程短、各型腔從總壓力中均等分得壓力、型腔間距要大等要求。例如注射模，塑料制件精度為3級(jí)和3a級(jí)，重量為6克，采用硬化澆注系統(tǒng)，腔的數(shù)量為4-6個(gè)；塑料制件一般精度（4-5級(jí)），成型材料為部分結(jié)晶的材料，腔的數(shù)量可選擇15-19個(gè)；塑料制件重量為11-15克，型的數(shù)量為8-11個(gè)；而重量為60-100克的塑料制件，型腔數(shù)取5-8個(gè)。對(duì)于無定型的塑料件，型腔的推薦數(shù)目為24-48個(gè)，16-32個(gè)和6-10個(gè)。當(dāng)再繼續(xù)增加塑料制件重量，多腔模具就很少被選擇。2.確定分型面。選取分型面非常重要，關(guān)系到塑件的成型與脫模，因此確定分型面要有利于模具加工并且保證塑件的質(zhì)量，方便脫模操作，這有利于提高制件的表面質(zhì)量。3.選擇正確的澆注系統(tǒng)與排氣系統(tǒng)，其中澆注系統(tǒng)要看料流通道和分流道，還要注意進(jìn)料口的形狀，尺寸和位置是否合理。至于排氣系統(tǒng)要選擇適宜的排氣方式，也要觀察排氣槽的位置，尺寸要求，使得空氣能正常流通排出。4.確定頂出方式。常用的方式有以下幾種：頂式桿、頂板式、套筒式、斜滑塊式還有復(fù)雜的組合式。還要選擇側(cè)面凹坑缺陷的處理方法和抽芯方式。5.確定加熱槽和冷卻槽的大小、形狀，和他們各自的加熱方法，并確定加熱元件的安裝位置。1.2模具的特點(diǎn)及應(yīng)用1.2.1模具生產(chǎn)及模具的特點(diǎn).模具產(chǎn)業(yè)在國際上的地位舉足輕重，其模具生產(chǎn)有著如下特點(diǎn)：相同處理的加工內(nèi)容很繁瑣，所以生產(chǎn)效率較低。

b)要求工作人員具有較高的技術(shù)水平。

c)模具工作部分的大小和位置，必須經(jīng)過測(cè)試后確定。

d)裝配之后都要經(jīng)過工程試壓模、調(diào)整和制作范模的程序。

e)模具的生產(chǎn)過程比較長，其生產(chǎn)成本也略高一些。

f)由于模具生產(chǎn)是單個(gè)物品生產(chǎn)，所以其生產(chǎn)工藝、管理形式、制造方法都有著規(guī)律性和特殊性。通過模具成型可實(shí)現(xiàn)少切割甚至無切削的高效率途徑，生產(chǎn)出來的工件產(chǎn)品精度也提高很多，降低了表面粗糙度，大大提高了工作效率與質(zhì)量其高生產(chǎn)率、低成本低消耗等優(yōu)良特點(diǎn)使得其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。例如許多塑料、陶瓷和其他產(chǎn)品很多都是通過模具加工而成的。1.2.2模具的應(yīng)用模具行業(yè)在制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，要想快速發(fā)展工業(yè)，模具必須要放在第一位，可以說模具是機(jī)械工程的主要核心力量，如果中國要發(fā)展成為制造強(qiáng)國名單中的一員，勢(shì)必要把模具首當(dāng)其沖。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，模具加工技術(shù)生產(chǎn)制造出的零部件在軍工領(lǐng)域和民生中占有相當(dāng)大的比例，就貼近我們生活的物品來說，自行車、冰箱、電視、數(shù)碼相機(jī)、汽車等幾乎大部分產(chǎn)品都需要進(jìn)行模具加工處理，模具離不開我們的日常生活。就注塑模具而言，由于它的復(fù)雜性，一些構(gòu)造簡單的模具不會(huì)用到這種技術(shù)，通常來講，注塑模具用于工藝非常復(fù)雜的模具。注塑模具大致分為兩種，分別為靜模和動(dòng)模，前者主要用在固定模板上，后者用于移動(dòng)模板上。正是由于兩種模具的融合使得注塑模具技術(shù)成長非常迅速。國際上已經(jīng)有很多人士將高端技術(shù)與注塑模具工藝相結(jié)合，從而獲得更高質(zhì)量的模具，傳統(tǒng)模具的制造離不開人力，這既消耗的時(shí)間成本也耗費(fèi)了人力資源，且制造出來的模具效果也不是特別理想。致使生產(chǎn)效率低下，技術(shù)水平跟不上去，但隨著注塑模具等制造方法相繼出現(xiàn)，在與高端科技的相互融合，這為模具制造產(chǎn)品提高了效率。熱流道技術(shù)作為注塑模具行業(yè)的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折，打破了以往的冷流道技術(shù)，解決了壓力不足，溫度不均勻?qū)е庐a(chǎn)品瑕疵的問題。諸如這樣的解決問題還有很多，最終的目的都是為了優(yōu)化產(chǎn)品。隨著社會(huì)節(jié)奏的加快，模具產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)上升的很快，技術(shù)含量也相應(yīng)提高，我國的模具行業(yè)正向著一體化、集成化、智能化的方向邁進(jìn)。不一樣的零件需要不一樣的模具，每種模具都有著不用的作用，有一些特殊模具如：卷邊和卷鉸鏈模具。卷邊常常用在壓延拉伸后蓋子、盒子和鍋等產(chǎn)品上，在電氣產(chǎn)品如接線頭、接線板高低壓開關(guān)柜板面、門折頁等也常用到，接線頭用模具卷邊后，將導(dǎo)線穿入孔內(nèi)用沖床壓扁固定，不要求圓形狀，則可獲得較理想又保證裝配要求零件。卷鉸鏈不同于卷邊，就模具結(jié)構(gòu)而言，兩半圓或整圓的滾輪的端面邊緣一定要有過渡圓滑連接，才能保證不留壓痕，半徑部位不僅硬度要夠，而且要光滑，才能保證加工出的零部件光滑。像這樣的彎曲零件應(yīng)用廣泛，如輸變電、高低壓開關(guān)柜、照明箱等，使的這樣的卷邊和卷鉸鏈模具也廣泛的應(yīng)用。壓印模。