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目前汽车覆盖件模具主要由钢材制造，模具零件失效模式主要集中在塑性变形、韧性断裂、疲劳断裂、脆性断裂、粘着磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、磨粒磨损等方式上，上述各种失效模式中，以断裂、磨损、腐蚀为主的失效模式最为常见。 为了延长模具的使用寿命并提高其使用性能，对模具零件表面进行强化处理，表面强化处理技术是通过改变模具零件表面成分、组织及镀层提高其耐磨、耐热、硬度、疲劳强度等力学性能。 01 电镀技术的原理 电镀是将盐类镀液中的金属离子在电场电解作用下扩散到零件表面，并在零件表面被还原成金属原子，沉积结晶形成镀层的表面加工方法。电镀时模具零件浸在镀液中，以被镀模具零件为阴极，镀液金属为阳极。 02 电镀技术的特点 汽车覆盖件拉深模零件采用电镀技术处理，不仅能延长模具的使用寿命，还能降低成形制件的拉毛、划伤等缺陷。 电镀优点 ①降低模具零件表面粗糙度值、提高硬度、精度等，延长模具使用寿命； ②降低成形制件因拉毛而造成的返工、返修概率，提高成形制件合格率； ③镀层非常薄，约0.01～0.03mm，不影响模具零件的形状； ④可重复电镀，且不影响模具的使用； ⑤电镀工艺简单，沉积速度快，操作方便，镀层质量高、性能好，不受模具体积和形状限制。 电镀的缺点 ①电镀成本投入大，增加成本投入会影响企业效益； ②电镀层会脱落、磨损，造成成形制件的拉毛； ③量产初期电镀处理，成本投入大，如因零件结构改变需破坏现有镀层。 03 电镀技术的应用 由于电镀不受模具零件体积和形状的限制，但Cr12MoV、Cr12、SKD11、KD11S等材质因其电镀后开裂，不宜进行电镀处理。 （a）下模 （b）压边圈 （c）上模 图1 某车型经电镀处理的后背门内板拉深模 图1所示为某车型经电镀处理的后背门内板拉深模，电镀之前为模具零件抛光标准20件/次，电镀后抛光频次达到6000件/次，提高了模具与成形制件表面质量，延长了模具使用寿命，降低模具保养工作量。 01 表面超硬化处理原理 在待处理零件表面形成超硬化覆层，大幅度提高其硬度、耐磨、耐蚀等性能，从而延长模具零件使用寿命，表面超硬化处理技术主要有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积(CVD)、等离子化学气相沉积(PCVD)以及TD处理技术，覆层主要成分由氮化物、碳化物、复合型化合物、硼化物等组成。 TD技术是在一定温度下将待处理零件置于硼砂熔盐及其特种介质中，通过特种熔盐中的金属原子和零件中的碳、氮原子产生化学反应，扩散到零件表面形成一层几微米至二十微米左右，由钒、铌、铬、钛等金属组成的碳化层。 02 表面超硬化处理技术的特点与选择 超硬化处理技术在解决冲模零件磨损失效方面有优势，技术特点如表1所示。 从表1可以看出，因CVD技术工艺较难实现，PCVD技术处理后模具零件变形较大，故表面超硬化处理技术中仅PVD、TD技术适用于汽车覆盖件模具零件的表面处理。经过实践可知，PVD和TD技术在处理汽车覆盖件小型模具或模具镶件方面有一定的作用，可有效降低或消除成形制件的拉毛、划伤等缺陷，延长模具的使用寿命、提升整车安全性能以及提高零件生产效率。 03 表面超硬化处理技术的应用 （a）上模 （b）下模 图2 TD技术在模具上的应用 采用表面超硬化处理技术中的PVD和TD处理模具零件表面，经处理后表面摩擦因数明显降低，有效提升制件合格率，延长了模具使用寿命。图2所示为某车型采用TD处理的模具，模具零件表面粗糙度值较低。TD处理之前模具抛光标准为20件/次，TD处理后抛光频次为3000件/次，降低了模具保养工作量。 01 金属表面化学热处理技术的原理 金属表面化学热处理是利用元素扩散性能，促使合金元素渗入金属表层的一种热处理工艺。一般该过程由分解、吸附和扩散3个基本过程组成，首先将待处理零件放置在含渗入元素的活性介质中，加热到一定温度使活性介质分解出活性原子，活性原子被吸附到零件表面，在一定温度下完成扩散过程，形成扩散层，改变零件表层的成分、组织以及性能。 02 金属表面化学热处理技术的特点与选择 金属表面化学热处理技术的特点是依靠加热扩散作用形成表面强化层，故不具有结合力不足的问题，渗入不同元素可获得不同成分、组织和性能的表层。渗入元素可以是碳、氮、硫等非金属元素，也可以是铝、铬等金属元素，而不同元素对材料强度、硬度、抗疲劳性、耐磨性等方面的影响也不同，表2所示为不同金属表面化学热处理元素的效果对比。 为保证汽车模具具有较长的使用寿命及较高的表面精度，对模具零件表面处理的要求也较高，依据表2综合来看，渗氮与渗碳技术较适合在汽车覆盖件模具中应用。 03 金属表面化学热处理技术的应用 经过不断实践，选择金属表面化学热处理技术中的渗氮技术处理模具零件表面。根据技术条件，渗氮处理后冲压件频次高达80万次，还降低了模具零件保养和维护频次，适合于大批量生产。 图3 渗氮技术在模具上的应用 图3所示为某车型采用渗氮处理的拉深模上模，从图3可以看出，渗氮处理后模具零件型面发暗，且表面质量良好。渗氮后模具零件表面获得良好的综合性能，降低了模具的保养频次，在大批量覆盖件生产中具有较好的实用价值，以冲压件60万频次计算，单个侧围拉深工序渗氮处理较电镀处理可节省成本70万元左右。 模具零件材料的好坏直接影响模具的使用寿命，材料处理不当会缩短模具使用寿命。近年来研制了不少适合国内制造环境的新型高效模具材料，如冷作模具钢材料6Cr4W3Mo2VNb、7CrSiMn-MoV、7Cr7Mo3V2Si、6CrNiSiMnMoV等，热作模具钢材料5Cr4W5Mo2V、3Cr3Mo3W2V、4Cr2NiMoV、4CrMnSiMoV、5Cr4Mo3SiMnVAl等。一般应结合模具零件材料的性能和其他因素，根据模具服役条件和加工能力，选择符合要求的模具材料。经过实践发现，一批适合汽车冲模的常用材料为Q235、#45钢、HT300、Mo-Cr合金、QT600、7CrSiMnMoV、Cr12MoV、SKD11等。 ▍内容来源：《模具工业》2019年第5期 |
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