模具表面强化技术的介绍

模具表面强化技术的介绍

一、扩散法金属碳化物覆层技术介绍

1 、技术简介

扩散法金属碳化物覆层技术是将工件置于特种介质中，经扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物层。该碳化物层具有极高的硬度，HV 可达1600~3000 （由碳化物种类决定），此外，该碳化物履层与基体冶金结合，不影响工件表面光洁度，具有极高的耐磨、抗咬合（粘结）、耐蚀等性能，可大幅度提高工模具及机械零件的使用寿命。

2、与相关技术的比较通过在工件表面形成超硬化合物膜层的方法，是大幅度提高其耐磨、抗咬合（抗粘结）、耐蚀等性能，从而大幅度提高其使用寿命的有效而经济的方法。目前，工件表面超硬化处理方法主要有物理气相沉积

（PVD）,化学气相沉积（CVD）,物理化学气相沉积（PCVD）,扩散法金属碳化物履层技术，其中，PVD 法具有沉积温度低，工件变形小的优点，但由于膜层与基体的结合力较差，工艺绕镀性不好，往往难以发挥超硬化合物膜层的性能优势。CVD 法具有膜基结合力好，工艺绕镀性好等突出优点，但对于大量的钢铁材料而言，其后续基体硬化处理比较麻烦，稍有不慎，膜层就易破坏。因此其应用主要集中在硬质合金等材料上。PCVD法沉积温度低，膜基结合力及工艺绕镀性均较PVD法有较

大改进，但与扩散法相比，膜基结合力仍有较大差距，此外由于PCVD 法仍为等离子体成膜，虽然绕镀性较PVD 法有所改善，但无法消除。

由扩散法金属碳化物覆层技术形成的金属碳化物覆层，与基体形成冶金结合，具有PVD、PCVD无法比拟的膜基结合力，因此该技术真正能够发挥超硬膜层的性能优势，此外，该技术不存在绕镀性问题，后续基体硬化处理方便，并可多次重复处理，使该技术的适用性更为广泛。

3、技术优势扩散法金属碳化物覆层技术在日本、欧洲各国、澳大利亚、韩国等国应用广泛。据调查，许多进口设备上的配套模具大量地使用了该技术，这些模具在进行国产化时，由于缺乏相应的成熟技术，往往使模具寿命低，有些甚至无法国产化。

该技术国内七十年代就有人研究过，但由于各方面条件的限制，工艺及设备往往难以经过批量和长期生产的考验，使该技术中的一些实际存在的问

题不易暴露或难以解决，往往半途而废。我们在十多年的研究与应用的过程中，对该技术存在的工艺、设备上的实际问题进行了深入的研究，并进行了有效的改进，经改进后的工艺及成套设备已能够满足长期稳定生产的要求，所处理的模具寿命水平达到进口同类模具寿命水平，取得了丰富的各类模具实际应用的生产经验，为大规模推广应用该技术奠定了坚实的技术基础。

4、适用范围

扩散法金属碳化物覆层技术可以广泛应用于各类因磨损、咬合而引起失效的工模具或机械零件。其中，因磨损而引起的失效（如冲裁，冷镦，粉末成型等模具）可提高寿命数倍至数十倍；因咬合而引起的产品或模具的拉伤问题（如引伸模，翻边模等），可以从根本上予以解决。适用材料：模具钢，含碳量大于0.3% 的结构钢，铸铁，硬质合金二、不锈钢焊管模具表面超硬化处理技术不锈钢焊管是在焊管成型机上，由不锈钢板经若干道模具碾压成型并经焊接而成。由于不锈钢的强度较高，且其结构为面心立方晶格，易形成加工硬化，使焊管成型时：一方面模具要承受较大的摩擦力，使模具容易磨损；另一方面，不锈钢板料易与模具表面形成粘结（咬合），使焊管及模具表面形成拉伤。因此，好的不锈钢成型模具必须具备极高的耐磨和抗粘结（咬合）性能。我们对进口焊管模具的分析表明，该类模具的表面处理都是采用超硬金属碳化物或氮化物覆层处理。

不锈钢焊管成型模具材料一般是由高碳高铬的Cr12MoV （或SRD11,

D2, DC53）制成。目前国内普遍采用如下工艺流程制作模具：下料f粗加工f热处理（咼温淬火加咼温回火）f精加工f氮化f成品（注：为节省成本，一般生产厂家现在都省去了锻造与球化退火两道耗时，费财工序）。由于Cr12MoV 类材料属于咼碳咼铬合金钢，其原始组织存在很大的成份偏析（这种偏析即使一般的锻造也无法消除）。这样经过热处理（咼淬咼回）的模具内部组织极不均匀，宏观表现为硬度极不均匀（HRC四十几至六十左右），再经氮化处理，模具表面不均匀性无法消除，基体硬度甚至进一步降低，实际使用时，表现为模具及焊管表面均易拉伤，模具寿命低。

