汽车冲压模具表面处理技术解析

李松曹少帅

(长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心河北保定071000)

摘要：高速发展的汽车产业需要高性能模具的支撑，高端模具需要高水平的模具处理技术。随着环境对制造业低污染、低能耗、高性能的要求，TD处理技术、HVOF处理技术等会拥有更加广阔的市场前景，要加大对其开发与应用，提升汽车安全性能。

关键词：汽车冲压模具；表面处理技术；HVOF；TD

Abstract:therapiddevelopmentoftheautomotiveindustryneedshighperformancemoldsupport,high-endmoldsneedhighleveldieprocessingtechnology.Withtherequirementsoflowpollution,lowenergyconsumptionandhighperformanceinthemanufacturingindustry,TDtechnologyandHVOFprocessingtechnologywillhaveawidermarketprospect.Itisnecessarytoincreasethedevelopmentandapplicationofthetechnologyandimprovethesafetyperformanceoftheautomobile.

Keywords:automobilestampingdie;surfacetreatmenttechnology;HVOF;TD

前言：随着汽车行业的迅猛发展，质量要求越来越高的汽车的车身冲压零部件，对于冲压模具的制造、应用提出了更高的质量要求，因此，现在汽车行业需要重点关注如何提高模具的质量及延长使用寿命。汽车冲压行业对对冲压模具表面的处理，会采用不同的表面处理技术来解决零件在高速冲压过程中，板材与模具表面摩擦发热而导致的各种零件破裂等问题。本文从汽车冲压模具表面处理技术概念、类型介绍出发，主要分析了TD和HVOF两种处理技术，探讨了其发展。

1、汽车冲压模具表面处理技术概述

模具的表面处理技术，是对模具表面的形态、化学成分、组织结构等利用表面涂覆、表面改性或复合处理技术来进行改变，来获取表面性能的一种系统工程。在对汽车冲压模具表面进行处理的技术方法有很有，可以主要归纳为：PVD〔物理）、PCVD〔物理化学）、CVD〔化学），TD覆层处理、HVOF（高速火焰喷涂）。从表面处理的方式上，还可以使用机械方法。随着科技的不断进步，在对汽车冲压模具进行表面处理时，越来越多的表面处理技术将被开发与应用。

2、HVOF处理技术

HVOF（高速火焰喷涂）以航空煤油为燃料，工业氧气为助燃剂，煤油与氧气在燃烧室内连续、稳定、均一地燃，燃烧的火焰在燃烧室内产生高压，HVOF以超音速将熔化或半熔化的熔滴，在基体表面进行冲击、碰撞、最后凝固，逐层累积以达到所需要的厚度。在基体表面熔滴进行沉积，凝固后与凹凸不平的基体镶嵌、咬合，主要是机械结合，也有少量的冶金与物理结合。因此，对于基体材料HVOF技术没有特殊要求，可对各种模具钢、不锈钢等进行喷涂，甚至喷涂基材可以是陶瓷、玻璃、单晶硅、橡胶等，极大地延伸了热喷涂的应用范围。模具使用者和制造者，不需要选择专用的模具钢，普通的模具钢即可替代，不仅能极大降低使用成本，还有利于提升企业利益。

HVOF工艺流程为：去水去油→探伤→表面活化→喷涂→研磨→抛光→检→包装。火焰烘烤模具表面以去除油脂与水汽；分析模具缺陷，制定最佳喷涂方案；对模具进行毛化处理；喷涂形成优质涂层；粗抛、精抛，满足粗糙度要求（小于Ra0.4μm）和厚度要求；检验涂层厚度、均匀性、粗糙度等，包装出厂。

HVOF喷涂是形成涂层的过程，在此过程基本能确定涂层最终的均匀性、质量以及涂层的使用寿命，是HVOF技术强化模具的核心工序。HVOF火焰的温度接近3，000℃，模具在喷涂中会受热；另外，熔滴速度可达5OOm/s，以极高的动能打到模具上，使得模具升温。但是，一般来说，模具的最高温度不会超过150℃，也会低于120℃。原因主要有两个方面：一是在模具表面HVOF火焰快速移动，传递的热量较少；二是模具的喷涂是从一端开始，火焰以极小的步进向另一边行进，以hvof的模具为例，一遍喷涂完毕大约耗时20min，喷涂过的部位的热量会逐渐散去，如此循环，不会造成整个模具温度过高。

3、TD处理技术

TD是利用金属高温热反应扩散原理，便钢铁中的碳元素与活性合金元素介质经热化学反应扩散在钢铁表面形成牢固治金结合的NBC、CV、TiC等金属碳化物，渗覆层的硬度可高达1，600―3，800HV（比渗氮层的硬度要高2―3倍），同时其覆层结合力是气相沉积镀层（PVD、CVD、PCVD）无法比拟的。性能特点：硬度高、摩擦系数低，耐磨性能强；极强的抗咬死、抗拉伤性；抗腐蚀性良好，抗高温氧化；实用的耐剥落性，抗热震及足够韧性。模具经TD金属处理后，可以极大的延长模具使用寿命，修模次数也得到减少；使用润滑剂、脱模剂的用量也减少；可以提升成形制件的质量，极大的降低废品率。

一般来说，TD的处理周期在3天左右，TD前模具处理：来料检测（尺寸、基体硬度、材质确认、新旧模确认、外观缺陷检查）3h、抛光打磨4h、预热2h、搅拌2h；TD处理时间：TD处理12―16h；淬火处理：淬火0.5―1h、冷却6-7h；回火处理：回火8h、冷却3h；清洗时间：清晰5-6h；后处理及检测：钻孔、抛光打磨5h检测（尺寸、基体硬度、表向硬度、皮膜厚度）1h。

在TD处理过程中，模具可能会出现母材硬度不够，无法调整尺寸，满足不了模具使用要求的情况。问题的主要原因：模具钢材牌号选择不对或钢材质量不达标。应对方法：模具钢要选择合适TD处理的优质钢料；在进行TD处理前，有焊接模具的，在TD处理后可能会产生焊接部位不成膜或有焊接裂纹的问题。问题的主要原因：焊接材质与母材不匹配或需改进焊接方法。应对方法：选择与母材相匹配的焊接材料。处理方法：表面深度为O.5Omm厚的焊接部位可予以去除，重新焊接同母材相匹配的焊接材料；TD旧模具经多次TD处理后，会使得模具表面的成膜好，出现开裂或降低耐磨性等情况。问题的主要原因：模具经多次TD处理后，会不断减少母材表面的碳素，使得皮膜厚度不断下降，导致母材表面的脱碳层越来越深。另外，母材表面脱碳层深度超过O.5Omm以上，模具表面的成膜状态不好，也会导致模具开裂。当模具出现这种状况时，不能继续做TD处理。

结语：表面改质技术应用冲压模具较为广泛，能有效改善冲压存在的问题。汽车冲压件本身材质及厚度种类繁多，且模具表面改质技术种类多，针对不同的零件材质、厚度选择何种表面改质技术在行业内并无具体的选用原则或规范。因此在实际生产中，应根据模具实际结构、板料的材质及厚度等情况，合理选择有效的表面处理技术。

参考文献：

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