TD技術(shù)處理-金屬輥輪
2018-11-23
一、汽車(chē)沖壓成型模具表面處理問(wèn)題的提出
汽車(chē)沖壓成形模具之所以需要進(jìn)行特種表面處理，其要目的是解決模具表面拉傷問(wèn)題，其次是提高模具壽命并保持產(chǎn)品零件尺寸的一致性。
當(dāng)前必須解決汽車(chē)沖壓模具表面拉傷問(wèn)題的原因是：為了使汽車(chē)輕量化，汽車(chē)大量采用高強(qiáng)度鋼板，高強(qiáng)度鋼板在沖壓成型過(guò)程中，模具工作面成型應(yīng)力較低強(qiáng)度鋼板大，模具工作面和成型鋼板間普遍出現(xiàn)嚴(yán)重的粘著磨損，并在模具工作面和工件表面會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重拉傷現(xiàn)象，拉傷現(xiàn)象的出現(xiàn)影響產(chǎn)品表面質(zhì)量，降低生產(chǎn)效率，因需要不斷修模還嚴(yán)重影響產(chǎn)品尺寸的一致性以及模具壽命。
要解決模具表面拉傷現(xiàn)象有許多方法，這些方法的核心是阻止模具與成型板料間的粘著磨損，這些方法可以分別是在成型板料、板料與模具間或模具上采取措施。常見(jiàn)的方法可以是對(duì)成型板料進(jìn)行表面處理(如磷化)，在模具與板料間加一層有機(jī)膜(如添加塑料薄膜或高粘度潤(rùn)滑脂)，改變模具材料(鈹銅合金、硬質(zhì)合金)，對(duì)模具進(jìn)行特種表面處理(TD，PVD，鍍硬鉻等)。以上方法實(shí)踐中根據(jù)產(chǎn)量、工況、成型件大小等情況都有使用，對(duì)于汽車(chē)沖壓成形模具考慮到成本等因素，目前應(yīng)用多的是對(duì)模具進(jìn)行特種表面處理，目前主要是TD覆層處理，復(fù)合PVD，鍍硬鉻，氮化。其中鍍硬鉻和氮化處理由于結(jié)合力和耐磨性較差，可以用于成型應(yīng)力較小的場(chǎng)合，并且這兩種技術(shù)可以對(duì)大型模具進(jìn)行處理，所以這兩種技術(shù)主要應(yīng)用于大型汽車(chē)覆蓋件模具;對(duì)于底盤(pán)、加強(qiáng)板等類(lèi)零件普遍采用TD覆層處理和復(fù)合PVD處理，以下主要分析這兩種技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)。
二、TD覆層處理技術(shù)及復(fù)合PVD技術(shù)的比較
1、 兩種表面處理形成覆層的種類(lèi)
1) TD覆層處理可以在工件表面形成硬度很高的一種或多種金屬碳化物復(fù)合的覆層，其中目前應(yīng)用較多的是碳化釩(VC)覆層;
2) PVD(物理氣相沉積),PCVD(物理化學(xué)氣相沉積)處理技術(shù)處可以在工件表面更多的表面強(qiáng)化相，包括金屬碳化物、氮化物、氧化物或其復(fù)合的化合物;單就表面硬度，由于PVD、PCVD處理技術(shù)可以方便地改變覆層的成分，也可以通過(guò)改變工藝方法改變表面覆層的組織結(jié)構(gòu)，所以PVD處理法可以形成比TD法更高的表面硬度;但目前PVD、PCVD法在模具上的應(yīng)用較多的是氮化鈦(TiN)、氮碳化鈦(TiCN)、氮鋁化鈦(TIAlN)、氮化鉻(CrN)一類(lèi)的覆層，其硬度一般低于TD覆層碳化釩的硬度。大量實(shí)踐表明，無(wú)論P(yáng)VD采用何種覆層種類(lèi)，單一PVD覆層在拉深沖壓成型類(lèi)模具上覆層很容易剝落很難取得使用效果，為提高覆層與母材的結(jié)合力，目前在汽車(chē)模具上一般都是采用先氮化再進(jìn)行PVD處理的復(fù)合工藝。
2、兩種表面處理與母材的結(jié)合力比較
TD覆層處理后覆層與母材屬于冶金結(jié)合，使用中不容易脫落;復(fù)合PVD覆層與母材結(jié)合力有如電鍍，屬于機(jī)械結(jié)合。大量實(shí)踐表明， TD覆層可以承受比復(fù)合PVD覆層大得多的應(yīng)力而不會(huì)脫落。
3、兩種表面處理的處理溫度及對(duì)基體材料的要求和對(duì)模具變形量的影響
1) TD覆層處理是屬于高溫處理，溫度一般是900℃-1050℃，對(duì)于工模具為達(dá)到比較好的使用效果，一般處理后需要進(jìn)行淬火回火過(guò)程，所以TD覆層處理技術(shù)有變形的問(wèn)題，控制不好有可能會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題。為減小工件變形和減少開(kāi)裂傾向，對(duì)工件的材質(zhì)要求比較高，一般需要采用淬火變形量比較小的高合金鋼，如常用的高鉻合金工模具鋼Cr2MoV，SKD11,Dc53，D2等;對(duì)于變形要求不太嚴(yán)格的工件對(duì)材質(zhì)品質(zhì)也可以要求不高，如采用Cr12或冶煉質(zhì)量比較差的Cr12MoV。