用足夠的沖床壓力將平板材料或零件壓上花紋，與模具相反的字痕、圖像留在平板或零件上，有凸凹筋梗，應(yīng)用于符號(hào)、名字、商標(biāo)等花紋圖案，是一種特殊加工工藝，這種模具和加工方法大多應(yīng)用于紀(jì)念章、獎(jiǎng)?wù)碌闹谱鳎矌诺纳a(chǎn)等。切口模。將板材邊緣切成各種形狀的口，使材料與板材分離，還有一種情況是在材料的邊緣或材料內(nèi)任何部位，切開一部分材料，剩余一部分，這些可用切口模來實(shí)現(xiàn)，不完全切斷的切口零件，一般還要整形，切斷本身是材料被破壞的塑性變形，對(duì)沒有彎形的切口模應(yīng)用更廣泛些，如角鋼、槽鋼、鋼管等型材，都可以在任何部位切口[6]。1.3注塑的概述注塑成型是塑料加工業(yè)的一個(gè)分支，注塑技術(shù)是增長最快的塑料加工技術(shù)。隨著技術(shù)和工業(yè)時(shí)代的發(fā)展，其快速，批量，低成本的復(fù)雜形狀成型在中國注塑行業(yè)迅速發(fā)展。技術(shù)的蓬勃發(fā)展在品種，規(guī)格，精度和產(chǎn)量上有了質(zhì)的飛躍。"以塑代鋼，以塑代木"已成為了現(xiàn)實(shí)。注塑成型有很多優(yōu)異的特點(diǎn)，它可以使形狀復(fù)雜、要求精度較高的塑料制件一次成型；可以形成具有金屬嵌件的部件，使其具有良好的組裝和互換性，這對(duì)塑料部件是有利的；注塑模具可以進(jìn)行快速更替，生產(chǎn)出滿足市場(chǎng)需要的產(chǎn)品，且適用于工程塑料，以獲得具有特殊性能和特殊用途的產(chǎn)品，注塑模具因其高智能自動(dòng)化，可實(shí)現(xiàn)完全機(jī)械式處理。注塑產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于家電，汽車，機(jī)械，電子，建筑業(yè)，醫(yī)療衛(wèi)生，農(nóng)林業(yè)，軌道交通，軍工航天等行業(yè)。1.3.1發(fā)泡的概述發(fā)泡技術(shù)通常說的是微孔發(fā)泡成型技術(shù)。它是在注塑、擠出中，事先將超臨界態(tài)的CO2或N2注入一個(gè)特殊的裝置內(nèi)，從而讓氣體和原料充分融合后，形成單相混合溶膠：使得這種溶膠引進(jìn)模具型腔或口模，使其形成巨大的壓力差的變化，從而使其內(nèi)部析出產(chǎn)生許多的原始微泡。在接下來的冷卻成型時(shí)，這種混溶膠內(nèi)部的原始微泡持續(xù)發(fā)展，最后得到微孔發(fā)泡的塑料制品的過程就是發(fā)泡技術(shù)。隨著現(xiàn)在產(chǎn)品的多樣性，人們對(duì)制件的精度偏差程度和外觀要求愈加的嚴(yán)格，如果還是選擇傳統(tǒng)的注塑工藝進(jìn)行制造，不可避免會(huì)發(fā)生許多問題，如質(zhì)量存在問題存在產(chǎn)品變形等，廣大的加工商遇到前所未有的挑戰(zhàn)，他們需要一項(xiàng)新的技術(shù)從這個(gè)困境中走出來。由于原材料價(jià)格的提高，這亞洲市場(chǎng)帶來很大的沖擊，世界上很多的生產(chǎn)制造商面臨著一大問題，中國已經(jīng)不是制造低廉產(chǎn)品的國家，而一些國家想要在市場(chǎng)中占領(lǐng)有利位置無法避免的選擇降低價(jià)格而順應(yīng)消費(fèi)者的要求。隨著技術(shù)的變革，精密的微發(fā)泡成型技術(shù)開始出現(xiàn)在了人們的面前，它打破了傳統(tǒng)，在注塑技術(shù)上是一種變革，采用更加精密的技術(shù)減少了成品件的重量，減小了成型的時(shí)間，也提高了制件彎曲變形的穩(wěn)定性，甚至可以將生產(chǎn)精度降低至0.001mm。顯而易見，這種注塑工藝在制造高質(zhì)量制件上占有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。在注塑成型這一技術(shù)層面中，Trexel公司的MuCell微發(fā)泡成型工藝顯現(xiàn)的特別有優(yōu)勢(shì)，其成為了應(yīng)用最廣泛的成型技術(shù)之一。1.3.2模具沖頭沖頭是一個(gè)很重要的零配件，不是一次性耗材，可反復(fù)更換新沖頭，應(yīng)用于沖壓模具上持續(xù)沖壓，將需要加工的材料產(chǎn)生形變，以獲取成品零件。模具沖頭常用的選擇材料有高速鋼，常見的型號(hào)有Cr12MoV、Skd61等等，也有選用鎢鋼進(jìn)行制作模具沖頭。沖頭有3種類型，A型、T型、和異性沖頭三類。完整的沖頭使用體系還包括沖頭桿、沖頭螺母與沖母。不可獨(dú)立作用，配合它們的完成使用。沖頭加工過程經(jīng)歷了拉絲、切斷和后續(xù)的熱處理。熱處理后按照尺寸，精度要求進(jìn)行研磨精加工，再拋光，最后檢測(cè)。沖頭的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)十年，目前已經(jīng)達(dá)到了數(shù)控機(jī)床一體化生產(chǎn)，國內(nèi)一些高端技術(shù)廠家已經(jīng)可以把沖頭的質(zhì)量規(guī)格做到更精細(xì)，精度可以達(dá)到上下偏差0.0002毫米，這在國際上也達(dá)到了頂尖水平，很難超越。然而沖頭在實(shí)際應(yīng)用過程中也會(huì)存在一些問題，可能會(huì)發(fā)生沖頭表面拉傷，脫料時(shí)受力不均勻，沖頭硬度過高，可能會(huì)存在斷裂繃斷等情況。面對(duì)這樣的情況我們現(xiàn)在也在不斷去尋找原因，找到更好的解決途徑。1.4滲硼工藝.1.4.1滲硼工藝的概述.滲硼，從字面就可以明白是在含有硼元素的硼化劑中放入鋼鐵，并升溫使得硼元素滲入鋼鐵基體的一種工藝方法，經(jīng)滲硼后的工件表面滲層具有非常高的硬度和耐磨性，改善了原材料的使用性能。不同鋼件進(jìn)行滲硼后由于本身所含有的合金元素和碳化物含量的關(guān)系對(duì)滲硼后材料的性能效果也有很大差異。