1绪论
1.1课题研究背景及发展动态
现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在每年600亿至650亿美元。同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，60%~80%的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟的。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。日前，据第十一届中国国际模具技术和设备展览会主办方之一的中国模具工业协会透露，我国模具行业的生产企业和职工总数在世界上的排名已跃居第一，生产销量排名世界第三。有关资料显示，直到1987年，我国才正式形成模具行业。与世界发达工业国家的模具业相比，我国模具业的起步要晚几十年。
经过20年的努力发展，我国的模具工业取得了长足的进步。现在，我国模具生产厂约有3万多家，从业人数达到80多万人。“十五”期间，模具销售额年平均增长速度达到20%左右，2005年模具销售额达650亿元，同比增长25%;模具出口达到7.4亿美元，比2004年的4.9亿美元增长约50%，均居世界前列。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占n%。但是，由于创新能力弱，行业关键技术难以突破，使得我国模具行业长期以来面临着“低端竞争、高端进口”的尴尬局面。据了解，在我国目前的模具企业中，产值过亿的企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业，多数只有几十名职工，百万元左右的产值，很多企业依然采用传统的作坊式的管理方式。技术水平落后，生产效率低，这使得我国几乎所有的模具企业都只能生产中低档的模具产品，而高中档产品只能大量进口。中国模具工业协会副秘书长秦坷认为，“技术水平的突破和提升是我国模具企业摆脱这种局面的关键所在”，而“借助国外先进的模具技术，分步骤地走从模仿到自主创新的道路，实现关键技术的突破，才能促成我国模具业的跨越发展。”鉴于模具作为包括机床工具、汽车制造、食品包装等在内的机械行业中机械基础件产业，以及电工电器、电子及信息行业的支持产业，在发展先进生产力当中，处于非常关键并服务全行业的地位。其发展对产业配套能力的提升和促进产业聚集优势的形成将起到重要作用。
改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化除了国有专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，都得到了快速发展，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。目前，国内已能生产精度达2微米的精密多工位级进模，其工位数最多己达160个，使用寿命达到1~2亿件产品。在大型塑料模具方面，现在已能生产48英寸电视的塑壳模具、6.SKg大容量洗衣机的塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面.国内己能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车模具方面，现己能制造新轿车的部分覆盖件模具。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平。并可替代进口模具。人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，己成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。目前，从事模具技术研究的机构和院校己达30余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过50余家。其中，获得国家重点资助建设的有华中理工大学模具技术国家重点实验室、上海交通大学CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等。经过多年的努力，在模具CAD/CA五/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步:在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。
目前，我国的模具在总体上来说寿命还不是很高，特别是冷冲压模具，由于其工作条件十分恶劣，使用寿命一直很低。冷冲压模具目前面临的主要问题就是高耐磨性与强韧性之间的矛盾。为了达到高耐磨性，冷冲压模具材料都必须具有高的含碳量，必将导致很低的塑性、韧性。为了使冷冲压模具的强度与塑性、韧性之间达到良好的配合，国内外的研究工作者都作了大量的研究，目前已经研究出了贝氏体处理、低温淬火等强韧化热处理工艺，并赋予一定的表面强化工艺，取得了良好的效果，在一定程度上提高了模具寿命，但是还远远达不到现代工业生产的要求。