由湖南特普电子有限公司潜心研究的模具表面超硬化处理技术已成功应用于不锈钢焊管成型模具上。经该技术处理的模具在其表面形成硬度咼达HV3000 左右的金属碳化物层，该碳化物层致密，与基体结合紧密，不影响工件的表面光洁度，具有极咼的耐磨，抗咬合性能，可从根本上解决焊管的拉毛问题，减少制管后续抛光工序的工作量并提高产品质量，大幅度提高模具使用寿命，减少售后服务工作量。实践表明，该技术具有极高的使用价值。以下是该工艺处理模具与氮化处理模具的有关比较。

1、性能：

氮化模具本工艺处理模具

表面硬度：HV700~1000 左右HV3000 左右基体硬度：极不均匀HRC58~62

HRC40~60

2、工艺流程：

氮化模具：下料f粗加工f热处理（高淬高回）f精加工f氮化f 成品本工艺处理模具：下料f全部加工到位（无须热处理）f本工艺处理（基体硬化与表面处理一次完成）。f磨内孔f成品

由工艺流程可看出，采用本工艺可缩短模具的加工周期。

3、使用效果：本工艺处理的模具较氮化模具可从根本上解决焊管的拉毛，从而减少焊管后续抛光工序的工作量并提高产品质量（因大量抛光而使管壁减簿），大幅度提高模具使用寿命，减少售后服务工作量。

由湖南特普电子有限公司开发的模具表面超硬化处理技术，在实际生产当中得到较广泛的应用，并受到客户的好评，由此工艺处理的模具寿命较传统工艺如氮化有较大幅度的提高，在某些模具性能方面超过国外水平，而价格仅是国外同等的1/4~1/10 。

经本工艺处理的模具有轧辊，冲头，彩管系列冷作模具，标准件模具，叶蜡石模具，铜铝型材挤压模具等，使客户产生了很高的效益，使模具的性价比得到质的提高。

“国内机床厂还没有重视模具制造这个广大的市场，任凭日本、欧洲还有中国台湾地区的机床厂商去占据。”第二届国际模具技术会议召开在即，当记者就国产机床在模具市场占有情况采访中国模具工业协会常务副理事长兼秘书长曹延安时，却得到了如上的答复。

国产机床在模具装备市场的缺席

据了解，在模具行业，高档设备几乎由国外品牌所统领，而中低档设备，台湾机床的份额很大。除了汉川机床、杭州机床、大连机床几家以外，真正在模具行业叫得响的国内机床企业为数不多。

从目前我国主要模具企业对机床的使用情况来看：资历雄厚的国有模具企业、三资模具企业使用的高中档设备都是从日本和欧美进口的，低档设备则购买台湾的；而江浙、广东一带，实力水平不等的民营模具企业，在发展初期选择国产或台湾的机器（也以台湾机器为主）。国产设备在稳定性、可* 性方面不能满足其生产需要，而台湾机器便宜、可*、服务及时，受到江浙模具企业的青睐，因此他们现在大都用台湾的机器。一些发展更好的企业则选购国外的机床，而随着企业的发展，加工水平的提高，对精度和质量各方面的要求也更高了，这将是台湾机器难以企及的。“我在参观黄岩

模具厂时发现，他们正在引进日本、欧洲的新装备。”曹延安举例说。

国外机床在高档模具制造设备方面的统领，其原因固然是与他们的产品质量密不可分，同时也与他们针对中国模具市场的策略相关。国外模具制造设备企业对中国市场十分重视，一个明显的体现就是比国内机床企业更热衷于参加由中国模具工业协会组织的模具展。2006 年第十一届中国国际模具技术和设备展览会规模将达5 万平方米，境外主要机床厂无一缺席，均积极报名参加。而从上届展会情况看，国外机床企业参展数占机床展商的2/3 。相反，国内许多模具设备企业没有参加，一些企业在大力动员下虽然参加了展会，但重视程度不够，展位面积很小，参展产品不多，没有体现出一个知名企业的品牌和气势。

一些国际知名机床企业如日本的牧野非常重视对中国市场的开发，而森精机也改变原来只注重欧美市场销售的历史，快速进入中国市场，尤其是模具市场，他们在中国建立的第一个研究所就是为模具生产准备的。

国内机床企业为何不热衷生产模具设备

据了解，2004 年我国模具总产值达到530亿元，增幅为18%，模具制造水平有较大提高，理应带动先进加工技术设备的需求。在这种背景下，为什么国产机床厂却任由国外或台湾生产的机床长久地占据着中国广阔的模具市场，而不是与模具行业同步发展，抓住时机，吸引模具企业的眼光呢？

