ทิศทางของเทคโนโลยีอบชุบแม่พิมพ์

(1) เทคโนโลยีอบชุบสุญญากาศของแม่พิมพ์

การอบชุบสุญญากาศเป็นเทคโนโลยีอบชุบชนิดใหม่ที่พัฒนาขึ้นในระยะไม่กี่ปีที่ผ่านมา คุณสมบัติของมันตรงกับความต้องการเร่งด่วนในการผลิตแม่พิมพ์ เช่น ป้องกันการออกซิไดซ์และหลีกเลี่ยงการลดคาร์บอนจากการให้ความร้อน ไล่แก๊สหรือกำจัดแก๊สในสุญญากาศ กำจัดความเปราะจากไฮโดรเจน จึงเพิ่มความเป็นพลาสติก ความเหนียว และความแข็งแรงต่อความล้าของวัสดุ (ชิ้นส่วน) การให้ความร้อนในสุญญากาศเป็นไปอย่างช้าๆ ความแตกต่างของอุณหภูมิภายในและภายนอกชิ้นงานน้อย จึงทำให้ชิ้นงานบิดตัวน้อย

แบ่งตามตัวกลางหล่อเย็นที่ใช้ การชุบแข็งสุญญากาศแบ่งได้เป็นการชุบแข็งน้ำมันสุญญากาศ การชุบแข็งอากาศสุญญากาศ การชุบแข็งน้ำสุญญากาศ และการชุบแข็งอุณหภูมิคงที่ด้วยไนเตรตสุญญากาศ ในการอบชุบสุญญากาศของแม่พิมพ์ส่วนใหญ่ใช้การชุบแข็งน้ำมันสุญญากาศ การชุบแข็งอากาศสุญญากาศ และการอบคืนตัวสุญญากาศ เพื่อรักษาคุณสมบัติที่ดีของการให้ความร้อนสุญญากาศของชิ้นงาน (เช่น แม่พิมพ์) การเลือกและการกำหนดตัวกลางหล่อเย็นและกระบวนการหล่อเย็นจึงสำคัญมาก กระบวนการชุบแข็งแม่พิมพ์ส่วนใหญ่ใช้การหล่อเย็นด้วยน้ำมันและการหล่อเย็นด้วยอากาศ

สำหรับพื้นผิวทำงานของแม่พิมพ์ที่ไม่ต้องแปรรูปด้วยเครื่องจักรอีกหลังการอบชุบ ควรใช้การอบคืนตัวสุญญากาศหลังการชุบแข็งให้มากที่สุด โดยเฉพาะชิ้นงาน (แม่พิมพ์) ที่ชุบแข็งในสุญญากาศ เพื่อเพิ่มสมบัติทางกลที่เกี่ยวข้องกับคุณภาพผิว เช่น สมบัติความล้า ความเงาของผิว และความต้านทานการกัดกร่อน

การพัฒนาและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของกระบวนการอบชุบ (รวมถึงการจำลองโครงสร้างและการพยากรณ์สมบัติ) อย่างประสบความสำเร็จ ทำให้การอบชุบแม่พิมพ์แบบอัจฉริยะเป็นไปได้ ลักษณะการผลิตแม่พิมพ์แบบล็อตเล็ก (หรือแม้แต่ชิ้นเดียว) หลายชนิด รวมถึงข้อกำหนดด้านสมบัติการอบชุบและลักษณะที่ไม่อนุญาตให้มีของเสีย ทำให้การอบชุบแม่พิมพ์แบบอัจฉริยะเป็นสิ่งจำเป็น การอบชุบแม่พิมพ์แบบอัจฉริยะประกอบด้วย: การกำหนดโครงสร้าง วัสดุ และข้อกำหนดสมบัติการอบชุบของแม่พิมพ์ให้ชัดเจน การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของสนามอุณหภูมิและสนามความเค้นในกระบวนการให้ความร้อนแม่พิมพ์ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของสนามอุณหภูมิ กระบวนการเปลี่ยนเฟส และสนามความเค้นในกระบวนการหล่อเย็นแม่พิมพ์ การจำลองกระบวนการให้ความร้อนและหล่อเย็น การกำหนดกระบวนการชุบแข็ง และเทคโนโลยีควบคุมอัตโนมัติของอุปกรณ์อบชุบ ในประเทศอุตสาหกรรมที่พัฒนาแล้ว เช่น สหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น ได้เริ่มการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีด้านนี้ในการชุบแข็งด้วยก๊าซแรงดันสูงในสุญญากาศ โดยเป้าหมายหลักคือแม่พิมพ์

