一、汽車沖壓成型模具(ju)表面處理問題(ti)的(de)提出

汽(qi)車(che)沖(chong)壓成(cheng)形模(mo)具之所以需要(yao)進行(xing)特(te)種表面處理，其首要(yao)目的是解決模(mo)具表面拉(la)傷問題，其次(ci)是提高模(mo)具壽命并保持產(chan)品零件尺寸的一致性(xing)。

當(dang)前(qian)必須解決汽(qi)(qi)車沖壓模(mo)具(ju)表面(mian)(mian)拉(la)傷(shang)問題的(de)原(yuan)因(yin)是：為了使(shi)汽(qi)(qi)車輕量(liang)化，汽(qi)(qi)車大量(liang)采(cai)用高(gao)強度鋼(gang)(gang)板(ban)，高(gao)強度鋼(gang)(gang)板(ban)在沖壓成(cheng)型(xing)過程中，模(mo)具(ju)工作面(mian)(mian)成(cheng)型(xing)應(ying)力較低(di)(di)強度鋼(gang)(gang)板(ban)大，模(mo)具(ju)工作面(mian)(mian)和成(cheng)型(xing)鋼(gang)(gang)板(ban)間普遍出(chu)現(xian)嚴(yan)(yan)(yan)重(zhong)的(de)粘著磨損，并在模(mo)具(ju)工作面(mian)(mian)和工件表面(mian)(mian)會(hui)出(chu)現(xian)嚴(yan)(yan)(yan)重(zhong)拉(la)傷(shang)現(xian)象，拉(la)傷(shang)現(xian)象的(de)出(chu)現(xian)影響產(chan)(chan)品(pin)表面(mian)(mian)質(zhi)量(liang)，降低(di)(di)生產(chan)(chan)效率(lv)，因(yin)需要不斷(duan)修模(mo)還嚴(yan)(yan)(yan)重(zhong)影響產(chan)(chan)品(pin)尺寸的(de)一致性以及模(mo)具(ju)壽命(ming)。

要解決模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)表面(mian)拉傷現(xian)象(xiang)有許多(duo)方法，這(zhe)些方法的(de)(de)核心是(shi)阻止(zhi)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)與成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)板(ban)料間(jian)的(de)(de)粘(zhan)著磨損，這(zhe)些方法可以(yi)(yi)(yi)分別是(shi)在成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)板(ban)料、板(ban)料與模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)間(jian)或模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)上采(cai)取措施。常(chang)見的(de)(de)方法可以(yi)(yi)(yi)是(shi)對(dui)成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)板(ban)料進行(xing)表面(mian)處理(li)（如磷化(hua)(hua)），在模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)與板(ban)料間(jian)加一層有機膜(mo)（如添(tian)加塑料薄膜(mo)或高(gao)粘(zhan)度潤滑脂），改變模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)材(cai)料（鈹銅合(he)金、硬(ying)(ying)質合(he)金），對(dui)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)進行(xing)特(te)(te)種(zhong)表面(mian)處理(li)（TD，PVD，鍍硬(ying)(ying)鉻(ge)等(deng)）。以(yi)(yi)(yi)上方法實(shi)踐中根據產量、工況(kuang)、成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)件(jian)大小等(deng)情況(kuang)都有使用，對(dui)于(yu)汽車(che)沖壓成(cheng)(cheng)形模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)考慮到成(cheng)(cheng)本等(deng)因素，目前應(ying)用多(duo)的(de)(de)是(shi)對(dui)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)進行(xing)特(te)(te)種(zhong)表面(mian)處理(li)，目前主(zhu)要是(shi)TD覆(fu)層處理(li)，復合(he)PVD，鍍硬(ying)(ying)鉻(ge)，氮(dan)(dan)化(hua)(hua)。其中鍍硬(ying)(ying)鉻(ge)和氮(dan)(dan)化(hua)(hua)處理(li)由于(yu)結合(he)力和耐磨性較差，可以(yi)(yi)(yi)用于(yu)成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)應(ying)力較小的(de)(de)場合(he)，并(bing)且這(zhe)兩種(zhong)技術(shu)可以(yi)(yi)(yi)對(dui)大型(xing)(xing)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)進行(xing)處理(li)，所以(yi)(yi)(yi)這(zhe)兩種(zhong)技術(shu)主(zhu)要應(ying)用于(yu)大型(xing)(xing)汽車(che)覆(fu)蓋(gai)件(jian)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)；對(dui)于(yu)底(di)盤、加強(qiang)板(ban)等(deng)類零件(jian)普遍采(cai)用TD覆(fu)層處理(li)和復合(he)PVD處理(li)，以(yi)(yi)(yi)下主(zhu)要分析這(zhe)兩種(zhong)技術(shu)的(de)(de)優(you)劣勢。

