文/王萬(wàn)祥，朱清，洪健成·金鴻順機(jī)械工業(yè)有限公司模具部

復(fù)合涂層在高強(qiáng)鋼沖壓模具上的應(yīng)用

文/王萬(wàn)祥，朱清，洪健成·金鴻順機(jī)械工業(yè)有限公司模具部

通過(guò)多種表面處理方法的嘗試比較，在同樣成本、同樣周期條件下采用復(fù)合涂層PVD處理技術(shù)比采用TD技術(shù)更能延長(zhǎng)模具壽命，特別是高強(qiáng)和超高強(qiáng)度鋼板的成形模具。

目前，在車(chē)身輕量化的趨勢(shì)下，采用高強(qiáng)超高強(qiáng)鋼板沖壓車(chē)身零部件日益增多。對(duì)于延長(zhǎng)沖壓模具壽命，也出現(xiàn)了多種途徑和方法，如圖所1示，與模具壽命關(guān)聯(lián)的主要因素有模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具材料選擇、材料的熱處理方式、模具加工制造工藝等等。從成本、質(zhì)量、周期等方面比較，表面選擇復(fù)合涂層PVD處理是一個(gè)比較理想的有效途徑。模具在工作中除了要求基體有合理配置下足夠高的強(qiáng)度和韌性外，其表面性能對(duì)工作性能及使用壽命也至關(guān)重要。表面性能，包括：耐磨損性能，主要指模具在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)，能夠保證零件尺寸、公差、精度的能力；耐腐蝕性能，主要指模具在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)能夠抵抗酸、堿、鹽等有害氣體侵蝕的能力；耐疲勞性能，能夠持續(xù)保證模具穩(wěn)定正常生產(chǎn)的能力。表面性能的提高單純依靠基體材料本身非常有限，也很不經(jīng)濟(jì)。但通過(guò)表面處理技術(shù)，可以收到事半功倍的效果，這也正是表面技術(shù)得以快速發(fā)展的主要原因。

模具表面處理技術(shù)特點(diǎn)

圖1 影響模具壽命主要關(guān)聯(lián)因素

模具的表面處理技術(shù)，是通過(guò)表面的涂覆、表面改性或復(fù)合處理技術(shù)改變模具表面形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，來(lái)獲得表面形態(tài)的系統(tǒng)工程。表面處理方法，可分為化學(xué)方法、物理方法、物理化學(xué)方法。雖然提高模具表面性能的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但在模具表面涂層處理中通過(guò)多種涂層比較，應(yīng)用最多的還是Dura(PN+PVD)。Dura(PN+PVD)技術(shù)，也叫復(fù)合的涂層技術(shù)。

Dura(PN+PVD)技術(shù)具有的特點(diǎn)，包括以下7方面：

⑴特殊的基材加PN硬支撐層與PVD涂層的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

⑵低溫處理不會(huì)變形，也適用于補(bǔ)焊模具。

⑶能確保PN層和PVD涂層的優(yōu)越結(jié)合。

⑷復(fù)合涂層技術(shù)可解決熱處理不能解決的模具鋼本身同時(shí)擁有的高韌性和高硬度的矛盾。

⑸10多種PN+PVD涂層工藝的選擇，能滿(mǎn)足不同模具加工的需要。

⑹已經(jīng)做過(guò)PVD、TD處理的模具仍舊可以做PN+PVD處理。

⑺模具可以重復(fù)涂層，延長(zhǎng)模具壽命。

PN+PVD涂層前對(duì)模具狀態(tài)的要求

⑴對(duì)模具材料的要求。建議使用進(jìn)口的SKD11（凸凹模常用材料）涂鍍，或者硬質(zhì)合金鋼、高速鋼、預(yù)硬鋼、熱作模具鋼也可以。其中，工具鋼、冷作模具鋼需要進(jìn)行做500℃高溫回火處理。