滲硼后表面的滲硼層具有較高的硬度強(qiáng)度、良好的耐磨性、耐腐蝕性以及紅硬性等優(yōu)點(diǎn)。早在1895年，滲硼技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了人類的研究，直到20世紀(jì)70年達(dá)已經(jīng)有一部分已經(jīng)投入到了實(shí)際的應(yīng)用。中國大力著手研究滲硼研究也是在七十年代逐步進(jìn)行。隨著科技和人類的進(jìn)步，人們通過對(duì)滲硼工藝的研究愈加深?yuàn)W，通過研究滲硼層的產(chǎn)生原因、產(chǎn)生過程，以及對(duì)滲硼層進(jìn)行了細(xì)致的研究，包括它的性能、組織和形態(tài)，使得滲硼技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中運(yùn)用自如。滲硼技術(shù)已經(jīng)有了相當(dāng)大的進(jìn)展，在材料領(lǐng)域卓有成就，成為提高材料表面硬度和耐磨性的最佳方法之一?，F(xiàn)在大量的模具也都開始采取這種的方法，效果明顯，不僅提高了原材料的使用壽命和性能，同時(shí)也降低了成本，近些年來，我們國內(nèi)滲硼主要有以下指標(biāo)：（1）使用原來的材料通過滲硼使壽命延長。（2）用此種方式選擇合適的新材料替換，從而獲得優(yōu)良性能。滲硼方法主要包括固體滲硼，氣體滲硼，鹽浴中的液體滲硼和電解鹽浴中的硼化。其中固體方法和非電解熔鹽方法具有廣泛的應(yīng)用。前者適用于復(fù)雜的幾何形狀，包括小孔零件，螺紋和盲孔，后者處理具有簡單幾何形狀的部件并且需要淬火以增加滲硼后基板的強(qiáng)度。滲硼處理工藝可應(yīng)用于很多種類的鋼鐵材料上，例如鈷基和鐵基合金，以及鈦，鉭和其他有色金屬的材料，對(duì)金屬材料進(jìn)行滲硼處理，以獲得與硬質(zhì)合金硬度相當(dāng)?shù)谋砻鎸?，以改善原來材料的耐磨性和耐腐蝕性等優(yōu)良性能。1.4.2滲硼工藝的原理滲硼，是在含有硼元素的硼化劑中放入鋼鐵，并加熱使得硼元素滲入鋼鐵基體的一種工藝手段，從而獲得優(yōu)越性能的硼化層，硼元素在高溫下進(jìn)入了鋼鐵材料表面形成滲硼層，即擴(kuò)散的硼和基體金屬在適合的溫度下形成了化合物層。滲硼層產(chǎn)生原因其實(shí)是與滲硼溫度和滲硼時(shí)間以及原材料基體組成有關(guān)。對(duì)于同一個(gè)型號(hào)的鋼種，其滲硼層的狀態(tài)主要和滲硼溫度和時(shí)間有關(guān)，提供硼元素的滲硼劑也有一定的關(guān)系。因此提高滲硼能力也提高了滲硼層的形成趨勢(shì)。對(duì)于鋼的滲硼，在不同的溫度下硼與鋼會(huì)形成固溶體，由Fe-B相圖可了解到，其硼在鋼中最大的溶解度小于0.02％。由于溫度的差異，硼和鐵可能會(huì)形成δ、γ或是α固溶體，硼在α-Fe會(huì)形成置換性固溶體，在γ-Fe中形成的主要為間隙固溶體。擴(kuò)散程度在間隙固溶體中會(huì)比在置換性固溶體中容易，所以硼在α-Fe中的擴(kuò)散速度小于在γ-Fe中。當(dāng)發(fā)生滲硼時(shí)，硼化劑能夠產(chǎn)生非常多的B原子，期間保證密封防止氧氣進(jìn)入，硼元素進(jìn)入鋼的基體表面中，可能會(huì)形成兩種硼化物，分別為Fe2B和FeB。具體形成哪種硼化物與硼含量有關(guān)，硼含量達(dá)到8.84%時(shí)會(huì)形成Fe2B。含硼量達(dá)到16.23％時(shí)會(huì)形成FeB。這兩種硼化物均是穩(wěn)定的化合物，但其各自的熔點(diǎn)和硬度略有差別，其中Fe2B的熔點(diǎn)是1389℃，硬度范圍區(qū)間在1200至1680HV內(nèi)，F(xiàn)eB的熔點(diǎn)是1550℃，硬度范圍區(qū)間在1890至2340HV之內(nèi)。而且，鋼的成分也決定了硼化物的形貌，硼化物的平坦?fàn)顟B(tài)是由于鋼體的含碳量和合金元素的增加，隨著這兩個(gè)原因的增加，硼化物會(huì)向平坦?fàn)钰厔?shì)走，因?yàn)樘己秃辖鹪貢?huì)妨礙硼元素的擴(kuò)散。1.4.3滲硼工藝的分類常見的滲硼工藝有固體滲硼、氣體滲硼、粉末滲硼、鹽浴滲硼等。其中固體滲硼工藝方法應(yīng)用的較為廣泛，一般形狀復(fù)雜的零部件會(huì)采用這種方法，其次熔鹽法滲硼也被較多應(yīng)用，它主要用于形狀結(jié)構(gòu)簡單的零部件以提高性能。固體滲硼。顧名思義，它是將需要加工處理的零件放入呈固體狀態(tài)的滲硼劑中并在熱處理爐子中加熱至所需溫度，從而形成硼化層以提高材料性能的方法。這種方法采用的設(shè)備比較簡易，但這種方法也存在一定的弊端，就是實(shí)際操作過程會(huì)比較麻煩，工程量大。中型和小型的工件的滲硼一般選用顆粒狀滲硼劑，大型工件或是局部滲硼一般選擇膏劑滲硼劑。滲硼處理后，不同材料的鋼種可獲得50至200微米深的硼化層。鹽浴滲硼。在鹽浴中硼化。使用的鹽浴是含有5％至15％氯化物鹽的鹽浴，基于硼砂和加入B，碳或SiC作為氯鹽的鹽浴。處理后，應(yīng)仔細(xì)清洗附著在工件上的鹽垢，因?yàn)闊崽幚砗罂赡軙?huì)存在殘存的污垢。硼化層可能是FeB或者Fe2B，也有可能為兩者的混合物，至于是哪種構(gòu)成與硼化劑的活性有著密不可分的聯(lián)系，因此可以采取控制活性的方法獲得所需要的組分。將含有鉻，鉬，鎳和其他元素的合金鋼硼化以形成合金化硼化物，在化合物層下面是硼在鐵素體和滲碳體中的固溶體。硼化層的硬度會(huì)高達(dá)1300~1800HV區(qū)間內(nèi)，其硼化層耐磨性高于滲碳淬火層，加熱至700℃時(shí)，其硬度高于HV900。在硫酸中，稀鹽酸，乙酸和在海水中，硼化層的耐腐蝕性可與不銹鋼相似，并且滲硼后鹽浴的性能顯著。（3）氣體滲硼。