汽车冲压模具表面处理技术解析

汽车冲压模具表面处理技术解析

高原 张晓铭

现代汽车模具（山东）有限公司 山东省日照市 276800

摘要：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，主要分析了表面处理技术。

关键词：汽车；冲压模具；表面处理技术

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、物理表面处理法

第一，高频表面淬火。这种方法的使用原理是把模具 放在交变磁场当中，通过磁场产生的热量来为模具材料加热。通过交变磁场的电流的频率都比较高，而电流所产生的热量，能够渗透的层次却非常薄。所以，运用这种表面处 理技术进行模具表面处理之后，模具表面的硬度就会比较 高，经过多次的实验研究可以得出结论，这种表面处理技 术比传统的淬火工艺可以提高 HRC2-3，并且具有很大的脆性，这就使得模具表面的疲劳强度要比传统淬火工艺处理之后的明显地提高了，如果是小尺寸的模具，强度会一 般会变为原来的两倍或更高。通过高频表面淬火工艺进行 加热，能够利用温度来更为精准的控制模具的硬度，对于投入批量的机械化生产和自动化生产有着重要的意义。第二，表面涂镀层法。这种方法的原理相对来说较为简单，主要是通过镀层技术将材料外加于模具的表面，这种方法能够直接将性质比较优良的材料直接附加于模具上，使其能够完全保有镀层材料的优势，同时对于模具本身材料的影响也比较小。运用这种表面处理技术，能够更为精确地把握镀层的厚度，在不影响模具整体性能的前提之下，使其具备镀层材料的更高强度、更好的耐磨性，从而让模具表 面能够拥有更为理想的性能。第三，火焰表面淬火法。利用这种表面处理技术进行加工时，主要使用到的材料是氧乙炔，通过对模具表面进行相应的加工并且使其快速地冷却，让模具表面的材料厚度控制在2-10毫米范围之内，从 而明显地提升模具材料的抗摩擦性能，并且能够在工艺装 备完成之后，依旧保持模具装配精度，且有效地简化模具 配件的生产工序。只有通过这种方法，才能够让模具原本的补焊修复拥有更为可靠的保证，提升模具材料的实际质量，让模具的生产工艺得以提升、生产效率显著提高。

3、化学表面处理法

化学表面处理法和物理表面处理法的原理有着很大 的不同。它指的是将汽车冲压模具放置到具备一定温度的 活性介质中，让介质中的一种或者多种元素逐渐地渗透进 模具材料的表面。这种处理方法不止是让多种材料进行彼 此之间的融合，更重要的是，通过化学法来改变冲压模具 表面材料的化学成分和化学性质，从而让冲压模具表面材 料能够在表面处理技术的控制之下，达到一定的技术标 准。模具表面渗透入的元素不同，其表面的抗摩擦能力和 抗腐蚀能力的变化也会有很大的差别。通过模具渗碳，能 够有效地提高模具整体的韧性，让模具的表面强度具有明 显的提升，其耐磨性也更好。运用这种表面处理技术，就可 以不再依赖于比较高级昂贵的材料，通过多种低级材料的 相互渗透融合，运用渗碳淬火的处理方法，达到与高级材 料处理之后类似的效果。这种表面处理技术，不止能够保 证模具材料的质量能够达到工艺要求，同时也可以帮助模 具生产企业有效地降低生产成本。除了渗碳处理之外，渗 氮处理也是较为常见的化学表面能处理法。这种表面处理 技术其实是同时向模具零件的表面渗入碳和氮气，渗透的 过程中，液体和气体会同时进入模具表面。这种化学处理 技术主要是通过将氮气渗透到不同模具工件的表面，使其 具备更为优良的特定，结合模具淬火工艺，达到更好的产 品质量效果。渗氮工艺对于温度的要求并不高，并且进行 处理的过程中，模具也不会发生明显的变形，这就很大程 度上保持了模具的质量。

4、表面覆层处理法

第一，离子注入法。运用离子注入的方式，可以将金属 元素以蒸汽或者气体的形式进入电离室，并且把金属元素 电离成为正离子，之后再通过高压电场实现加速，并且以 极高的运动速度把正离子嵌入模具表面。离子注入的方式 能够快速地形成非晶态或者饱和固溶体等结构，让模具表 面的性质被改变，从而在力学性能等方面显现出更为良好 的状态，提升模具的抗摩擦能力与抗疲劳能力。第二，热喷 涂法。热喷涂技术主要是采用热喷涂的方式，将金属陶瓷 涂层喷涂在模具的表面，使模具具有更好的抗冲击能力、能够抵抗更高的温度变化，并且抗疲劳能力也在很大的程 度上增强。使得模具表面具有更好的性能，满足模具生产 的质量要求。第三，电镀表面处理法。电镀表面处理法对于 模具的形变影响比较小，模具在经过这种方法处理之后，并不会发生明显的形变，并且这种表面处理技术也不需要 较高的温度，模具的性能也不会受到影响。并且模具在经 过电镀表面处理之后，由于镀层本身的摩擦系数比较低，因此，模具的耐磨性能会大幅度地提高。但是镀层一般抗 腐蚀能力比较差，如果对于模具的耐腐蚀性要求比较高，这种表面处理技术并不适用。

5、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。

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。
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