⑵對(duì)形狀外觀的要求。可做的模具最大尺寸為600mm×400mm×200mm，孔徑與孔深比和槽深與槽寬比應(yīng)大于1:1；模具之冷卻水口、進(jìn)膠口、螺絲孔不能有殘余膠料；模具不能有鑲嵌、螺帽、碰傷和毛邊；模具表面必須經(jīng)過(guò)精細(xì)的研磨或拋光處理，沖壓模具Ra小于0.05μm，模具工作面Ra小于0.02μm；焊接模具或補(bǔ)焊模具必須經(jīng)過(guò)去應(yīng)力處理，焊料不能含有鋅、鎘等熔點(diǎn)物質(zhì)；模具上必須有可供掛、吊用的孔和臺(tái)階。

11種PN+PVD復(fù)合涂層的物理性能和各自的應(yīng)用領(lǐng)域

11種PN＋PVD復(fù)合涂層的物理性能和各自的應(yīng)用領(lǐng)域，見(jiàn)表1。

現(xiàn)代多種表面技術(shù)的比較

對(duì)目前應(yīng)用的多種表面技術(shù)進(jìn)行比較，見(jiàn)表2。

復(fù)合涂層PVD模具與TD模具沖次壽命的比較

如圖2所示，法蘭板落料模一次TD處理的使用壽命多年來(lái)一直在5000件/次左右，還有因變形抓取型面反復(fù)修改問(wèn)題。后改用單層PVD處理，平均一次處理后可連續(xù)沖壓5萬(wàn)件。采用復(fù)合PVD后，模具已經(jīng)沖裁了10萬(wàn)次，刃口尺寸和公差還能滿(mǎn)足沖壓制件的要求。如圖3所示，殼體拉伸模一次TD處理的使用壽命多年來(lái)一直徘徊在20萬(wàn)件/月左右，后來(lái)改用復(fù)合PVD處理，目前已經(jīng)連續(xù)沖壓30萬(wàn)件，模具仍在正常使用中。復(fù)合涂層PVD模具與TD模具的壽命對(duì)比，見(jiàn)表3。

表1 11種PN+PVD復(fù)合涂層的物理性能和各自的應(yīng)用領(lǐng)域

表2 現(xiàn)代多種表面技術(shù)的比較

圖2 法蘭板落料模與法蘭板產(chǎn)品

圖3 殼體拉伸模與后殼體產(chǎn)品

模具表面強(qiáng)化處理工藝的應(yīng)用中，最關(guān)鍵的是表面處理前的熱處理和精加工。其中，模具工作面的粗糙度需要達(dá)到鏡面效果。并且放置在真空狀態(tài)中,模具處理溫度應(yīng)保持在300～600℃的范圍中。工藝優(yōu)點(diǎn)是處理溫度低，無(wú)變形及尺寸變化。工藝缺點(diǎn)是受設(shè)備條件制約，對(duì)工件尺寸有限制，附著力和基體強(qiáng)度不適用鑄鐵。

表3 復(fù)合涂層PVD模具與TD模具的壽命對(duì)比

復(fù)合PVD工藝流程

復(fù)合PVD工藝流程：收貨→IQC檢查→超聲波清洗→精拋光→入庫(kù)排爐→領(lǐng)料→上洗盤(pán)→預(yù)清洗→前處理→正常洗→MQC檢查→包邦上掛→上臺(tái)車(chē)→等離子氮化→PVD涂層→下掛→出貨→OQC檢查→入庫(kù)包裝→出庫(kù)發(fā)運(yùn)。

結(jié)束語(yǔ)

復(fù)合涂層技術(shù)在國(guó)內(nèi)還處在嘗試階段，從初步應(yīng)用的效果和范圍來(lái)看有光明的前景，尤其對(duì)中小鋼板模具的壽命有倍增的提高作用。如果擴(kuò)大涂層設(shè)備的使用空間，提高設(shè)備的擴(kuò)容性能（達(dá)到中等模具需要的空間500mm×1200mm×800mm），其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益會(huì)更加明顯。