二、TD覆層處理(li)技(ji)術(shu)及復合PVD技(ji)術(shu)的比(bi)較

1、 兩種表面(mian)處理(li)形成覆層的種類

1） TD覆(fu)層處理(li)可(ke)以在工件表(biao)面形成(cheng)硬度很高的(de)一種或多種金屬碳化物復合的(de)覆(fu)層，其中目前應用較多的(de)是(shi)碳化釩(VC)覆(fu)層；

2） PVD（物(wu)理氣相(xiang)沉積(ji)）,PCVD（物(wu)理化(hua)(hua)(hua)(hua)學氣相(xiang)沉積(ji)）處(chu)(chu)(chu)理技術(shu)處(chu)(chu)(chu)可(ke)以(yi)在工(gong)件表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)更多(duo)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)強(qiang)化(hua)(hua)(hua)(hua)相(xiang)，包括金屬(shu)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)、氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)、氧化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)或其(qi)復(fu)合的(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)；單(dan)就表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)硬(ying)度(du)，由(you)于PVD、PCVD處(chu)(chu)(chu)理技術(shu)可(ke)以(yi)方(fang)便地改變(bian)覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)成分(fen)，也可(ke)以(yi)通過改變(bian)工(gong)藝(yi)方(fang)法(fa)改變(bian)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)組織結(jie)構(gou)，所以(yi)PVD處(chu)(chu)(chu)理法(fa)可(ke)以(yi)形成比TD法(fa)更高(gao)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)硬(ying)度(du)；但目前PVD、PCVD法(fa)在模(mo)具上(shang)的(de)(de)(de)應(ying)用較多(duo)的(de)(de)(de)是氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦（TiN）、氮(dan)(dan)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦（TiCN）、氮(dan)(dan)鋁化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦（TIAlN）、氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)鉻（CrN）一類(lei)的(de)(de)(de)覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)，其(qi)硬(ying)度(du)一般(ban)低于TD覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)釩的(de)(de)(de)硬(ying)度(du)。大量實踐表(biao)明，無論PVD采用何種覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)種類(lei)，單(dan)一PVD覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)在拉(la)深沖(chong)壓成型(xing)類(lei)模(mo)具上(shang)覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)很(hen)容易(yi)剝(bo)落很(hen)難取得(de)使(shi)用效(xiao)果，為(wei)提高(gao)覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)與(yu)母(mu)材(cai)的(de)(de)(de)結(jie)合力，目前在汽車模(mo)具上(shang)一般(ban)都是采用先氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)再進行PVD處(chu)(chu)(chu)理的(de)(de)(de)復(fu)合工(gong)藝(yi)。

2、兩種表(biao)面處理與母材的結合力比較

TD覆(fu)層(ceng)處理后覆(fu)層(ceng)與母(mu)材屬于冶金結合(he)，使用中不(bu)(bu)容易脫落；復(fu)(fu)合(he)PVD覆(fu)層(ceng)與母(mu)材結合(he)力有(you)如(ru)電(dian)鍍(du)，屬于機械結合(he)。大量實踐表明， TD覆(fu)層(ceng)可以承(cheng)受比復(fu)(fu)合(he)PVD覆(fu)層(ceng)大得多(duo)的應(ying)力而不(bu)(bu)會脫落。