(2) เทคโนโลยีการปรับสภาพผิวแม่พิมพ์

ในการทำงานของแม่พิมพ์ นอกจากต้องการให้เนื้อวัสดุมีความแข็งแรงและความเหนียวที่สูงเพียงพอและเหมาะสมแล้ว สมบัติผิวของแม่พิมพ์ยังมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสมรรถนะการทำงานและอายุการใช้งาน สมบัติผิวเหล่านี้ได้แก่ ความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน สมบัติความล้า เป็นต้น การปรับปรุงสมบัติเหล่านี้หากพึ่งเพียงการปรับปรุงวัสดุเนื้อแท้จะจำกัดมากและไม่คุ้มทางเศรษฐกิจ แต่การปรับสภาพด้วยเทคโนโลยีผิวมักให้ผลดีเกินคาด นี่คือเหตุผลที่เทคโนโลยีการปรับสภาพผิวพัฒนาอย่างรวดเร็ว

เทคโนโลยีการปรับสภาพผิวแม่พิมพ์เป็นงานวิศวกรรมระบบที่เปลี่ยนแปลงสัณฐาน องค์ประกอบทางเคมี โครงสร้างจุลภาค และสภาวะความเค้นของผิวแม่พิมพ์ด้วยการเคลือบผิว การดัดแปรผิว หรือเทคโนโลยีปรับสภาพแบบผสม เพื่อให้ได้สมบัติผิวตามต้องการ แบ่งตามวิธีการปรับสภาพผิวได้เป็น วิธีทางเคมี วิธีทางกายภาพ วิธีทางกายภาพ-เคมี และวิธีทางกล แม้จะมีเทคโนโลยีปรับสภาพใหม่ๆ ที่เพิ่มสมบัติผิวแม่พิมพ์เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่ที่ใช้มากในการผลิตแม่พิมพ์คือ การไนไตรดิ้ง การคาร์บูไรซ์ และการสะสมฟิล์มชุบแข็ง

กระบวนการไนไตรดิ้งมีหลายรูปแบบ เช่น การไนไตรดิ้งด้วยก๊าซ การไนไตรดิ้งด้วยไอออน และการไนไตรดิ้งในของเหลว ในแต่ละรูปแบบมีเทคโนโลยีไนไตรดิ้งหลายชนิดที่ใช้ได้กับชนิดเหล็กและชิ้นงานที่ต่างกัน เนื่องจากเทคโนโลยีไนไตรดิ้งสามารถสร้างผิวที่มีสมบัติยอดเยี่ยม และกระบวนการไนไตรดิ้งสอดคล้องกับกระบวนการชุบแข็งของเหล็กแม่พิมพ์ได้ดี อีกทั้งอุณหภูมิไนไตรดิ้งต่ำ ไม่ต้องหล่อเย็นรุนแรงหลังไนไตรดิ้ง การบิดตัวของแม่พิมพ์น้อยมาก การเสริมความแข็งแกร่งผิวแม่พิมพ์ด้วยเทคโนโลยีไนไตรดิ้งจึงถูกนำมาใช้เร็วและแพร่หลายที่สุด

วัตถุประสงค์ของการคาร์บูไรซ์แม่พิมพ์คือเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความเหนียวโดยรวมของแม่พิมพ์ กล่าวคือ ทำให้พื้นผิวทำงานของแม่พิมพ์มีความแข็งและความต้านทานการสึกหรอสูง แนวคิดทางเทคนิคที่นำมาใช้คือ ใช้วัสดุระดับต่ำกว่า แล้วใช้การคาร์บูไรซ์และชุบแข็งทดแทนวัสดุระดับสูง เพื่อลดต้นทุนการผลิต

