CN101168844A - 一种提高模具自脱模性能的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高模具脱模性能的处理方法，表面预处理；选择合适的合金粉末；在模具成形表面预涂覆选择的合金粉末；用强流脉冲电子束照射模具成形表面，使模具成形表面的合金粉末在电子束能量照射下熔化，在上、下模具成形表面得到表面脱模层；合金化后对模具进行热处理。本发明的提高模具自脱模性能的处理方法，通过加工方法实现提高模具自脱模性能，取代了原来在模具成型面喷涂脱模剂的方法，有利于消除脱模剂对产品、模具、环境的不同程度的污染，可实现绿色制造。模具成形表面的合金化保护膜-表面脱模层，能降低产品对模具表面摩擦磨损，减少产品与模具材料的粘合性，达到提高模具自脱膜性能的目的。

Description

一种提高模具自脱模性能的处理方法

技术领域

本发明涉及模具表面加工处理工程领域，尤其是对模具表面进行处理以提高模具自脱模性能的处理方法。

背景技术

模具是工业生产中不可缺少的重要工艺装备，汽车、摩托车对模具的依赖比重很大。世界各国的制造业为降低产品成本、提高产品质量和生产效率，改善材料利用率，节约能源，广泛的采用各种模具成形工艺代替传统的切削加工工艺，因而，模具得到了迅速发展和广泛的应用。

模具的工作条件日益苛刻，若润滑不良会产生锻件或铸件与模具接触，这时往往会因粘模而使产品脱模困难；热固性塑料热压模也往往因在高温、高压及化学物质的作用下易使模具表面被腐蚀而发生粘模，这些将严重影响模具的使用寿命，它不仅影响产品质量，而且还影响生产率和成本。传统的提高模具脱模性的方法是在实际生产中喷涂脱模剂，脱模剂的喷涂虽然提高了产品与模具之间的脱模性，但同时脱模剂会对产品、模具、环境造成不同程度的污染。而且这些操作相应的会降低生产效率，增加人工成本。因此提高模具的脱模性能，从而提高模具的使用寿命受到了广泛的重视和研究。

如果能够将模具表面进行强化处理，在模具表面产生一种与基体和产品性能相差较大的保护模，提高模具的表面能，增大模具表面水接触角，减少产品与模具材料的粘接性，起到产品与模具的隔离作用，从而提高模具脱模性能。本发明提出利用电子束加工工艺方法提高模具自脱模性能。

传统提高脱模性的方法及存在问题：

为了最大限度地提高生产效率，要使模具成型条件最佳化，必须最大限度地延长模具使用周期，但在通常情况下这也是很难实现的。在实际生产中常采取在模具表面上喷涂脱模剂，目的是在模具表面形成一层隔离层，减少产品与模具材料的粘接性，从而提高脱模性能。

脱模剂的喷涂虽然提高了脱模性，但在使用过程中存在以下几方面的问题：(1)脱模剂会粘附在产品的表面；(2)容易产生凝聚不良现象；(3)污染模具，污染环境。由脱模剂引起的凝聚物在模具内长期滞留，经长时间高温烘烤，脱模剂将产生热分解，一部分有害物扩散到空气中污染空气，一部分残留物将变成非常硬的污染物积存在模具里，污染模具。

近年来，利用脉冲高能密束进行金属材料表面强化处理得到了迅速发展。当高能量密度的电子束作用到材料表面时，大量的能量会在短时间里沉积在材料表面的薄层中，被加热层的温度迅速升高，以至导致熔化、汽化等现象。同时，由热膨胀引起的动态应力也会在整个材料中产生强烈作用。当输入能量结束时，工件表面会急速冷却。经过这几个过程的综合作用，材料表面层的性质会发生明显地变化。这样就可以使材料表面具有用常规方法难以达到的物理、化学及力学性能。

电子束表面合金化就是在工件表面涂上一薄层其它材料，在高能束作用下形成表面局部区域的冶炼，得到新的合金，从而达到表面合金化的目的。由于电子束合金化是涂覆的金属粉末与基体金属之间的一个重新冶炼过程，因此合金的附着力强，稳定性好，不易剥落。另外，合金层可具有一些特殊的性能，如高硬度、高耐磨、强抗蚀、耐摩性等，提高材料表面硬度，粗糙度，材料表面能提高，接触角增大，使材料表面脱模性能得到提高。利用电子束加工进行模具表面强化提高模具自脱模性能的方法，目前还没有人做相关研究，也未检索到相关报道。

发明内容

针对现有脱模工艺技术存在的不足，本发明提供一种采用电子束加工方法对模具表面或模具型腔表面进行处理方法，以显著提高模具自脱膜性能。本发明的目的是利用电子束加工实现模具表面合金化，从而在模具表面形成一层合金化保护膜——表面脱模层，提高模具材料表面能和接触角，防止产品与模具的粘接，使得模具具有自脱模性能；不用传统的脱模剂，能避免脱模剂污染空气，污染模具。

