文/劉年貴·江鈴五十鈴汽車(chē)有限公司

汽車(chē)覆蓋件模具表面處理技術(shù)

文/劉年貴·江鈴五十鈴汽車(chē)有限公司

汽車(chē)表面覆蓋件成形過(guò)程中易產(chǎn)生拉傷質(zhì)量缺陷，模具表面處理方法是解決此缺陷的有效措施。此外，模具補(bǔ)焊方法也可以提高模具表面質(zhì)量、生產(chǎn)效率、模具使用壽命、降低維護(hù)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。

模具表面處理技術(shù)應(yīng)用背景

在當(dāng)今激烈的汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，對(duì)汽車(chē)質(zhì)量提出了更高的要求，尤其是表面覆蓋件，模具經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，表面形成凹槽、拉痕、砂孔，產(chǎn)品拉傷質(zhì)量缺陷頻繁發(fā)生，質(zhì)量得不到有效保證，生產(chǎn)難度不斷加大，使工廠受到了前所未有的壓力。

模具表面處理，是解決產(chǎn)品拉傷質(zhì)量缺陷的有效途徑。一般來(lái)講，模具表面處理方法通常有三種，包括電鍍、TD處理、熔射，這三種模具表面處理方法各有利弊，運(yùn)用得當(dāng)可以成為解決產(chǎn)品拉傷質(zhì)量缺陷的有力措施。模具表面處理的前提是，要求模具拉延筋光順、模具表面無(wú)砂孔、積瘤、凹坑、裂紋等缺陷，基于此補(bǔ)焊方法就顯得尤為重要。

產(chǎn)品拉傷，主要是由于模具表面質(zhì)量缺陷引起。模具存在表面缺陷，因產(chǎn)品在流動(dòng)過(guò)程中與模具表面缺陷（如砂孔、積瘤、凹坑、裂紋等）受力摩擦，產(chǎn)品表面像被“利刀”刮擦，表面就形成了一道道的刮痕。模具經(jīng)長(zhǎng)期使用，開(kāi)裂、損壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，且原先隱藏的砂孔由于長(zhǎng)期磨損而逐漸顯露，致使產(chǎn)品拉傷嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法得到保證，增加產(chǎn)品返修成本。

模具因維修不當(dāng)、補(bǔ)焊方法不當(dāng)導(dǎo)致的氣孔、裂紋，造成模具本體一而再地被破壞，補(bǔ)焊方法引發(fā)了一輪新方法的思考與實(shí)踐探索。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期思考、現(xiàn)場(chǎng)觀察與經(jīng)驗(yàn)積累，需要總結(jié)目前補(bǔ)焊方法的誤區(qū)與正確補(bǔ)焊方法，為下一步的模具表面處理提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三種模具表面處理方法

電鍍

電鍍也稱(chēng)鍍鉻，利用電解原理使金屬（鉻）沉積在制件表面，形成均勻、致密、結(jié)合力良好的金屬（鉻）層。電鍍處理，主要優(yōu)勢(shì)在于：模具表面覆蓋一層厚10μm（R角部位20～40μm）左右的金屬鉻皮膜，鉻層均勻，表面光潔度得到極大改善，有利于板料成形；鉻層皮膜硬度800～1000HV，具有較高的耐磨性能，可有效解決拉傷，減少包點(diǎn)發(fā)生率；電鍍處理過(guò)程中溫度低，在100℃以下，不會(huì)使電鍍模具發(fā)生扭曲變形，極大地保證了模具原始狀態(tài)，減少了后期模具調(diào)試工作；電鍍后模具可反復(fù)進(jìn)行電鍍處理，可有效保護(hù)模具本體，提高模具使用壽命。

但電鍍也存在不足之處，主要表現(xiàn)在：對(duì)于產(chǎn)品料厚超過(guò)1mm的高強(qiáng)度鋼板類(lèi)成形模具，電鍍壽命大打折扣；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，鍍層會(huì)逐漸剝落，需定期進(jìn)行電鍍處理，相對(duì)于其他表面處理方法，成本較高；當(dāng)模具使用Ni或Cr含量超過(guò)35％的焊條補(bǔ)焊后，金屬鉻無(wú)法附著，不能形成鉻層皮膜。