การสะสมฟิล์มชุบแข็งที่ค่อนข้างสมบูรณ์ในปัจจุบันคือ CVD และ PVD เพื่อเพิ่มความแข็งแรงยึดเกาะระหว่างชั้นฟิล์มกับผิวชิ้นงาน ปัจจุบันได้พัฒนาเทคโนโลยี CVD และ PVD แบบเสริมประสิทธิภาพหลายรูปแบบ เทคโนโลยีการสะสมฟิล์มชุบแข็งถูกนำมาใช้ครั้งแรกกับเครื่องมือ (เครื่องมือตัด เครื่องมือวัด ฯลฯ) ได้ผลดีเยี่ยม เครื่องมือตัดหลายชนิดได้ใช้การเคลือบฟิล์มชุบแข็งเป็นกระบวนการมาตรฐาน ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 แม่พิมพ์เริ่มใช้เทคโนโลยีการเคลือบฟิล์มชุบแข็ง ภายใต้เงื่อนไขเทคโนโลยีปัจจุบัน ต้นทุนของเทคโนโลยีสะสมฟิล์มชุบแข็ง (โดยเฉพาะอุปกรณ์) ยังสูง จึงยังใช้เฉพาะกับแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำและอายุการใช้งานยาวนานบางชนิด หากใช้วิธีจัดตั้งศูนย์อบชุบ ต้นทุนการเคลือบฟิล์มชุบแข็งจะลดลงอย่างมาก และหากแม่พิมพ์จำนวนมากขึ้นใช้เทคโนโลยีนี้ ก็จะยกระดับการผลิตแม่พิมพ์ของจีนโดยรวม

(3) เทคโนโลยีการชุบแข็งล่วงหน้าของวัสดุแม่พิมพ์

การอบชุบในระหว่างกระบวนการผลิตเป็นกระบวนการที่แม่พิมพ์ส่วนใหญ่ใช้มาอย่างยาวนาน ตั้งแต่ทศวรรษ 1970 ประชาคมโลกได้เสนอแนวคิดการชุบแข็งล่วงหน้า แต่เนื่องจากข้อจำกัดด้านความแข็งเกร็งของเครื่องจักรและเครื่องมือตัด ความแข็งจากการชุบแข็งล่วงหน้าจึงไม่สามารถได้ถึงความแข็งที่ใช้งานของแม่พิมพ์ ดังนั้นการพัฒนาเทคโนโลยีการชุบแข็งล่วงหน้าจึงเร่งขึ้น จนถึงทศวรรษ 1980 สัดส่วนการใช้บล็อกชุบแข็งล่วงหน้าในวัสดุแม่พิมพ์พลาสติกของประเทศอุตสาหกรรมที่พัฒนาแล้วสูงถึง 30% (ปัจจุบันมากกว่า 60%) จีนเริ่มใช้แม่พิมพ์ชุบแข็งล่วงหน้าในช่วงกลางถึงปลายทศวรรษ 1990 (ส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์นำเข้า)

เทคโนโลยีการชุบแข็งล่วงหน้าของวัสดุแม่พิมพ์ได้รับการพัฒนาและดำเนินการหลักโดยผู้ผลิตวัสดุแม่พิมพ์ ด้วยการปรับองค์ประกอบทางเคมีของเหล็กและจัดเตรียมอุปกรณ์อบชุบที่เหมาะสม จึงสามารถผลิตวัสดุแม่พิมพ์ชุบแข็งล่วงหน้าที่มีคุณภาพเสถียรเป็นจำนวนมาก สำหรับเทคโนโลยีการชุบแข็งล่วงหน้าของวัสดุแม่พิมพ์ในจีน เริ่มช้า ขนาดเล็ก ปัจจุบันยังไม่สามารถตอบสนองความต้องการของการผลิตแม่พิมพ์ในประเทศได้

การใช้วัสดุแม่พิมพ์ชุบแข็งล่วงหน้าช่วยลดขั้นตอนการผลิตแม่พิมพ์ และย่นระยะเวลาการผลิตแม่พิมพ์