本发明的技术方案：一种提高模具自脱模性能的处理方法，包括如下步骤：

一、表面预处理：对模具表面或模具型腔表面进行预处理，除掉包括油污和锈蚀在内的杂质；

二、合金粉末选择：根据模具基体材料的性能、工作温度范围，选择合适的粉末状的合金材料；

三、合金粉末预涂覆：将所选用的合金粉末用热喷涂或粘结的方法均匀涂覆在模具表面或模具型腔表面；

四、强流脉冲电子束合金化处理：用强流脉冲电子束照射模具成形表面，使模具成形表面的合金粉末在电子束能量照射下熔化，电子束照射过后，模具表层的合金材料进行重新冶炼，使上、下模具成形表面得到表面脱模层。

五、合金化后处理：在电子束合金化处理后对模具进行热处理，防止模具基体材料热影响区发生比容增大的马氏体相变而诱发合金层裂纹，减少基材与合金化层间的温差以降低合金化层冷缩中所产生的应力。

更进一步的特征是：所述的合金材料是CrN+Cr复合合金粉末。

或者：所述的合金材料是TiN、CrN、Cr、Ti等合金粉末。

本发明的提高模具自脱模性能的处理方法，相对于现有工艺方法，具有如下特点：

1、通过加工方法实现提高模具自脱模性能，取代了原来在模具成型面喷涂脱模剂的方法，有利于消除脱模剂对产品、模具、环境的不同程度的污染，可实现绿色制造。

2、加工后模具的表面粗糙度有较大程度降低，表面光滑，耐磨和耐腐蚀性能优良，这使得模具表面具有良好的综合性能。

3、利用高能强流脉冲进行表面合金化处理，加工效率高，而且模具的表面应力低。模具表面的合金化保护膜-表面脱模层，有利于降低合金液体或塑料熔体对模具表面的机械冲击作用，降低产品对模具表面摩擦磨损，减缓对模具表面的物理和化学作用，减少产品与模具材料的粘合性，达到提高模具自脱膜性能的目的。

4、脱模性的提高，缩短了成型周期，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明模具结构示意图；

图2是本发明电子束表面合金化过程示意图。

具体实施方式

本发明电子束加工提高模具自脱模性能的工艺方法，是基于电子束加工方法，在模具成形表面涂敷CrN+Cr复合合金粉末或TiN等合金粉末，通过严格控制合金粉末的比例、粒度大小、涂层厚度以及电子束的能量密度、照射次数、电子束偏转方式等来实现的。

本发明方法是将一种或多种合金粉末涂敷在模具表面，利用强流脉冲电子束实现模具表面合金化后，在模具成形表面形成一层合金化保护层-表面脱模层。具体方法如下：

1、表面预处理：对模具表面或模具型腔表面进行预处理，除掉包括油污和锈蚀在内的杂质。

表面预处理是为除掉基体材料待处理部份的油污和锈蚀等杂质，以使其表面状态满足后续的预涂合金材料要求。如不严格对基材表面进行预处理，则易导致顶涂层或合金层产生裂纹、起泡或剥落等缺陷。

2、合金粉末选择：根据模具基体材料的性能、工作温度范围、模具型腔的几何尺寸等因素，选择合适的粉末状的合金材料。选择合金材料时主要考虑如下几点：

(1)选择具有所需要的使用性能，如耐磨、耐蚀、耐高温、抗氧化等特殊性能。

(2)合金应具有良好的固态流动性，选择合适的粉末形状、粒度以及粉末的湿度情况。

(3)粉末材料的热膨胀系数、导热件应尽可能与基体材料相接近，以减少合金层的残余应力。

(4)控制复合合金粉末的比例。

通常是选用CrN+Cr复合合金粉末或TiN、CrN、Cr、Ti等合金粉末；控制合金粉末的比例、粒度大小等基本参数，使其符合工艺需要。合金粉末的比例、粒度等参数采用现有技术，不作为本发明的发明点，在此不详述。

3、合金粉末预涂覆：将所选用的合金粉末用热喷涂或粘结的方法均匀涂覆在模具成形表面。

对于合金粉末预涂覆，主要采用热喷涂或粘结等方法进行预涂。

热喷涂是指将喷涂粉末加热到可以相互粘结的状态，并以一定的速度喷射到基材表面。热喷涂前，基材要进行表面预处理和适当的预热。预热温度要按喷涂材料、零件的尺寸及形状、导热系数和膨胀系数等因素综合考虑确定。为防止合金化层产生气孔，还应严格控制涂层的氧化程度和水分。