氣體滲硼的好處是溫度比較低時(shí)硼元素滲入速率快且工件變形小，不同于固體滲硼的是，它的滲硼劑不是固體而是氣體存在，但由于實(shí)驗(yàn)過程中氣氛有毒且可能會(huì)爆炸,這在實(shí)際實(shí)踐中是不可行的。為了克服這個(gè)缺陷?？茖W(xué)實(shí)踐者開創(chuàng)了固體氣相滲硼。它是使用一種特珠的固體硼化劑，在加熱和保溫過程中，經(jīng)劇烈而又復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生滲硼氣氛，在工件與滲劑不接觸的情況下實(shí)現(xiàn)滲硼。1.4.4滲硼工藝在易磨損零件的應(yīng)用汽車上有各式各樣的零部件，其零部件在工作中難免會(huì)受到磨損，從而產(chǎn)生零件的失效，汽車出現(xiàn)事故等問題。為了解決這樣事情的發(fā)生，可以通過滲硼的方法加工這些受損較多的零件，不僅能降低成本增加效益，還能提升零件的使用性能，采用滲硼的零件并提高零件的耐磨性和使用壽命的應(yīng)用實(shí)例有：（1）采油用整體泵筒。泵筒應(yīng)用于開采石油井下作業(yè)，所以其工作環(huán)境比較惡劣，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中會(huì)遇到石頭和泥漿，其中含有很多的硬質(zhì)雜粒，這對(duì)泵桶的耐磨性要求很高，因此需要有較高的硬度和耐磨性能，為了增強(qiáng)其耐磨性，國內(nèi)已經(jīng)采用了選擇45號(hào)鋼種通過低溫狀態(tài)下進(jìn)行滲硼工藝，從而大大提高了表面的耐磨性能，這與我國之前采用的碳氮共滲相比，其使用效果變好了許多，改善了因表面硬度低造成泵筒磨損變形報(bào)廢的現(xiàn)象。其使用壽命大大提高。（2）水箱拉絲機(jī)的塔輪。作為非常容易受到磨損的零部件，其提高耐磨性和硬度便顯得尤為重要，國內(nèi)已經(jīng)有人士采用不同材料進(jìn)行不同處理的實(shí)驗(yàn)制成了塔輪，并進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果顯示由45號(hào)鋼進(jìn)行固體滲硼處理要比20Cr滲碳和合金噴涂壽命要長，其耐磨性是噴涂合金的6倍之多。（3）采煤機(jī)截齒。它經(jīng)常用于碎煤或者地道的挖掘工作，其工作環(huán)境極差，常常會(huì)出現(xiàn)刀頭脫落、磨損等情況。因此對(duì)強(qiáng)度和耐磨性要求較高，可通過滲硼工藝的方法對(duì)截齒表面進(jìn)行處理，獲得較高硬度的滲層，現(xiàn)在國內(nèi)有一種復(fù)合的滲硼工藝，即在傳統(tǒng)的硼元素中添加其它的元素獲得混合的滲層，這樣比傳統(tǒng)的滲硼能獲得更優(yōu)越的性能，壽命大大提高。1.4.5滲硼工藝在模具中的應(yīng)用.（1）熱作模具滲硼.熱作模具通常包含熱鍛模具和壓鑄模具等，其中熱斷模具尺寸比較大，所以要保證它截面的各個(gè)方向位置力學(xué)性能要均衡，這就要求要有很高的淬透性能，此外，由于模具熱鍛的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生高溫，而型腔內(nèi)需要加冷卻液，這一冷一熱的效應(yīng)，非常容易使模具疲勞出現(xiàn)裂紋，型腔受損非常嚴(yán)重，從而使得這種模具失效。這就要求其導(dǎo)熱性要良好，降低了內(nèi)外的溫差，防止形成非常大的熱應(yīng)力，而且其工作環(huán)境非常惡劣，會(huì)受到大強(qiáng)度的沖擊性，因此對(duì)硬度要求特別高，這也是這種模具開裂的原因之一，為了解決諸如以上這些問題，采用了滲硼處理方法。模具經(jīng)滲硼后使用壽命提高了3～6倍，這類模具工作溫度高，工作條件基本都是要承受高溫，冷熱疲勞和磨損，經(jīng)滲硼后使用性能明顯提高。國內(nèi)已經(jīng)有很多人士進(jìn)行了實(shí)際零件的熱作模具滲硼處理，都獲得了不錯(cuò)的反響。（2）冷作模具滲硼冷作模具雖沒有像熱作模具一樣工作在溫度較高的環(huán)境下，但其工作中表面會(huì)發(fā)生高頻率的摩擦，這就要求其要有良好的耐磨性。因此可以選擇滲硼處理，提高其表面的硬度和耐磨性能，如果只需要增強(qiáng)表面耐磨，對(duì)其他方面要求不高的情況下，可以只對(duì)模具采取滲硼處理，因?yàn)檫^多的熱處理工序可能會(huì)存在工件的變形或是晶粒粗大等缺陷。如果對(duì)基體強(qiáng)度有一定要求，滲硼后還要進(jìn)行淬火和回火處理，具體情況還要根據(jù)實(shí)際情況而定。模具滲硼層具有的性能：可以獲得理想的耐磨性和硬度，由于滲層中FeB和Fe2B的存在使得表面硬度大大提高，尤其是FeB的存在，此外不管是滾動(dòng)磨損還是沖蝕磨損，采取這種工藝方法獲得的表面層耐磨性質(zhì)要比以往的滲氮或鍍鉻要好的多。模具滲硼后硼化層的耐磨性要比以往的滲氮和鍍鉻要好。耐介質(zhì)腐蝕性，經(jīng)這種工藝處理后的工件在硫酸、鹽酸中要比在硝酸中的耐蝕性更加顯著。（3）抗高溫氧化性，經(jīng)滲硼后的滲層擁有較高好的耐高溫和抗氧化性。可在800℃以下的空氣使用。(4）抗咬合性。滲硼層具有較高的抗咬合性能，與黑色金屬和有色金屬不易產(chǎn)生“咬合”現(xiàn)象。具體應(yīng)用實(shí)例：熱鍛模。工作環(huán)境非常差，由于經(jīng)常在高溫中使用，并在工作過程中承受很多的沖擊，所以使用壽命大大減少。為了解決這樣的問題，可采用滲硼技術(shù)，大大提高了使用周期，使用壽命提高了1倍。降低成本的同時(shí)也創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)利益。拉絲模。鎢鋼模中存在硬質(zhì)合金，這種模的壽命一般不長，這是由于合金Co要比硬質(zhì)優(yōu)先受到磨損。絲材在通過?？