TD處理

TD處理即高溫鹽處理法，是一種高溫處理技術(shù)（溫度850～1050℃），將釩加熱使其擴(kuò)散，利用素材中析出的C，形成皮膜。TD處理的主要優(yōu)勢(shì)在于：覆層皮膜具有超高的硬度，如常用的碳化釩覆層硬度高達(dá)3200HV，具有超高的耐磨性、抗粘結(jié)性能；覆層與母材結(jié)合力高，遠(yuǎn)優(yōu)于鍍鉻和熔射，以及各類(lèi)低溫物理氣相沉積（PVD）或化學(xué)氣相沉積法（CVD）。

但TD處理技術(shù)也有一定的局限性，主要表現(xiàn)在：僅限于SKD11或Cr12MoV類(lèi)材料，其他材質(zhì)的鑲塊處理后效果不明顯；鑲塊經(jīng)高溫處理后，扭曲變形嚴(yán)重、難以控制，鑲塊拼縫間隙明顯增大，不適于用外板件模具；不適用于有補(bǔ)焊或有隱藏裂紋的鑲塊，這是因?yàn)門(mén)D處理后鑲塊極易斷裂或裂紋擴(kuò)展，甚至可能會(huì)造成模具報(bào)廢。

熔射

熔射是將高硬度材料以超高速度噴射，使其與基材表面相結(jié)合的技術(shù)，形成更致密、密著力更大的皮膜。一次性形成保護(hù)膜的厚度大約為20μm，為了使其更耐磨以及防止擦傷，一般會(huì)最終疊加到50～100μm。通常，同一表面會(huì)進(jìn)行2～3次熔射作業(yè)。熔射處理的主要優(yōu)勢(shì)在于：熔射皮膜主要材料為WC和合金陶瓷材料，其表面硬度可達(dá)1000～1200HV，具有超高的耐磨性；對(duì)母材無(wú)任何限制，鐵系母材均可進(jìn)行熔射處理；熔射顆粒接觸母材溫度只有130℃，避免高溫造成母材變形；母材可根據(jù)需要進(jìn)行局部熔射處理，減少了不必要的成本投入。

熔射的局限在于，熔射后手工拋光，很難達(dá)到公差在20μm內(nèi)的精度要求。且在熔射前期，模具必須經(jīng)過(guò)噴砂處理，極有可能將母材隱藏的砂孔顯露、裂紋擴(kuò)展，甚至造成模具龜裂，產(chǎn)品拉傷更嚴(yán)重。

表面處理技術(shù)的比較

三種表面處理技術(shù)的比較見(jiàn)表1。

表1三種表面處理技術(shù)的比較

表面處理技術(shù)結(jié)合運(yùn)用

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，模具在以下幾種情況時(shí)，三種表面處理技術(shù)可相互結(jié)合運(yùn)用、取長(zhǎng)避短。具體包括：

⑴材質(zhì)為Cr12MoV、SKD11類(lèi)鑲塊結(jié)構(gòu)內(nèi)板件模具，優(yōu)先采用TD處理技術(shù)，也可采用熔射技術(shù)，均可達(dá)到理想效果。

⑵母材有大量隱藏的砂孔和裂紋時(shí)，補(bǔ)焊后仍無(wú)法消除以上缺陷，外板和內(nèi)板件模具均可采用電鍍技術(shù)，但要注意補(bǔ)焊焊條材質(zhì)。

⑶母材有大量隱藏的砂孔和裂紋時(shí)，經(jīng)過(guò)補(bǔ)焊消除了以上缺陷后，內(nèi)板件模具優(yōu)先采用熔射技術(shù)，外板件模具優(yōu)先采用電鍍技術(shù)，成形凸模只允許使用電鍍。