粘结法是将合金粉末与粘结剂调和成膏状，涂在预合金化基材表面。这种方法具有较好的经济性和方便性，但这类预涂层导热性差，需消耗更多的电子束能量。

4、强流脉冲电子束合金化处理：用强流脉冲电子束照射模具成形表面，使涂覆在模具成形表面的合金粉末在电子束能量照射下熔化、模具表层合金材料进行重新冶炼，使模具表层获得新的组织结构，上、下模具成形表面得到符合使用要求的表面脱模层。

根据模具的表面特征和加工要求确定电子束照射位置、能量密度和照射次数，靶距，涂敷的合金粉末的厚度，使模具表面或模具型腔表面在电子束能量照射下熔化，电子束扫描过后，模具表层进行重新冶炼，使模具表层获得新的组织结构，上、下模具型腔表面得到表面脱模层；通过控制加工工艺参数使获得的模具表面粗糙度低、表面应力均匀、耐磨和耐腐蚀性能优良的表面质量。另一方面由于合金化保护层的形成使模具表面能提高。水接触角增大，使模具脱模性能提高。

5.合金化后处理：在电子束合金化处理后对模具进行热处理，防止模具基材热影响区发生比容增大的马氏体相变而诱发合金层裂纹，减少基材与合金化层间的温差以降低合金化层冷缩中所产生的应力。

电子束合金化处理后一般需在4h内进行热处理，其作用是防止基材热影响区发生比容增大的马氏体相变而诱发合金层裂纹，减少基材与合金化层间的温差以降低合金化层冷缩中所产生的应力，增加合金层液相停留时间以利于合金化层内的气泡和造渣产物的排除。

图1所示的具有本发明自脱模性能的模具结构，对上模1的成型表面进行电子束合金化处理后得到上模表面脱模层2，上模表面脱模层2紧密附着在上模1的成型表面上；对下模5的成型表面进行电子束合金化处理后得到下模表面脱模层4，下模表面脱模层4紧密附着在下模5的成型表面上；产品3在上模表面脱模层2与下模表面脱模层4之间的型腔内制造成型。在图1中，产品3与合金化保护膜的接触面为B、C面，保护膜层为2层，保护膜与模具的接合面为A、D面，产品脱模时，在B面或C面剥离脱模。本发明方法形成的保护膜均匀性好、附着力强，稳定性好，使模具表面耐腐蚀、耐磨损、脱模性能佳，这有利于提高模具的自脱模性能。

图2所示的电子束表面合金化过程，是选用现有技术中的电子束源设备6，按照模具10成型表面的形状、大小、涂敷的表面合金8的厚度等实际因素，确定电子束照射位置、能量密度和照射次数，靶距等，调整控制系统7的相关参数，使涂覆在模具成形表面的合金粉末预涂层11在电子束能量照射下熔化、重新冶炼，得到符合使用要求的合金层一表面脱模层，使上、下模具成形表面得到表面脱模层，即上模表面脱模层2和下模表面脱模层4。可以将模具10放置在可移动的工作台9上，使模具按照一定的速度移动；强流脉冲电子束合金化处理作为现有技术，在此不作进一步的介绍。

Claims (4)

1.一种提高模具自脱模性能的处理方法，其特征在于包括如下步骤：

一、表面预处理：对模具成形表面进行预处理，除掉包括油污和锈蚀在内的杂质；

二、合金粉末选择：根据模具基体材料的性能、二工作温度范围、模具型腔的几何尺寸，选择合适的粉末状的合金材料；

三、合金粉末预涂覆：将选用的合金材料用热喷涂或粘结的方法均匀涂覆在模具成形表面；

四、强流脉冲电子束合金化处理：用脉冲强流电子束照射模具成形表面，使涂覆在模具成形表面的合金粉末在电子束能量照射下熔化，电子束照射过后，模具表层进行重新冶炼，使上、下模具成形表面得到表面脱模层；

五、合金化后处理：在电子束合金化处理后对模具进行热处理，防止模具基体材料热影响区发生比容增大的马氏体相变而诱发合金层裂纹，减少基材与合金化层间的温差以降低合金化层冷缩中所产生的应力。

2.根据权利要求1所述的提高模具自脱模性能的处理方法，其特征在于：所述的合金材料是CrN+Cr复合合金粉末。

3.根据权利要求1所述的提高模具自脱模性能的处理方法，其特征在于：所述的合金材料是TiN、CrN、Ti、Cr合金粉末。

4.一种经权利要求1所述方法处理的模具，其特征在于：对上模(1)的型腔表面处理后得到上模表面脱模层(2)，对下模(5)的型腔表面处理后得到下模表面脱模层(4)，产品(3)在上模表面脱模层(2)与下模表面脱模层(4)之间的型腔内制造成型。

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