跁r(shí)會(huì)使得硬質(zhì)相脫落，導(dǎo)致耐磨性能較差，通過滲硼處理可以顯著提高其耐磨性。（3）冷彎模具。通常應(yīng)用在汽車零部件上，但由于工作中會(huì)受到磨損，會(huì)導(dǎo)致零件的失效。為了提高零件的壽命和質(zhì)量，可以采用滲硼與氰化結(jié)合的方式對(duì)此種模具進(jìn)行處理，在通過適當(dāng)?shù)臒崽幚硎侄?，可以延長零件的壽命。不僅改善了零件工作中大量磨損的情況，也降低了成本，節(jié)約資源，保證了汽車的正常使用。1.5固體滲硼1.5.1固體滲硼概述固體法滲硼是將需要加工的零部件與事先配制好的硼化劑放入在一個(gè)密封的坩堝或是密封效果較好的耐高溫容器中，然后將坩堝或是容器放入加熱爐中加熱至所需要的溫度，保溫幾個(gè)小時(shí)，這時(shí)工件表面會(huì)有滲層的出現(xiàn)，以達(dá)到強(qiáng)化性能的目的，這就是固體滲硼的技術(shù)方法。固體滲硼它的操作設(shè)備不需要很多，工序也不麻煩，但是需要較多的勞動(dòng)量。滲硼后的工件表面呈銀灰色，表示滲硼成功，滲后的硼化劑經(jīng)過處理可以反復(fù)的利用，節(jié)省了資源成本，這也是固體滲硼的一大優(yōu)點(diǎn)，固體滲硼是應(yīng)用比較多的一種手段。固體滲硼技術(shù)在材料工程領(lǐng)域中發(fā)揮了其重要的作用，再很多模具方面的運(yùn)用都起到了巨大的收益，這為材料領(lǐng)域和社會(huì)都帶來了好處和效益。不僅僅在模具方便起到了關(guān)鍵作用，這種方法也應(yīng)用在許多其它工作環(huán)境下，例如在石油開采方向上，采用滲硼技術(shù)提高了閥桿和鋼制分離器的性能和壽命。此外，滲硼還應(yīng)用在泥漿泵鋼套和可鍛鑄鐵制件上，隨著固體滲硼技術(shù)日益成熟，其應(yīng)用越來越廣泛，創(chuàng)造的價(jià)值和收益也越來越多。影響固體滲硼效果的參數(shù)主要有兩個(gè)，分別是滲硼的溫度和保溫時(shí)間的長短，當(dāng)滲硼溫度過低時(shí)，可能會(huì)存在滲硼的速度非常慢或者無法出現(xiàn)滲層，達(dá)不到想要的效果，但經(jīng)過適當(dāng)增高溫度可減少滲硼的時(shí)間，但溫度不宜過高，當(dāng)溫度高于1000攝氏度時(shí)，滲層變會(huì)變得十分不穩(wěn)定，容易脫落，組織疏松。進(jìn)而影響滲層強(qiáng)度。在設(shè)定同樣的溫度時(shí)，保溫時(shí)間的長短直接影響著滲層的厚度，在一定范圍內(nèi)滲層會(huì)隨著保溫時(shí)間的增加而增厚，但超過一定時(shí)間，厚度不但不能有效增加，還會(huì)影響滲硼效果和組織性能。這勢(shì)必會(huì)浪費(fèi)時(shí)間和資源，因此選擇合適的溫度和時(shí)間便顯得尤為重要。此外，硼化劑的顆粒度也很關(guān)鍵，它對(duì)滲硼效果的影響也起著至關(guān)重要的作用，適當(dāng)?shù)臏p小粒度會(huì)使?jié)B層厚度增加，但如果顆粒太細(xì)，會(huì)導(dǎo)致透氣性變低。1.5.2滲硼劑的使用.固體滲硼劑其中主要涉及的成分有碳化硼、硼鐵、硼砂、氟硼酸鉀、碳化硅等。它由供硼劑、活化劑和填充劑組成。硼化劑中的供硼劑現(xiàn)在大部分都是以碳化硼或硼礦鐵為主，他們有各自的特點(diǎn)，碳化硼具有較高的硼化趨勢(shì)，成分十分穩(wěn)定，但價(jià)格較高；但硼礦鐵硼化趨勢(shì)較低，價(jià)格卻很低。由于有催滲劑（和催化劑不同，但都能提高滲入速率）的存在，且碳化硼本身有比較高的硼化趨勢(shì)，所以滲硼劑中可以少添加碳化硼，以增加效益。雖然碳化硼本身價(jià)格昂貴，但是實(shí)際需要添加的量并不多，而硼礦鐵則需要添加的量比叫多，所以綜合來看，碳化硼的使用效益更大。最好選擇碳化硼作為固體滲硼劑。催滲劑在滲硼中起了很重要的角色，在參與反應(yīng)時(shí)有物質(zhì)的消耗，其中催滲劑中的重要組成成分是氟硼酸鉀。盡管平時(shí)使用的很多固體滲硼劑是碳化硼或硼鐵合金系列，但由于原料價(jià)格昂貴，固體滲硼工藝的普及和實(shí)際應(yīng)用受到一定程度的限制。由于硼砂的低成本所以它一直是液體滲硼的主要原料。最近幾年，硼砂已被研究作為硼源的固體硼化劑，可顯著降低成本，硼砂已經(jīng)成功應(yīng)用于耐火磚模具。固體滲硼劑現(xiàn)有粉狀、粒狀和膏狀。其中最佳的選擇是粉狀滲硼劑，采用這種滲劑進(jìn)行滲硼，不僅活性好，滲硼效率高，在滲硼后，也不需要進(jìn)行特殊清洗，滲硼零件表面無雜質(zhì)黏著。減少了仔細(xì)清洗的工序，并且這種滲劑成本低廉?，F(xiàn)在這種滲劑的應(yīng)用也變得十分普遍。1.5.3其它元素對(duì)滲硼的影響（1）稀土對(duì)滲硼層的影響有研究表明，稀土元素的添加會(huì)影響滲層的硬度和耐磨性。滲層的硬度與稀土元素的多少呈線性關(guān)系，硬度的增加與稀土元素的增加有著必然聯(lián)系，但是這種線性關(guān)系并不十分陡峭，如果繼續(xù)增多稀土元素反而會(huì)降低滲硼層的硬度。組織的變化是硬度變化的核心所在，稀土元素正是改變了滲層的組織才使得硬度發(fā)生改變，適量的稀土可獲得單一的滲層，而過量的稀土?xí)節(jié)B層變得不穩(wěn)定，疏松，從而降低了硬度。也有研究顯示，稀土的存在會(huì)提高耐磨性能，使用壽命會(huì)比原來提高幾倍，對(duì)抗磨粒磨損性能十分有利。（2）微量稀土和鉻對(duì)滲硼層的影響微量稀土元素會(huì)提高滲層的黏著磨損性能、滲層抗壓強(qiáng)度和承載能力。此外鉻元素的添加可以降低滲層的脆性，大大提高了滲層的穩(wěn)定性，防止脫落。（3）稀土和鈦對(duì)滲硼層的影響適量的稀土元素和鈦合金也會(huì)對(duì)滲硼層有一定的影響。兩者的結(jié)合使?jié)B層變得致密，顯著提高滲層的表面硬度，使之具有較高的耐磨性、耐蝕性和熱疲勞性。