2冷冲压模具的工作条件及性能要求
2.1冷冲压模具的工作条件
冷冲压模具是在常温下对材料进行冲压加工的模具。冷冲裁时，凸模和凹模腔边沿把金属板料切断成所需的形状。板料的厚度可以由零点几毫米到十毫米。凸模一般是块状或柱状，刀刃就是工作部分，凹模通常是一个不太厚的板，上面有与所加工零件的形状和尺寸或与所穿孔相对应的通孔。冲裁时先将凸模的表面压在被冲裁的材料上，然后，凸模的刃口切入[2]。在使用过程中该种模具受到压缩、冲击、摩擦等机械力的作用，工作条件十分恶劣，常表现为磨损失效。冲模寿命的高低直接影响着冲压加工的生产效率和生产成本，它也是衡量模具质量的重要指标之一。
在各种各样的表面硬化方法中，比表面涂敷技术更有效的，有各种表面扩散过程，如渗碳、渗氮、渗硼。渗硼是其中一种非常有效的表面硬化新工艺。渗硼对改善磨损性能来说，是供设计选择的一种行之有效的方法。渗硼表面具有对各种磨损条件下均非常有利的极硬表面，在磨粒磨损状态下，它具有良好的防止刮伤和咬合的性能，高温软化抗力是渗硼表面的另一重要性能。渗硼有快速加热或冷却条件下维持尺寸精度的能力，使这种工艺得到广泛应用。
3 渗硼工艺研究..................... 19-30
3.1 前言.................... 19
3.2 渗硼试验 ....................19-22
3.3 实验结果与分析.................... 22-28
3.4 小结 ....................28-30
4 碳化物微细化工艺研究 ....................30-51
4.1 前言.................... 30
4.2 碳化物微细化对强韧化的影响 ....................30-32
4.3 实验材料及实验过程 ....................32-37
4.4 实验结果与讨论分析.................... 37-49
4.5 小结 ....................49-51
5 中、小型冷冲压模具复合强化工艺.................... 51-60
5.1 引言 ....................51
5.2 中、小型冷冲压模具复合强化工.................... 51-52
5.3 中、小型冷冲压模具复合强化.................... 52-59
5.4 小结 ....................59-60
6 讨论分析 ....................60-86
6.1 渗硼工艺讨论.................... 60-70
6.2 强韧化工艺讨论.................... 70-83
6.3 复合强化工艺研究 ....................83-86
结论
根据上述试验结果及讨论分析，可以得到以下结论:
(l)渗硼温度为850℃，渗硼时间由lh逐步增加到5h时，T12钢的渗层由40m逐步增加到93;GCr15钢的渗层由20 m增加到53。这两种钢的渗层深度都随着渗硼时间的增加而增加，渗层厚度的增长速率呈先快后慢的趋势发展;在相同的时间内，T12钢的渗层深度始终高于GCris。渗硼时间为sh，渗硼温度从750℃逐步升高到950℃时，T12钢渗硼层深度由50协m增加到163GCr巧钢渗硼层深度由32逐步增加到83;这两种钢的渗层深度都随着渗硼温度的增加而增加，渗硼层厚度增加的速率也随温度升高而加快。
(2)渗硼时间为5h时，温度由750℃逐步增加到900℃时，T12钢渗硼层的硬度由1155HV，逐渐增加到1216HV，到950℃时又下降到1177HV;GCr15钢渗硼层的硬度由1147HV逐渐增加到1219HV，到950oC时又下降到1163HV。当温度为850℃时，渗硼时间在1h~sh范围内，T12钢渗硼层硬度在1178HV-1205HV:范围内波动，GCrls钢渗硼层硬度在1150HVo.1~1208HVo.1范围内波动，表明渗硼时间对T12钢和GCrls钢的表层硬度值的影响较小。
(3)T12渗硼后，其表面硬度为835HVo.1，在次表层硬度达到一220Hvo.l，随渗层深度的增加，硬度逐步下降至基体硬度;GCrls也随渗层深度的增加，硬度逐步下降至基体硬度，它的渗层表面硬度为831HVo.飞，次表层的硬度达12llHVo.1。
(4)T12钢和GCr15钢的硼化物层与过渡区的交界十分平坦，其硼化物层与过渡层接触面很少，即硼化物针插入过渡区的厚度较浅(特别是GCr钢)，因而削弱了与金属基体的结合力，这对渗硼层的剥落起到促进作用;另外，由于过渡层中存在着碳和硼的浓度梯度，导致过渡层是逐步地过度到心部基体组织的，这就造成了过渡层与基体组织之间没有明显的分界线，弥补了上述缺陷，即提高了渗层与金属基体的结合力，对克服渗层剥落起到有力的促进作用。
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