【編者按】伴隨著中國汽車模具行業(yè)的高速發(fā)展逛镶，金屬表面處理技術(shù)尤其是PVD涂層技術(shù)在汽車覆蓋件模具行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。針對汽車外板件，內(nèi)板件肿功，結(jié)構(gòu)件以及熱沖壓成型等模具的不同應(yīng)用需求，歐瑞康巴爾查斯作為全球PVD涂層技術(shù)和市場的領(lǐng)導(dǎo)者狱鼎，開發(fā)了一系列最新PVD涂層技術(shù)以適應(yīng)汽車覆蓋件模具市場的需要卸矾。

　　伴隨著中國汽車模具行業(yè)的高速發(fā)展，金屬表面處理技術(shù)尤其是PVD涂層技術(shù)在汽車覆蓋件模具行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用篷浅。針對汽車外板件填庄，內(nèi)板件婿孟，結(jié)構(gòu)件以及熱沖壓成型等模具的不同應(yīng)用需求，歐瑞康巴爾查斯作為全球PVD涂層技術(shù)和市場的領(lǐng)導(dǎo)者题琅，開發(fā)了一系列最新PVD涂層技術(shù)以適應(yīng)汽車覆蓋件模具市場的需要孟盅。

　　隨著汽車車身輕量化的發(fā)展趨勢，汽車覆蓋件尤其是內(nèi)板件及結(jié)構(gòu)件越來越多地采用高強(qiáng)度鋼板如高強(qiáng)度IF鋼歉活，各向同性鋼(IS)悠怕， 烘烤硬化鋼(BH)，低合金高強(qiáng)度鋼(HSLA)等莉歼，更高強(qiáng)度的先進(jìn)/超高強(qiáng)度鋼板如雙相鋼(DP)隶谒，復(fù)相鋼(CP)，相變誘導(dǎo)塑性鋼(TRIP)哗蜈，馬氏體鋼及熱沖壓硬化鋼等前标。無論是拉延還是翻邊工藝，由于板材抗拉強(qiáng)度的顯著提高和延伸率的顯著下降距潘，對于模具本身的抗壓強(qiáng)度炼列，耐磨性，抗咬合性及抗粘連性等性能都提出了更高的要求音比，未經(jīng)任何表面處理的傳統(tǒng)模具已經(jīng)完全不能滿足這種需求俭尖。

外板件——整體鑄鐵類模具

　　目前汽車覆蓋件外板件因工件形狀一般都相對簡單且目前大多只采用普通鋼板，鋼材的抗拉強(qiáng)度不高且延展性較好洞翩，因而對模具的整體要求相對來說并不太高稽犁，模具大多采用整體結(jié)構(gòu)，模具材料一般采用球墨鑄鐵等鑄鐵類材料骚亿。因其整體模具尺寸較大已亥，通常都超過了PVD或TD設(shè)備所能處理的極限尺寸，其表面處理目前大多采用鍍硬鉻工藝或氮化工藝来屠。

　　鍍硬鉻工藝的鍍層厚度通常在20～30μm虑椎，維氏微硬度一般介于HV900-1100之間。其缺點(diǎn)是因鍍層是堆積在基體材料之上囚请，易受使用環(huán)境的影響如負(fù)載壓力過大疚傲，硬質(zhì)粒子的磨損，材料碎片的擠壓以及凸凹模不同心等因素而導(dǎo)致鍍層脫落失效缚扩，所以一套覆蓋件模具在其整個(gè)使用壽命過程中通常都需要重復(fù)完成幾次鍍硬鉻工藝痕豺。另外，鍍硬鉻工藝也無法滿足一旦有模具設(shè)變時(shí)的燒焊或調(diào)模的需要闪妓。

　　歐瑞康巴爾查斯開發(fā)的PPDTM (Pules Plasma Diffusion)脈沖等離子擴(kuò)散工藝可以有效解決上述鍍硬鉻工藝的問題努辛，在基體表面形成一層厚度為10～30μm，硬度達(dá)HV1100-1200的氮化化合物層(γ相和ε相的氮化鐵)甚庇，并且向基體內(nèi)部擴(kuò)散形成深度可達(dá)0.3～0.5mm腿扑，硬度由表及里為HV800-300的均勻氮化擴(kuò)散層眶约。由于PPDTM是由表及里向基材內(nèi)部形成的擴(kuò)散層，在任何使用環(huán)境下都不會發(fā)生脫落穷歹，同時(shí)其硬度是由表面的HV1200向內(nèi)部逐步均勻遞減直至核心的基材硬度且深度可深達(dá)0.5mm，對表面硬化層形成有效支撐暂畴，所以即使在模具承受較大載荷時(shí)也不會因基材塑性變形而導(dǎo)致表面的鍍層脫落失效段直。

