一种通过加氮提高模具使用寿命的装置及方法与流程

本发明属于模具锻造技术领域，特别涉及一种通过加氮提高模具使用寿命的装置及方法。

背景技术：

h13钢是一种使用广泛且具有代表性的铬系热作模具钢，其合金元素含量多，价格昂贵，热处理后硬度高，耐磨性好，但是容易疲劳断裂，硬度低时，韧性提高，抗疲劳性好，但是不耐磨，易磨损，寿命低。

技术实现要素：

为了克服背景技术中存在的不足，提高模具的使用寿命，解决h13钢在较低硬度下提高模具的耐磨性，本发明提出一种通过加氮提高模具使用寿命的装置及方法。

本发明是通过如下技术方案实现的

一种通过加氮提高模具使用寿命的装置，包括密封圆筒状的炉体外壳，所述炉体外壳顶面为球状曲面，所述炉体外壳底部设有圆形转盘平台，所述圆形转盘平台与电源的阴极相连接，所述炉体外壳与电源的阳极相连接，所述炉体外壳内部与真空泵相连接，所述炉体外壳的上方设有氨气阀和充气阀。

作为优选的，所述炉体外壳内部设有热电偶，所述热电偶与外部的电源控制柜相连接，所述电源控制柜内设有电源。

作为优选的，所述真空泵与炉体外壳之间设有电磁阀和真空蝶阀。

作为优选的，所述真空泵与炉体外壳之间还设有真空计。

作为优选的，所述炉体外壳的顶部还设有观察窗。

一种通过加氮提高模具使用寿命的方法，所述通过加氮提高模具使用寿命的方法包括如下步骤：

步骤1，清洗模具，使用清洗剂对所要加工的模具进行清洗；

步骤2，将步骤1清洗后的模具工件放置在圆形转盘平台上，所述圆形转盘平台与辉光电源阴极相连接，将炉体外壳罩在圆形转盘平台上，炉体外壳与电源阳极相连接；

步骤3，启动真空泵，打开真空蝶阀，启动真空泵；

步骤4，启动辉光电源，通过真空计检测到炉内真空度，当真空度小于30pa时，启动辉光电源并手动控制辉光电压保持辉光峰值电流小于100a，通过观察窗观察炉内气体状态，待闪弧结束辉光稳定后逐渐加大辉光电压；

步骤5，气动氨气阀，通过炉体外壳内部的热电偶检测炉内的温度，当炉内温度达到300℃时，打开氨气阀；

步骤6，保温，当炉内温度达到500℃时，保温12小时；

步骤7，关闭氨气阀、关闭辉光电源，保持真空泵的运行状态至炉内温度下降至100℃以下时关闭真空泵，打开充气阀，移开炉体，取出模具。

作为优选的，所述步骤2中，模具工件2延圆形转盘平台的外圆成环形叠放，叠放时要保证型腔朝外，让型腔正对炉体外壳。

作为优选的，所述步骤6中，当炉内温度达到500℃时，保温12小时。

本发明的有益效果：通过本发明装置和工艺方法，h13钢经过450℃—500℃及12小时的氮化处理后，其表面硬度可达到hv1000，且氮化层是致密无孔的。这样的结果即保证了模具基体硬度保持不变，氮化温度低于材料本身的回火温度，又使表面硬度得到大幅度提高，从而使模具寿命提高了1—2倍。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明实验结果测试图。

其中：1、炉体外壳；2、模具工件；3、真空泵；4、真空蝶阀；5、电磁阀；6、热电偶；7、真空计；8、电源控制柜；9、观察窗；10、充气阀；11、氨气阀；12、圆形转盘平台。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种通过加氮提高模具使用寿命的装置，包括密封圆筒状的炉体外壳1，所述炉体外壳1顶面为球状曲面，所述炉体外壳1底部设有圆形转盘平台12，所述圆形转盘平台12与电源的阴极相连接，所述炉体外壳1与电源的阳极相连接，所述炉体外壳1内部与真空泵3相连接，所述炉体外壳1的上方设有氨气阀11和充气阀10。

作为本发明优选的实施例，所述炉体外壳1内部设有热电偶6，所述热电偶6与外部的电源控制柜8相连接，所述电源控制柜8内设有电源。

作为本发明优选的实施例，所述真空泵3与炉体外壳1之间设有电磁阀5和真空蝶阀4。

作为本发明优选的实施例，所述真空泵3与炉体外壳1之间还设有真空计7。

作为本发明优选的实施例，所述炉体外壳1的顶部还设有观察窗9。

一种通过加氮提高模具使用寿命的方法，所述通过加氮提高模具使用寿命的方法包括如下步骤：

步骤1，清洗模具，使用清洗剂对所要加工的模具进行清洗；

步骤2，将步骤1清洗后的模具放置在圆形转盘平台12上，所述圆形转盘平台12与辉光电源阴极相连接，将炉体外壳1罩在圆形转盘平台12上，炉体外壳1与电源阳极相连接；

步骤3，启动真空泵3，打开真空蝶阀4，启动真空泵3；

步骤4，启动辉光电源，通过真空计7检测到炉内真空度，当真空度小于30pa时，启动辉光电源并手动控制辉光电压保持辉光峰值电流小于100a，通过观察窗9观察炉内气体状态，待闪弧结束辉光稳定后逐渐加大辉光电压；

步骤5，气动氨气阀11，通过炉体外壳1内部的热电偶6检测炉内的温度，当炉内温度达到300℃时，打开氨气阀11；

步骤6，保温，当炉内温度达到450℃-500℃时，保温12小时；

步骤7，关闭氨气阀11、关闭辉光电源，保持真空泵3的运行状态至炉内温度下降至100℃以下时关闭真空泵3，打开充气阀10，移开炉体1，取出模具2。

作为本发明优选的实施例，所述步骤2中，模具延圆形转盘平台12的外圆成环形叠放，叠放时要保证型腔朝外，让型腔正对炉体外壳1。

作为本发明优选的实施例，所述步骤6中，当炉内温度达到500℃时，保温12小时。

实验分析：

通过对8种不同的模具产品进行实验测试，计算这8种产品每个月的平均寿命。其中，2015年模具产品采用传统的模具生产工艺加工完成，2016年采用本发明装置和方法加工完成的。结果参考图2，其中左边一栏单位为时间单位小时，由图可以看出，通过本发明方法和装置显著的提高了模具的使用寿命。

本发明的工作原理是：离子氮化是在真空的炉体内设置两个电极，即一个阳极(+)和一个阴极(-)。阴极做成圆形转盘平台12用来放置模具工件2，阳极做成炉体外壳1形将模具工件2围在中间。在氮化时在阳极和阴极之间加高压直流脉冲电压，并加入氨气(nh3),氨在高压电场的作用下被电离成氢离子和氮离子，进而氮离子在电场的作用下高速轰击模具工件2(阴极)并被工件表面吸附形成铁基化合物(fe4n或fe2_3cxny)，随着时间的推移，化合物逐渐向工件内部扩散，氢离子在电场的作用下飞向阳极，在阳极结合成氢气并被排出炉体。通过实验表明，h13钢经过450℃—500℃及12小时的氮化处理后，其表面硬度可达到hv1000，且氮化层是致密无孔的。这样的结果即保证了模具基体硬度保持不变，氮化温度低于材料本身的回火温度，又使表面硬度得到大幅度提高，从而使模具寿命提高了1-2倍。

以上对本发明实施例所提供的一种通过加氮提高模具使用寿命的装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。