Оптимизация поверхностей форм: передовые технологии отделочной обработки для высшей производительности

Статья рассматривает распространенные технологии отделочной обработки поверхностей форм в трех аспектах: физические, химические методы и методы покрытий.

Краткое введение в формы

Формы — различные инструменты для промышленного производства, позволяющие получить желаемые изделия методами литье под давлением, прессовка, ковка, плавка, штамповка и др. Форма — инструмент для изготовления формованных изделий. Состоит из множества деталей и реализует обработку формы объекта через изменение физического состояния формируемого материала.

Форма придает заготовке определенную форму и размеры под действием внешней силы. Широко применяется в экструзии, литье под давлением, прессовке порошковой металлургии, прессовке и литье керамики, резины и др.

Процесс отделочной обработки поверхности и формы

В современном производстве формы широко используются. Как важное технологическое оборудование, они необходимы для выпуска разнообразных промышленных изделий. С развитием авиации, автопрома и др. требования к технологиям обработки форм растут. В формообразовании технологии отделочной обработки поверхности применяются массово. Через них можно компенсировать недостатки материалов форм, направляя развитие в более диверсифицированное русло.

В процессе отделочной обработки поверхности формы свойства материала могут меняться физическими, химическими методами, методами покрытий и т.д. Поверхностный материал и характеристики формы могут быть существенно улучшены. Применение различных технологий меняет характеристики, состав и структуру поверхностного слоя формы, достигая существенного улучшения и оптимизации поверхностных свойств. Например, повышаются трение, теплоизоляция, отлипание, износостойкость, твердость, зацепление, окислительная и коррозионная стойкость. Служба жизни формы может быть значительно увеличена. Технологии отделочной обработки имеют большое значение для снижения издержек, повышения качества и продления срока службы. Одновременно способствуют росту производительности и раскрытию потенциала материалов форм.

Распространенные процессы отделочной обработки поверхности форм

1. Физическая отделочная обработка поверхности

Основные направления: высокочастотное закалка поверхности, технологическое покрытие, пламенная закалка поверхности.

• Высокочастотная закалка

Закалка высокой частоты — помещение формы в переменное магнитное поле для нагрева. После закалки поверхность формы имеет более высокую твердость, на 2–3 HRC выше обычной закалки, и относительную хрупкость, что значительно повышает устойчивость к усталости.

Применяется преимущественно для поверхностной закалки промышленных металлических деталей. Это метод термической обработки металлов, создающий индукционные токи на поверхности заготовки, быстро нагревающий её, с последующей быстрой закалкой. Индукционная закалка не подходит для форм сложной формы.

• Технология покрытия поверхности

Основана на свойствах внешнего покрытия для обработки формы.

• Пламенная закалка поверхности

Тепловая обработка, при которой пламень от сгорания ацетилена с кислородом распыляется на поверхность детали, быстро нагревая до температуры закалки. Сразу после подается вода. Подходит для единичного/малого серийного производства, крупных деталей из среднеуглеродистой и легированной стали, требующих твердой износостойкой поверхности и воспринимающих ударные нагрузки.

2. Химическая отделочная обработка поверхности

Метод заключается в помещении формы в активную среду при определенной температуре для диффузии одного или нескольких элементов в поверхностный слой. Цель — изменить химический состав и структуру поверхности формы.

Проникая в поверхность разные элементы, улучшают износостойкость и коррозионную стойкость. Методы отличаются типом диффундирующего элемента: борирование, азотирование, цементация, цементация с азотом, ванадирование, алюминирование и др. Коррозионная, износостойкость, окислительная стойкость и усталостная прочность поверхности формы могут быть значительно повышены.

• Борирование

Много методов: ванное, твердое, газообразное. Международно чаще твердое и ванное. Применяется для износостойкости и определенной коррозионной стойкости. Повышает поверхностную твердость, износостойкость, тепло- и коррозионную стойкость.

• Цементация

Преимущественно для низкоуглеродистой или низколегированной стали. Цель — высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя, пока сердцевина сохраняет вязкость и пластичность низкоуглеродистой стали. Замена более дорогого материала более дешевым путем цементации и закалки снижает себестоимость при обеспечении качества.

Подходит для форм, испытывающих большие ударные нагрузки или сильный износ. Неподходит для форм высокой точности: высокая температура цементации и последующая термообработка приводят к большой деформации.

• Азотирование

Азот формирует благоприятный поверхностный слой, проникая в форму. Антизацепление, тепло-, коррозионная, усталостная и износостойкость достигают высокого уровня. Температура азотования (500–600 °C) намного ниже цементации, поэтому деформация формы мала, что сильно улучшает общий качественный уровень.

Из-за высокой стоимости, длительного процесса и сложности обычно применяется для форм с высокими требованиями к теплостойкости, точности и износостойкости.

Скорость диффузии высока, деформация мала, высокая износостойкость, значительно продлевает срок службы формы.

• Цементация с азотом (нитрокарбурирование)

Химическая обработка с одновременной диффузией азота и углерода в поверхность. Делится на жидкофазную и газофазную. Преимущества: более высокая скорость, меньшая деформация, более высокая антипригарная и износостойкость, увеличение срока службы.

3. Метод покрытия поверхности

(1) Ионная имплантация: металлические пары/газ вводят в ионизационную камеру, ионизируют в положительные ионы, ускоряют высоковольтным полем для встраивания в твердое тело на высокой скорости. Улучшает механические свойства поверхности и износостойкость.

(2) Термическое напыление керметного покрытия: повышает ударную стойкость, антипригарность, твердость и др.

(3) Гальваническое покрытие: низкая рабочая температура, малая деформация формы, не влияет на её свойства.

Заключение

JTR предлагает разнообразные технологии отделочной обработки поверхности и является профессиональным производителем, предоставляющим высококачественные услуги быстрого прототипирования и серийного производства. При интересе к технологиям или потребностях — свяжитесь с нами.