⑷在運(yùn)用電鍍和熔射技術(shù)時(shí)，母材不允許使用電火花補(bǔ)焊，因?yàn)殡娀鸹ㄑa(bǔ)焊附著力差且淺，熔射前的噴砂處理會(huì)將原補(bǔ)焊點(diǎn)全部打落，且電火花的焊條材質(zhì)是純Ni，電鍍效果差，不能形成電鍍皮膜。

補(bǔ)焊易出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，模具表面形成砂孔、積瘤、凹坑、裂紋等缺陷，致使產(chǎn)品出現(xiàn)拉傷等質(zhì)量問(wèn)題。通過(guò)日常維護(hù)補(bǔ)焊，不能消除以上模具缺陷，即使有模具表面處理技術(shù)，也很難達(dá)到預(yù)期效果。所以補(bǔ)焊不僅要滿足最基本要求，還需注意細(xì)節(jié)，這會(huì)最終決定補(bǔ)焊效果。下文就分析補(bǔ)焊過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，提供一些建議。

⑴補(bǔ)焊開(kāi)V形槽，補(bǔ)焊后有尖角，易產(chǎn)生應(yīng)力集中造成開(kāi)裂，正確方法是開(kāi)U形槽，可降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

圖1開(kāi)槽過(guò)多

表2沖壓模具的焊條使用分類(lèi)

⑵開(kāi)槽后用乙炔火焰高溫烘烤除油，補(bǔ)焊后析出的C不利于焊條與母材結(jié)合。開(kāi)U形槽后，用乙炔火焰外焰烘烤，且噴嘴離模具的距離為60～100mm，溫度控制在180～200℃。溫度一旦過(guò)高，模具會(huì)析出黑色C粉末，影響焊條與母材結(jié)合。

⑶烘烤除油后，不宜在離U形槽非常近的位置涂抹紅丹粉。涂抹紅丹粉是為了阻礙焊渣與母材結(jié)合，但紅丹粉與U形槽距離太近，補(bǔ)焊過(guò)程中紅丹粉遇高溫后產(chǎn)生氣體易產(chǎn)生氣孔，這與電焊車(chē)間不允許使用電風(fēng)扇和冷氣的道理一樣。

⑷補(bǔ)焊后，敲打力度不夠、無(wú)方向性。補(bǔ)焊后立即敲打，敲打是為了消除應(yīng)力，增大焊接處密度、消除氣孔，敲打力度不夠很難達(dá)到預(yù)期效果，敲打至扁平狀，且敲打應(yīng)從后往前。

⑸附近多處補(bǔ)焊，開(kāi)槽過(guò)多，容易造成多處開(kāi)裂，見(jiàn)圖1。補(bǔ)焊位置太近，再次補(bǔ)焊影響邊緣已焊部位，增加裂紋產(chǎn)生的幾率?？梢栽谖恢煤芙牟课婚_(kāi)一個(gè)大槽，再進(jìn)行補(bǔ)焊。

⑹使用高硬度焊條補(bǔ)焊，誤以為不易拉傷，反而易產(chǎn)生裂紋、氣孔。使用高硬度焊條補(bǔ)焊，在冷卻過(guò)程中，補(bǔ)焊部位與母材冷卻速度不一致，導(dǎo)致裂紋、氣孔的產(chǎn)生。焊條的使用，建議使用與母材材質(zhì)一致的焊條，不同的材料使用不同的焊條，具體情況可參考表2。

結(jié)束語(yǔ)

模具表面處理技術(shù)在日本汽車(chē)行業(yè)、鋼鐵行業(yè)中運(yùn)用純熟，是解決產(chǎn)品拉傷質(zhì)量缺陷、提高模具使用壽命，降低維護(hù)成本的一種手段，也是我國(guó)未來(lái)汽車(chē)模具行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)、時(shí)代發(fā)展的必然。模具的補(bǔ)焊修復(fù)方法的正確與否，關(guān)系著模具表面處理效果的好壞，關(guān)系著產(chǎn)品拉傷能否一次性解決，同樣也關(guān)系著后期的模具維護(hù)保養(yǎng)，補(bǔ)焊過(guò)程中的細(xì)節(jié)決定著模具補(bǔ)焊后的狀態(tài)，還需要做進(jìn)一步的研究和探索。