一、汽車沖壓成型模具表面處理問題的提出

汽車沖壓成形模具之所以需要進行特種表面處理，其首要目的是解決模具表面拉傷問題，其次是提高模具壽命并保持產品零件尺寸的一致性。

當前必須解決汽車沖壓模具表面拉傷問題的原因是：為了使汽車輕量化，汽車大量采用高強度鋼板，高強度鋼板在沖壓成型過程中，模具工作面成型應力較低強度鋼板大，模具工作面和成型鋼板間普遍出現(xiàn)嚴重的粘著磨損，并在模具工作面和工件表面會出現(xiàn)嚴重拉傷現(xiàn)象，拉傷現(xiàn)象的出現(xiàn)影響產品表面質量，降低生產效率，因需要不斷修模還嚴重影響產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。常見的方法可以是對成型板料進行表面處理（如磷化），在模具與板料間加一層有機膜（如添加塑料薄膜或高粘度潤滑脂），改變模具材料（鈹銅合金、硬質合金），對模具進行特種表面處理（TD，PVD，鍍硬鉻等）。以上方法實踐中根據產量、工況、成型件大小等情況都有使用，對于汽車沖壓成形模具考慮到成本等因素，目前應用多的是對模具進行特種表面處理，目前主要是TD覆層處理，復合PVD，鍍硬鉻，氮化。其中鍍硬鉻和氮化處理由于結合力和耐磨性較差，可以用于成型應力較小的場合，并且這兩種技術可以對大型模具進行處理，所以這兩種技術主要應用于大型汽車覆蓋件模具；對于底盤、加強板等類零件普遍采用TD覆層處理和復合PVD處理，以下主要分析這兩種技術的優(yōu)劣勢。

二、TD覆層處理技術及復合PVD技術的比較

1、 兩種表面處理形成覆層的種類

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合的覆層，其中目前應用較多的是碳化釩(VC)覆層；

2） PVD（物理氣相沉積）,PCVD（物理化學氣相沉積）處理技術處可以在工件表面更多的表面強化相，包括金屬碳化物、氮化物、氧化物或其復合的化合物；單就表面硬度，由于PVD、PCVD處理技術可以方便地改變覆層的成分，也可以通過改變工藝方法改變表面覆層的組織結構，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）一類的覆層，其硬度一般低于TD覆層碳化釩的硬度。大量實踐表明，無論PVD采用何種覆層種類，單一PVD覆層在拉深沖壓成型類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合力，目前在汽車模具上一般都是采用先氮化再進行PVD處理的復合工藝。

2、兩種表面處理與母材的結合力比較

TD覆層處理后覆層與母材屬于冶金結合，使用中不容易脫落；復合PVD覆層與母材結合力有如電鍍，屬于機械結合。大量實踐表明， TD覆層可以承受比復合PVD覆層大得多的應力而不會脫落。

3、兩種表面處理的處理溫度及對基體材料的要求和對模具變形量的影響

1） TD覆層處理是屬于高溫處理，溫度一般是900℃-1050℃，對于工模具為達到比較好的使用效果，一般處理后需要進行淬火回火過程，所以TD覆層處理技術有變形的問題，控制不好有可能會出現(xiàn)開裂問題。為減小工件變形和減少開裂傾向，對工件的材質要求比較高，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；對于變形要求不太嚴格的工件對材質品質也可以要求不高，如采用Cr12或冶煉質量比較差的Cr12MoV。

2） 復合PVD處理技術處理溫度比較低，一般400℃-600℃，對于鋼制工件其突出優(yōu)點是處理后工件變形都很小。要取得比較好的使用效果復合PVD處理對母材材質要求很高，一般應用多的是高速鋼或粉末高速鋼，或是品質優(yōu)良的高鉻合金工模具鋼如Cr12MoV,SKD11,DC53，D2等，要是材質不均勻或成分沒有達到標準，復合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前期熱處理的要求

1） 需要進行TD覆層處理的工件，一般對工件的前期熱處理沒有要求，只是對于汽車組合模具，考慮各種因素要求高溫回火（480℃-520℃）。

2） 需要進行復合PVD處理的工件，一般都是工件材料已作過高溫回火的零件。對于高速鋼，粉末高速鋼，此類材料一般都是高溫回火狀態(tài)使用，所以可以直接進行復合PVD處理；對于高鉻合金模具鋼如Cr12MoV,SKD11,DC53,D2等材料，對于前期熱處理必須采用高溫回火（480℃-520℃）才可以進行復合PVD處理。

5、兩種表面處理工藝的應用領域及效果比較

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題。其中TD覆層用于受力比較大的場合，復合PVD覆層用于受力比較小的場合；對于1mm以上的強度高于400MPa的高強度鋼板成型，一般采用TD覆層處理；厚度較薄，強度較低的可以采用復合PVD處理技術，對于形狀較復雜的成型模具，考慮到沖壓成型模具即使板料比較薄強度較低，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合PVD處理。此外模具總體壽命TD覆層處理一般是復合PVD覆層壽命的3-4倍。

三、汽車沖壓成型模具表面處理技術選擇問題

1、從模具制造角度

由于復合PVD處理技術變形很小，處理后模具基本上不會變形，做完表面處理后模具無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，特別是要是模具結構不合理和TD處理廠家不時將會帶來模具變形過大甚至引起開裂現(xiàn)象，這樣模具調試階段需要耗費一些工作量。因此從模具制造角度來說，采用復合PVD表面處理技術省事省力，而TD覆層處理技術相對來說就比較麻煩。

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，表面處理時無論深孔，窄縫等都能有均勻的覆層，所以TD覆層處理幾乎可以適應乘用汽車的各種板料成型工況，如板料厚度（～5mm）、強度(～800MP)、模具復雜程度的變化。相反，復合PVD技術覆層與母材結合力遠低于TD覆層處理技術，承載能力較低，此外，對于尖角容易出現(xiàn)溫度過高，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），強度較低（400MPa以下），形狀比較簡單的模具。需要說明的是由于TD覆層處理有變形問題，不適合組合式外板件模具的表面處理，整體式模具除外。

2）經濟性

大量實踐證明，TD覆層處理技術處理過的模具壽命平均具有復合PVD處理技術處理的模具3倍以上的使用壽命，因此當模具壽命要求比較高時，TD覆層處理技術運行成本只是復合PVD覆層處理技術的一半以下。

3）重復處理問題

一般來說，復合PVD處理技術可以處理無數次，而TD覆層處理技術一般處理3-4次后就會出現(xiàn)使用壽命會不斷降低，并容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。但根據我司多年的經驗，一般一次TD覆層處理的模具壽命完全可以滿足一個車型的沖壓要求，相反復合PVD處理技術有可能需要多次重復處理，除了加工成本的提高，考慮到復合PVD模具處理需要的多次模具拆卸及表面處理的時間，毫無疑問也會影響生產效率。