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嚴重的粘著磨損,并在模具工作面和工件表面會出現嚴重拉傷現象,拉傷現象的出現影響產品表面質量,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