3、兩種(zhong)表面處理(li)的處理(li)溫度及對基體(ti)材(cai)料的要求和對模具變形量的影響

1） TD覆層處(chu)理是屬于(yu)(yu)高溫(wen)處(chu)理，溫(wen)度一(yi)(yi)般是900℃-1050℃，對(dui)(dui)于(yu)(yu)工模具(ju)為達(da)到比較(jiao)好的(de)使用(yong)(yong)效果，一(yi)(yi)般處(chu)理后需要進(jin)行淬(cui)火回火過程，所(suo)以(yi)TD覆層處(chu)理技術(shu)有(you)變(bian)形的(de)問題，控制不(bu)好有(you)可能會(hui)出現開裂問題。為減小(xiao)工件變(bian)形和減少開裂傾向(xiang)，對(dui)(dui)工件的(de)材質(zhi)(zhi)要求(qiu)比較(jiao)高，一(yi)(yi)般需要采(cai)用(yong)(yong)淬(cui)火變(bian)形量(liang)比較(jiao)小(xiao)的(de)高合金鋼(gang)，如常用(yong)(yong)的(de)高鉻合金工模具(ju)鋼(gang)Cr2MoV，SKD11,Dc53，D2等；對(dui)(dui)于(yu)(yu)變(bian)形要求(qiu)不(bu)太嚴格(ge)的(de)工件對(dui)(dui)材質(zhi)(zhi)品質(zhi)(zhi)也可以(yi)要求(qiu)不(bu)高，如采(cai)用(yong)(yong)Cr12或冶煉質(zhi)(zhi)量(liang)比較(jiao)差的(de)Cr12MoV。

2） 復合PVD處(chu)(chu)理技術處(chu)(chu)理溫度(du)比較低，一(yi)般(ban)400℃-600℃，對(dui)于鋼(gang)制工件(jian)其突(tu)出優(you)點是處(chu)(chu)理后(hou)工件(jian)變形都很小。要(yao)取得比較好的使(shi)用效(xiao)果(guo)復合PVD處(chu)(chu)理對(dui)母材材質要(yao)求很高，一(yi)般(ban)應用多的是高速鋼(gang)或粉末高速鋼(gang)，或是品質優(you)良(liang)的高鉻合金(jin)工模具(ju)鋼(gang)如Cr12MoV,SKD11,DC53，D2等，要(yao)是材質不均勻(yun)或成分沒有達到標準(zhun)，復合PVD覆層處(chu)(chu)理以(yi)后(hou)效(xiao)果(guo)難(nan)以(yi)體(ti)現。

4、兩(liang)種表面處(chu)理(li)(li)的處(chu)理(li)(li)溫度及對前期熱處(chu)理(li)(li)的要求

1） 需(xu)要進行TD覆(fu)層處(chu)理的(de)工件(jian)，一般(ban)對工件(jian)的(de)前期(qi)熱處(chu)理沒有要求(qiu)，只是(shi)對于汽(qi)車組合模具，考慮各種(zhong)因(yin)素(su)要求(qiu)高溫(wen)回火（480℃-520℃）。

2） 需要(yao)進(jin)行復合(he)PVD處理(li)的(de)工(gong)件，一般都是(shi)工(gong)件材料已作過高(gao)溫(wen)回火的(de)零件。對(dui)于(yu)高(gao)速鋼(gang)，粉末高(gao)速鋼(gang)，此類材料一般都是(shi)高(gao)溫(wen)回火狀態使用，所以可以直(zhi)接進(jin)行復合(he)PVD處理(li)；對(dui)于(yu)高(gao)鉻合(he)金模具鋼(gang)如Cr12MoV,SKD11,DC53,D2等材料，對(dui)于(yu)前期熱處理(li)必須采用高(gao)溫(wen)回火（480℃-520℃）才可以進(jin)行復合(he)PVD處理(li)。

5、兩(liang)種表面處理工藝的應用領(ling)域及效果比較

兩種表面處(chu)理(li)(li)(li)(li)都可以(yi)用(yong)于(yu)(yu)提高模具壽(shou)命和解決(jue)模具表面拉傷問題。其中TD覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)用(yong)于(yu)(yu)受力(li)比較大(da)的(de)場合(he)，復(fu)(fu)合(he)PVD覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)用(yong)于(yu)(yu)受力(li)比較小的(de)場合(he)；對于(yu)(yu)1mm以(yi)上的(de)強度(du)(du)(du)(du)(du)高于(yu)(yu)400MPa的(de)高強度(du)(du)(du)(du)(du)鋼板(ban)成(cheng)型(xing)，一般采用(yong)TD覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)處(chu)理(li)(li)(li)(li)；厚度(du)(du)(du)(du)(du)較薄，強度(du)(du)(du)(du)(du)較低(di)(di)的(de)可以(yi)采用(yong)復(fu)(fu)合(he)PVD處(chu)理(li)(li)(li)(li)技術，對于(yu)(yu)形狀(zhuang)較復(fu)(fu)雜的(de)成(cheng)型(xing)模具，考慮到沖壓成(cheng)型(xing)模具即使板(ban)料比較薄強度(du)(du)(du)(du)(du)較低(di)(di)，總有受力(li)比較大(da)的(de)部位，所以(yi)采用(yong)TD覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)處(chu)理(li)(li)(li)(li)可靠性更高。一般精度(du)(du)(du)(du)(du)要求很高的(de)工(gong)件只(zhi)能(neng)采用(yong)復(fu)(fu)合(he)PVD處(chu)理(li)(li)(li)(li)。此外模具總體壽(shou)命TD覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)處(chu)理(li)(li)(li)(li)一般是復(fu)(fu)合(he)PVD覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)壽(shou)命的(de)3-4倍。