1.5.4滲硼新工藝（1）自蔓延高溫滲硼這種滲硼工藝方法就是將劇烈的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，對(duì)零件加熱，它釋放的熱量溫度很高，能瞬間產(chǎn)生高溫并急劇加熱。經(jīng)歷高溫過后使帶有硼元素的硼化劑與零件表面相互滲透，進(jìn)而在零件表層形成硼化層。這么高的溫度前提下，從一個(gè)角度來講滲劑和零件表面會(huì)形成滲層。從另外一個(gè)角度來講，硼化物與γ-Fe發(fā)生共晶反應(yīng)在工件表面形成了微溶薄層，致使硼的轉(zhuǎn)移與擴(kuò)散都在液相中進(jìn)行。而且物質(zhì)在液相中比在固相中的擴(kuò)散速度快，所以滲硼時(shí)間大為縮短，滲硼效率明顯提高，總結(jié)來說，自蔓延高溫滲硼共晶化處理可以在極短的時(shí)間內(nèi)在工件表面形成一層厚度均勻的滲硼層，而且可使?jié)B硼層韌性提高、脆性降低，綜合性能得到改善[16]。多元滲硼顧名思義，除了硼元素還需要同時(shí)添加其它種類的元素，可以是鉻、釩等與硼共同滲入鋼鐵表面，形成多種化合物層，這種方式獲得的滲層要比單一滲硼具有更加優(yōu)越的使用性能。這種滲硼工藝不同于普通的滲硼，由于添加了多種元素，使獲得的滲層性能要比FeB或Fe2B的硼層更加優(yōu)良，在冷作或者熱作模具鋼上獲得多元的滲層，會(huì)延長模具的使用壽命。獲得的經(jīng)濟(jì)效益也大大增加，我國現(xiàn)有的與硼元素共滲的有如下幾種。硼稀土共滲。與單一的硼元素滲層相比，由于稀土的加入，滲層會(huì)更加致密，從而增加了強(qiáng)度，硼層脫落性也會(huì)減少?，F(xiàn)在這種共滲可以采用固體粉末和鹽浴的方法進(jìn)行滲硼，其中固體粉末的方法獲得的硼化層要比只有硼元素的滲層更厚，滲層嵌入基體的程度更高，滲層更加致密，強(qiáng)度也大大提升。使用壽命延長了近1倍，通過鹽浴滲硼的與稀土共滲也會(huì)獲得較好的性能，提高了耐磨性和韌性。硼釩共滲。顧名思義，打破了傳統(tǒng)的滲硼方式，添加了釩元素實(shí)現(xiàn)二元共滲，這種方法在零件表面產(chǎn)生的滲層更加耐磨，硬度較高。通常采用的滲硼方式有固體粉末法和鹽浴法。其中前者共滲的滲層致密，無脆性相，硬度很高。共滲劑主要成分為：粉末狀硼鐵合金，釩鐵合金，氟硼酸鉀，碳化硅等。后者共滲后與前者相比有著一樣的性能提升，只不過這種方式滲硼后的零件表面無需清理，清潔度很高，比較方便，鹽浴的關(guān)鍵組分為：硼砂，五氧化二釩。第二章實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1研究內(nèi)容現(xiàn)有一個(gè)某模具工廠使用的汽車方向盤的模具沖頭，通過調(diào)查可知這是一批來自國外購買的材料，價(jià)格非常昂貴，現(xiàn)不知道其具體材料成分。這批模具沖頭已經(jīng)失效了，通過硬度測(cè)試儀等各種檢測(cè)工具測(cè)出這種材料的心部硬度為52HRC，表層是原材料經(jīng)過某種表面處理方法形成的，其硬度在770至860HV，根據(jù)不同鋼種工藝手冊(cè)和相關(guān)資料分析，推測(cè)其基體材料是42CrMoV，其表層之所以硬度提升可能是通過碳氮共滲、氣體氮化或輝光離子氮化中其中的一種表面處理方法進(jìn)行處理的。根據(jù)分析，氣體氮化工序過于繁瑣，并且C、N共滲溫度要在830攝氏度以上，對(duì)于這種型號(hào)的鋼材達(dá)不到52HRC的心部硬度。由此可以排除這兩種可能，進(jìn)而推斷這種來自某模具廠使用的模具沖頭其表層是事先經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，輝光離子氮化過程，將基體淬火并進(jìn)行高溫回火，通過查閱相關(guān)資料分析這種原材料的成分如下表1所示：原材料的元素重量百分比（%）CNSiMoVCrMnFe5.357.481.592.160.798.641.1772.83現(xiàn)在想要替換這種材料，進(jìn)行不同的處理，來代替42CrMoV的輝光離子氮化工藝，使得獲得相同的性能或是更加優(yōu)異的性能。通過查閱相關(guān)資料，滲硼處理可以使材料表面獲得較高的硬度，和一定的耐磨性等優(yōu)良性能，解決有些模具沖頭因?qū)嶋H工作中要受到較大的沖擊硬度不足而產(chǎn)生的斷裂失效、彎曲等情況。故本次實(shí)驗(yàn)選用的6種不同型號(hào)的鋼種進(jìn)行滲硼，從中找出能否有合適的材料來代替原材料，達(dá)到理想的性能并可以減少生產(chǎn)成本的目的。2.2固體滲硼實(shí)驗(yàn)滲硼的工藝有很多，如固體滲硼、氣體滲硼、鹽浴滲硼等。本次實(shí)驗(yàn)將采取的是固體滲硼方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，是將需要加工的零部件與事先配制好的硼化劑放入在一個(gè)密封的坩堝或是密封效果較好的耐高溫容器中，然后將坩堝或是容器放入加熱爐中加熱至所需要的溫度，保溫幾個(gè)小時(shí)，這時(shí)工件表面會(huì)有滲層的出現(xiàn)，以達(dá)到強(qiáng)化性能的目的，這就是固體滲硼的技術(shù)方法。這種方式應(yīng)用的范圍非常廣泛，相比于氣體滲硼而言，后者雖然滲入速率比較快，但是由于其滲劑是氣體形式存在，由于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，氣氛有毒并有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室危害較大，因此不選此種方式。