2) 復(fù)合PVD處理技術(shù)處理溫度比較低，一般400℃-600℃，對(duì)于鋼制工件其突出優(yōu)點(diǎn)是處理后工件變形都很小。要取得比較好的使用效果復(fù)合PVD處理對(duì)母材材質(zhì)要求很高，一般應(yīng)用多的是高速鋼或粉末高速鋼，或是品質(zhì)優(yōu)良的高鉻合金工模具鋼如Cr12MoV,SKD11,DC53，D2等，要是材質(zhì)不均勻或成分沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)合PVD覆層處理以后效果難以體現(xiàn)。
4、兩種表面處理的處理溫度及對(duì)前期熱處理的要求
1) 需要進(jìn)行TD覆層處理的工件，一般對(duì)工件的前期熱處理沒(méi)有要求，只是對(duì)于汽車(chē)組合模具，考慮各種因素要求高溫回火(480℃-520℃)。
2) 需要進(jìn)行復(fù)合PVD處理的工件，一般都是工件材料已作過(guò)高溫回火的零件。對(duì)于高速鋼，粉末高速鋼，此類(lèi)材料一般都是高溫回火狀態(tài)使用，所以可以直接進(jìn)行復(fù)合PVD處理;對(duì)于高鉻合金模具鋼如Cr12MoV,SKD11,DC53,D2等材料，對(duì)于前期熱處理必須采用高溫回火(480℃-520℃)才可以進(jìn)行復(fù)合PVD處理。
5、兩種表面處理工藝的應(yīng)用領(lǐng)域及效果比較
兩種表面處理都可以用于提高模具壽命和解決模具表面拉傷問(wèn)題。其中TD覆層用于受力比較大的場(chǎng)合，復(fù)合PVD覆層用于受力比較小的場(chǎng)合;對(duì)于1mm以上的強(qiáng)度高于400MPa的高強(qiáng)度鋼板成型，一般采用TD覆層處理;厚度較薄，強(qiáng)度較低的可以采用復(fù)合PVD處理技術(shù)，對(duì)于形狀較復(fù)雜的成型模具，考慮到?jīng)_壓成型模具即使板料比較薄強(qiáng)度較低，總有受力比較大的部位，所以采用TD覆層處理可靠性更高。一般精度要求很高的工件只能采用復(fù)合PVD處理。此外模具總體壽命TD覆層處理一般是復(fù)合PVD覆層壽命的3-4倍。
三、汽車(chē)沖壓成型模具表面處理技術(shù)選擇問(wèn)題
1、從模具制造角度
由于復(fù)合PVD處理技術(shù)變形很小，處理后模具基本上不會(huì)變形，做完表面處理后模具無(wú)需研配就可以直接裝配(熱處理工藝不合理除外);相反TD覆層處理后模具有變形問(wèn)題，一般組合模具鑲塊需要研配才能正常使用，特別是要是模具結(jié)構(gòu)不合理和TD處理廠家不時(shí)將會(huì)帶來(lái)模具變形過(guò)大甚引起開(kāi)裂現(xiàn)象，這樣模具調(diào)試階段需要耗費(fèi)一些工作量。因此從模具制造角度來(lái)說(shuō)，采用復(fù)合PVD表面處理技術(shù)省事省力，而TD覆層處理技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)就比較麻煩。
2、從模具使用角度
1)適用的工況
TD覆層處理具有更高的承載能力，表面處理時(shí)無(wú)論深孔，窄縫等都能有均勻的覆層，所以TD覆層處理幾乎可以適應(yīng)乘用汽車(chē)的各種板料成型工況，如板料厚度(～5mm)、強(qiáng)度(～800MP)、模具復(fù)雜程度的變化。相反，復(fù)合PVD技術(shù)覆層與母材結(jié)合力遠(yuǎn)低于TD覆層處理技術(shù)，承載能力較低，此外，對(duì)于尖角容易出現(xiàn)溫度過(guò)高，深孔窄縫處很難形成均勻的覆層，所以只適用于板料較薄(～1mm)，強(qiáng)度較低(400MPa以下)，形狀比較簡(jiǎn)單的模具。需要說(shuō)明的是由于TD覆層處理有變形問(wèn)題，不適合組合式外板件模具的表面處理，整體式模具除外。
2)經(jīng)濟(jì)性
大量實(shí)踐證明，TD覆層處理技術(shù)處理過(guò)的模具壽命平均具有復(fù)合PVD處理技術(shù)處理的模具3倍以上的使用壽命，因此當(dāng)模具壽命要求比較高時(shí)，TD覆層處理技術(shù)運(yùn)行成本只是復(fù)合PVD覆層處理技術(shù)的一半以下。
3)重復(fù)處理問(wèn)題
一般來(lái)說(shuō)，復(fù)合PVD處理技術(shù)可以處理無(wú)數(shù)次，而TD覆層處理技術(shù)一般處理3-4次后就會(huì)出現(xiàn)使用壽命會(huì)不斷降低，并容易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。但根據(jù)我司多年的經(jīng)驗(yàn)，一般一次TD覆層處理的模具壽命完全可以滿足一個(gè)車(chē)型的沖壓要求，相反復(fù)合PVD處理技術(shù)有可能需要多次重復(fù)處理，除了加工成本的提高，考慮到復(fù)合PVD模具處理需要的多次模具拆卸及表面處理的時(shí)間，毫無(wú)疑問(wèn)也會(huì)影響生產(chǎn)效率。
原標(biāo)題：簡(jiǎn)述TD覆層處理技術(shù)和復(fù)合PVD處理技術(shù)在汽車(chē)模具上應(yīng)用的優(yōu)劣勢(shì)
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