三(san)、汽車沖壓(ya)成型(xing)模具表(biao)面處理技術選擇問題(ti)

1、從模(mo)具制造(zao)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(ceng)(ceng)處(chu)理具有(you)更高的(de)承載能力，表(biao)面處(chu)理時無(wu)論深孔(kong)，窄縫等都能有(you)均勻的(de)覆層(ceng)(ceng)，所以(yi)TD覆層(ceng)(ceng)處(chu)理幾乎可以(yi)適(shi)應乘(cheng)用(yong)汽車的(de)各種板料成型(xing)工況，如板料厚度(du)（～5mm）、強度(du)(～800MP)、模具復雜程(cheng)度(du)的(de)變化。相反，復合(he)PVD技術(shu)覆層(ceng)(ceng)與母材(cai)結合(he)力遠低于TD覆層(ceng)(ceng)處(chu)理技術(shu)，承載能力較(jiao)低，此外(wai)，對于尖角容易出現溫度(du)過高，深孔(kong)窄縫處(chu)很難形(xing)(xing)成均勻的(de)覆層(ceng)(ceng)，所以(yi)只適(shi)用(yong)于板料較(jiao)薄（～1mm），強度(du)較(jiao)低（400MPa以(yi)下），形(xing)(xing)狀比較(jiao)簡單的(de)模具。需(xu)要說(shuo)明的(de)是由于TD覆層(ceng)(ceng)處(chu)理有(you)變形(xing)(xing)問(wen)題，不適(shi)合(he)組合(he)式(shi)外(wai)板件模具的(de)表(biao)面處(chu)理，整(zheng)體式(shi)模具除外(wai)。

2）經濟性

大量實踐證明，TD覆(fu)層(ceng)(ceng)處(chu)理(li)(li)(li)技(ji)(ji)術處(chu)理(li)(li)(li)過的(de)(de)模(mo)(mo)具(ju)壽(shou)命(ming)平均具(ju)有復合PVD處(chu)理(li)(li)(li)技(ji)(ji)術處(chu)理(li)(li)(li)的(de)(de)模(mo)(mo)具(ju)3倍以上(shang)的(de)(de)使用壽(shou)命(ming)，因此當(dang)模(mo)(mo)具(ju)壽(shou)命(ming)要求(qiu)比較高時(shi)，TD覆(fu)層(ceng)(ceng)處(chu)理(li)(li)(li)技(ji)(ji)術運行成本只是(shi)復合PVD覆(fu)層(ceng)(ceng)處(chu)理(li)(li)(li)技(ji)(ji)術的(de)(de)一半以下。

3）重復處(chu)理(li)問(wen)題

一(yi)般(ban)來說，復(fu)(fu)合(he)PVD處(chu)(chu)理技術(shu)(shu)可以處(chu)(chu)理無(wu)數次(ci)，而TD覆(fu)層處(chu)(chu)理技術(shu)(shu)一(yi)般(ban)處(chu)(chu)理3-4次(ci)后就會出現(xian)(xian)使用壽命會不斷降低，并容(rong)易出現(xian)(xian)開裂(lie)現(xian)(xian)象。但根據(ju)我(wo)司多年(nian)的經驗，一(yi)般(ban)一(yi)次(ci)TD覆(fu)層處(chu)(chu)理的模具(ju)(ju)壽命完全可以滿足一(yi)個車型的沖壓要(yao)求(qiu)，相反復(fu)(fu)合(he)PVD處(chu)(chu)理技術(shu)(shu)有可能需(xu)要(yao)多次(ci)重復(fu)(fu)處(chu)(chu)理，除了加工成本的提高(gao)，考慮到(dao)復(fu)(fu)合(he)PVD模具(ju)(ju)處(chu)(chu)理需(xu)要(yao)的多次(ci)模具(ju)(ju)拆卸及表面處(chu)(chu)理的時間，毫無(wu)疑問(wen)也(ye)會影響生產(chan)效率(lv)。