而鹽浴滲硼可能會(huì)存在殘存的污垢，不易清理，相比這兩種方法，固體滲硼比較簡單，而且實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的滲劑含有碳化硼，這比大多數(shù)用的硼化鐵效果好，碳化硼本身有較高的硼化趨勢(shì)，成分也十分穩(wěn)定，而這種固體滲硼劑可進(jìn)行反復(fù)利用，新實(shí)驗(yàn)材料工件較多，這也為實(shí)驗(yàn)室節(jié)約了成本經(jīng)費(fèi)，加上本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖钦页龊线m的材料來代替42CrMoV模具沖頭，采用同一種滲硼工藝進(jìn)行定量分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也比較牢靠。2.2.1實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)藥品實(shí)驗(yàn)所選擇的材料如表2所示：實(shí)驗(yàn)材料的重量百分比(%)實(shí)驗(yàn)材料/元素CFeSiNiCrAlMnTi20鋼4.8294.880.3奧氏體不銹鋼70.760.539.3617.810.610.935CrNiMo4.2489.260.773.851.320.5740Cr4.093.750.27≤0.301.00.65Cr12MoV1.5686.490.200.1011.500.1545鋼0.4697.880.66規(guī)格為（20mm*10mm*6mm)，實(shí)驗(yàn)中還用到280目、400目、600目、800目、1000目和1200目等不同型號(hào)的砂紙，拋光布，拋光劑，便簽袋、吹風(fēng)機(jī)。滲硼劑，不同直徑大小的坩堝，滲硼坩堝密封用的水玻璃和碳化硅，奧氏體不銹鋼用三氯化鐵腐蝕，其余型號(hào)的鋼種用百分之四濃度的硝酸酒精溶液。2.2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)過程中使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有：1、金相拋光機(jī)PG-2C2、FM700型顯微硬度計(jì)3、洛氏硬度計(jì)4、RX3-30-13箱式電爐（見圖三）5、金相顯微鏡6、快速磨損試驗(yàn)機(jī)圖a箱式電爐2.2.3實(shí)驗(yàn)工藝流程六種不同材料的滲硼工藝步驟如下：將這六種不同的材料分別進(jìn)行線切割，每種材料切割成2份，然后分別用280目、400目、600目、800目、1000目和1200目等不同型號(hào)的砂紙進(jìn)行打磨試樣，去除表面的氧化層和鐵銹，打磨至無明顯劃痕即可。用拋光劑和拋光劑進(jìn)行試樣的拋光處理，并用酒精清洗，以存?zhèn)溆脺?zhǔn)備數(shù)個(gè)坩堝，在坩堝底部填入一部分滲硼劑，分別將不同材料的鋼種放入坩堝內(nèi)，并填滿滲硼劑，蓋好坩堝，并用鐵絲將坩堝系緊，防止高溫被氧化。制備坩堝密封劑，用水玻璃和碳化硅進(jìn)行攪拌，攪拌至稀泥狀，然后涂抹至坩堝蓋四周的縫隙，以防空氣雜質(zhì)的流入。將箱式電阻爐溫度設(shè)定為850℃，待溫度穩(wěn)定后，把坩堝用坩堝鉗放入加熱爐中，保溫5個(gè)小時(shí)，然后取出坩堝空冷至室溫。待坩堝空冷至室溫時(shí)，打開坩堝，取出試樣，觀察表面是否滲硼成功。取出試樣后，對(duì)試樣表面進(jìn)行清洗打磨至光滑，用金相顯微鏡、顯微硬度測(cè)試儀、洛氏硬度儀進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)和金相組織的的觀察。進(jìn)行快速磨損實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)其性能。2.3組織性能表征2.3.1金相實(shí)驗(yàn)本次實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的是倒置式金相顯微鏡，通過滲硼處理后的樣品依此經(jīng)過不同型號(hào)的砂紙打磨并拋光至光亮無劃痕為止，然后采用該儀器觀察其滲層組織樣貌和基體組織，并測(cè)出硼層厚度值，在電腦中存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)照片備份。型號(hào)為EOIPHOT300制造商：日本尼康Nikon（見圖b），EPIPHOT300金相顯微鏡主要用于金相組織，涂膜，新型材料，纖維等材料的表面形貌觀察。該儀器使用簡潔方便，不僅可以觀察組織形態(tài)，還可以隨時(shí)存儲(chǔ)觀察到的組織照片，不同倍數(shù)可以相互調(diào)節(jié)，在電腦上可以直接做厚度測(cè)量等圖像分析的工作。主要技術(shù)特點(diǎn)及主要參數(shù)：1、具有敏感長，偏振，DIC微分干涉觀察功能；2、具有明暗場(chǎng)。3、配備Nikon995數(shù)碼相機(jī)，具有數(shù)碼攝影功能，計(jì)算機(jī)成像與分析系統(tǒng)，也可拍攝圖四金相顯微鏡4X5英寸底片和135mm膠卷。圖b圖b金相顯微鏡5、更加配置了0.8-2.0X的連續(xù)變倍裝置,就是在同樣的物鏡下可以使用更多倍率的觀察；2.3.2維氏硬度實(shí)驗(yàn)圖圖c維氏硬度計(jì)本次實(shí)驗(yàn)采用HV-1000型維氏硬度計(jì)（見圖c）。維氏硬度計(jì)測(cè)量原理是反映被測(cè)物體對(duì)抗另一硬物體壓入的能力，將打磨好的樣品放在載物臺(tái)上，調(diào)節(jié)好樣品的位置，觀察鏡頭的光點(diǎn)是否在需要觀察位置處，然后選擇加載力，在電腦上單擊加壓，金剛石加壓頭會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，在試樣表面施加壓力，電腦上會(huì)呈現(xiàn)菱形的凹坑，通過測(cè)量其對(duì)角線，電腦自動(dòng)生成其顯微硬度值，顯微硬度計(jì)算公式如下：有公式：Hv=1854.4P/d2其中：Hv為維氏硬度值，單位kgf/mm2；P為載荷，單位kgf；d是菱形壓痕的對(duì)角線長度，單位mm2，該實(shí)驗(yàn)采用的是500倍的放大倍數(shù)。