“我在对国内模具企业的参观中发现，他们不愿意使用国产数控机

床装备，一方面是产品质量、可* 性较差，常出问题，二是服务不及时曹延安在解释国产机床在模具装备市场的缺席时如是说。

而据中国模具工业协会副秘书长秦珂介绍，目前国内模具企业使用的机床一般可以分为电加工机床和金切机床。其中电加工机床在国内市场占有率还比较高。但金切机床则不然，因为模具用的机床对加工技术要求比零件加工更高，比如在数控系统、传动设备、精度参数等方面，这就给国内机床企业的研发和设计带来较大困难。另外，由于生产模具设备需要机床企业加大投入，同时还需要调整生产线才能达到模具生产的要求，这也是许多国内机床企业对于模具市场并不是很热衷的一个原因。

而近几年机床行业良好的宏观走势，也使国内机床企业在一定程度

上无暇顾及模具市场。2004 年，我国机床工具行业产品销售收入为

1032 亿元，其中金属切削机床产量39 万台，国产数控金属切削机床年

产量为51861 台，行业发展迅速，市场需求稳定增长。很多企业反映“生

产任务十分繁忙。”从一些调研数据还可以看到，机床行业生产任务基

本饱满，工人加班加点现象比较普遍，有的机床厂只能完成订货量的

60% 。

一段时期内，机床行业主要企业订货、生产、销售形势看好的情势不会改变，而模具企业一次性合同金额小，不像一些企业一次就有十几台的批量订单。在这种情况下，机床企业认为对模具制造设备的投入产出比偏小，不愿意花功夫投产也在所难免。

“我在和一些机床企业领导的接触中发现，他们确实在关注模具市场，但行动力度略显不足；也有的是因为目前工作实在太忙而无暇顾及这一领域。”秦珂说，“目前，国内金切机床生产企业有500 家左右，数控机床生产企业有150 家左右，有能力做模具数控设备的也有30 家左右，但进入模具市场的机床企业却远远没有达到这一数字，这实在是很可惜。”

当滚雪球效应开始发挥作用

作为模具行业使用的主要机床类型之一，电加工机床细分了模具装备行业的市场，其中要求较高的中高档机床依* 进口，而数量多、价格低、技术含量相对不高的低档机床则由国产占据，目前该市场分布相对合理，因此再发展的空间有限；而金切机床以技术、价格的优势，为企业带来直接经济效益和衍生经济效益的空间却是很大的。

首先，模具制造以其复杂、特殊性，对设备的技术要求相应也很高。因此，能为模具企业提供机床是衡量一个机床企业技术、质量和精度指标的参考尺度，也是影响其它行业用户挑选机床的重点环节。因此可以说，“模具企业的供应商”这一称号对机床企业而言是一张非常有价值的王牌，能直接为企业招徕用户、创造利益。

另一方面，多数国内机床企业认为模具设备的生产难以形成单个订单的批量，占据市场非常困难，不能快速收益。事实上，模具企业对机床有一个品牌认可的过程，只要产品质量过关、价格合理，模具企业的投入是长期持续的，是高中低档兼顾的，因而国产数控机床有足够的空间围绕模具企业做市场。

“2004年浙江地区的台资厂商一年就销售了2000 台适用于模具的机床，这对于一般一次只购买一两台机床的模具行业而言，是非常庞大

的销售额了”，秦珂在提到这一点时还是很感慨。可见，只要产品得到了消费者的认可，效益收回是指日可待的。

“其实目前机床企业对模具市场的态度，体现了企业决策人还没能从战

略的高度上认识到深入模具领域对机床产业发展的长远影响和利益。”秦珂分析说，“作为盈利机构，注重眼前利益、维持生存是第一目的，机床企业现在的态度可以理解。但在生存得到保证的基础上，也应看重长远的发展，从一个行业长远发展的高度来看，着眼模具行业对机床企业的发展无疑是很有利的。”

仔细分析，国有机床企业也不是不能在模具装备市场有所作为。国外企业的优势是掌握中高档市场，其产品精度很高，可以完全达到模具企业的要求，对于一直从事中低档市场开发的中国机床企业来讲，想在中高档市场投入与国外企业竞争目前可能性还不大。而台湾机床则是中低档市场最强劲的竞争对手，他们可* 的稳定性和低廉的价格，对国内模具企业而言具有很大的吸引力。

而目前整个模具企业良好的发展态势，民营企业的迅速发展，以及因提高装备水平，正处在更换旧设施的时期等因素，对机床业的发展无疑是一个利好，国内机床企业应该抓住这一机遇大力发展。

目前模具行业使用的中高档机床已经是大量采用日本、欧洲、韩国及台湾地区的产品，中低档市场也几乎被台湾垄断。当外商品牌的滚雪球效益启动之后，我们拿什么去跟他们占据市场多年的产品竞争呢？

现在，我们企业起跑已经慢了一步，是不是应该在减少与国际品牌

的差距上多下功夫呢？有时候过于注重眼前的利益得失，可能会长久的

失去整个市场。