2.3.3磨損實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)采用SKODA快速磨損試驗(yàn)機(jī)，因?yàn)樽罱K的目的是要將選擇的材料應(yīng)用于汽車零件上，所以有必要進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試其耐磨性能是否可以應(yīng)用到模具沖頭，磨損試驗(yàn)是測(cè)定材料耐磨能力的一種判定方法，可以通過測(cè)量磨損試驗(yàn)前后工件的質(zhì)量差來判斷，也有其它的如測(cè)體積法、化學(xué)分析法等等。本次實(shí)驗(yàn)采取的是測(cè)重的方法來判斷這六種型號(hào)鋼的磨損量，由于磨損試驗(yàn)會(huì)受到多種因素的影響，如溫度、風(fēng)速、空氣中的粉塵介質(zhì)等外界因素，所以應(yīng)盡可能保持實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一性和定量性，確保可以根據(jù)結(jié)果進(jìn)行定量分析。SKODA快速磨損試驗(yàn)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)有：實(shí)驗(yàn)?zāi)ポ喭鈴溅?0，厚2.5mm；鉗口寬度：80mm；鉗口張開值：80mm；試樣載荷：0.5～20kg；深度測(cè)量范圍：2～5mm；轉(zhuǎn)速：3000rpm。第三章沖頭替換材料的滲硼工藝的研究3.1引言本文采用固體滲硼法對(duì)六種不同的材料進(jìn)行滲硼，滲硼的溫度為850℃，保溫時(shí)長5h。然后應(yīng)用金相顯微、洛氏硬度計(jì)、顯微硬度計(jì)、快速磨損實(shí)驗(yàn)觀察滲硼后的滲層形貌、組織和性能，并在其中找到能替換原材料的材料。3.2材料滲硼的微觀結(jié)構(gòu)3.2.1滲層的組織下圖所示為六種材料滲硼后的滲層形貌金相圖片，可以觀察到20鋼的硼化層呈鋸齒狀（見圖一），鋸齒尖細(xì)且滲層連續(xù)，但不夠致密，滲層前沿獨(dú)立齒點(diǎn)較多，存在齒的分叉和斜齒現(xiàn)象，滲硼后的滲層厚度為36、642μm，滲硼層組織主要為FeB，這種鋼屬于優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其強(qiáng)度低，但韌性、塑性比較好；5CrNiMo鋼（見圖二位于圖片上方）具有良好的韌性、強(qiáng)度和高耐磨性，屬熱作模具鋼，其滲硼層為鋸齒狀，鋸齒連續(xù)致密，存在斜齒，滲硼層厚度為50.435μm，滲硼組織為Fe2B；奧氏體不銹鋼指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼（如圖二位于圖片下方），具有高韌性和塑性，耐晶間腐蝕性能，但強(qiáng)度較低。滲硼后滲層的厚度為14.445μm，滲硼層組織為Fe2B，滲硼層的形貌是光亮的、平坦均勻的，由于不銹鋼中的合金元素較多，尤其是Cr的含量，Cr是碳化物形成元素，弱化了鋸齒的尖端，使?jié)B層形貌變得平坦[21]。圖三為45鋼的滲層組織形貌，可以看到其滲層特別致密平均，硼化物嵌入基體中，結(jié)合較為牢固，滲層厚度為37.323μm，由于其滲層致密，所以其耐蝕性非常好，但在硝酸中耐蝕性較差。圖四為40Cr的滲層形貌，滲層呈鋸齒狀，滲層較為連續(xù)，不夠致密，也存在斜齒和交叉齒的情況，滲層厚度平均為33.089μm，滲層組織為Fe2B，如對(duì)抗腐蝕性要求較高的工件，此種不適合推薦，因?yàn)闈B層的致密性決定了抗腐蝕性的優(yōu)異，抗腐蝕性越好，滲層必須要求致密，但從圖中可以看出滲層存在空隙，不是特別致密。圖五為Cr12MoV的滲層組織，可以看到滲層較為致密，呈鋸齒形，但齒形尖端比較平坦，有空洞的存在，這可能與鋼中的含碳量和合金元素有關(guān)，因?yàn)闀?huì)抑制硼元素的擴(kuò)散，其滲層厚度在14.315μm。3.2.2滲硼基體組織下圖為20鋼、5CrNiMo、奧氏體不銹鋼、40Cr、45鋼、Cr12MoV滲硼后滲層下方的基體組織，20鋼（見圖六）的基體組織為鐵素體+珠光體，因?yàn)?0鋼滲硼層不夠致密，故會(huì)使?jié)B硼后的20鋼產(chǎn)生脆性；45鋼為亞共析鋼，（見圖七）滲層下方的基體組織為鐵素體+珠光體，因?yàn)槠錆B層狀態(tài)比較平均致密，其耐蝕性能較好，硼化物牢固的嵌入基體內(nèi)，其表面硬度提高很多；40Cr為亞共析鋼，（見圖九），從圖中可明顯看到，從過渡區(qū)到基體組織中，其P的含量越來越多。這是因?yàn)闈B硼中的大部分的C不會(huì)熔于硼化物中，都存在于過渡區(qū)，其空冷后基體組織為鐵素體+珠光體的混合物，從圖中可以看到過渡區(qū)的晶粒也比較粗大，經(jīng)滲硼處理后該型號(hào)鋼表面硬度也提高了很多，增強(qiáng)了零件使用性能；5CrNiMo鋼（圖八)是亞共析鋼，滲硼層組織致密，滲硼脆性小，滲硼后具有很高的耐磨性，而且還能成倍的提高壽命。奧氏體不銹鋼（見圖十）基體組織為奧氏體，具有高韌性耐腐蝕能力，但其耐磨性差，滲硼后奧氏體不銹鋼的耐磨性增強(qiáng)，使用壽命也延長[22]。Cr12MoV是一種冷作模具鋼，屬于萊氏體鋼，由于其組織中會(huì)存在較多的共晶碳化物。為了要增強(qiáng)其使用性能，可采取滲硼處理的方法改善由于熱處理可能會(huì)出現(xiàn)的裂紋等情況。圖六20鋼滲層下方組織圖六20鋼滲層下方組織圖七45鋼滲層下方組織圖八5CrNiMo滲層下方組織圖九（b)40Cr滲層下方組織圖八5CrNiMo滲層下方組織圖九（b)40Cr滲層下方組