　　除此之外，PPDTM的優(yōu)勢還在于其模具表面無論是在PPDTM處理之前或之后都可以燒焊溶诞，也可以用油石對表面進(jìn)行處理鸯檬，從而方便滿足設(shè)計(jì)變更及調(diào)模的需要。同時(shí)螺垢，PPDTM可處理的模具材料范圍非常廣喧务，從各類鑄鐵到各類工具鋼都可以進(jìn)行PPDTM處理。

　　PPDTM還有一點(diǎn)無可比擬的優(yōu)勢在于枉圃，由于PPDTM設(shè)備尺寸十分龐大功茴，可以處理的最大單件模具尺寸可達(dá)2.7m×10m，最大單件模具重達(dá)25噸孽亲，滿爐模具重量達(dá)40噸坎穿。

內(nèi)板件/結(jié)構(gòu)件——冷沖壓成型模具

　　內(nèi)板件因工件形狀一般都比較復(fù)雜且越來越多地使用高強(qiáng)度鋼板，結(jié)構(gòu)件則因強(qiáng)度和剛性的要求使用高強(qiáng)度鋼板的比例更高返劲，因此這兩類覆蓋件對模具的整體性能要求更高玲昧，其模具通常都采用鑲拼結(jié)構(gòu)，鑲塊大多使用D2類冷作工具鋼篮绿，鑲塊的表面處理國內(nèi)目前大多采用PVD涂層工藝或TD處理孵延。

　　從全球范圍來看，PVD在歐洲的應(yīng)用普及率最高羽剪，目前歐洲絕大部分的模具表面處理都采用PVD茸例，少部分采用CVD，基本沒有采用TD的儡矫；美國和韓國近幾年P(guān)VD的市場比重也顯著提高圈蔬，大有向歐洲看齊用PVD完全取代TD的趨勢；就連TD的發(fā)源地日本角殃，近幾年P(guān)VD的應(yīng)用也越來越普及杆谓。

　　TD處理因其1000度左右高溫的工藝溫度會使模具產(chǎn)生變形甚至于在某些尖角位等易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位出現(xiàn)應(yīng)力開裂從而導(dǎo)致模具報(bào)廢，而PVD涂層的工藝溫度只有450到500度险丧，所以只要模具鋼材經(jīng)過三次500度以上的高溫回火（以沖壓模具所常用的D2/SKD11/2379/Cr12Mo1V1等冷作工具鋼為例歼虽，其標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝是1030-1070度淬火，三次505-515度的高溫回火愧鹊，保溫時(shí)間三小時(shí)以上）而灸，在工藝溫度低于鋼材回火溫度的PVD涂層處理后模具是不會產(chǎn)生變形的拐尚。另外，出于設(shè)計(jì)變更以及改善鈑金件尺寸等方面的需要电湘，燒焊在汽車覆蓋件模具上是普遍存在的隔节，PVD涂層因其工藝溫度遠(yuǎn)低于TD，相對TD來說在工藝過程中發(fā)生燒焊區(qū)域應(yīng)力開裂從而導(dǎo)致模具失效的風(fēng)險(xiǎn)要低得多寂呛。再者怎诫，因?yàn)門D的工藝原理是需要從高碳鋼內(nèi)析出碳元素與浴鹽中的釩/鈮/鈦/鉻等金屬元素結(jié)合成碳化釩等碳化物，其可復(fù)涂性隨著鋼材中碳元素的減少是非常有限的贷痪，而PVD涂層從理論上來說可以無限次地復(fù)涂幻妓，而且即使在TD覆層失效后也可以褪掉TD覆層然后再在模具上復(fù)涂PVD涂層從而大大延長模具的使用壽命。

　　但普通的PVD涂層的一大缺點(diǎn)是劫拢，雖然其硬度可以達(dá)到HV3000以上肉津，但厚度通常只有3～5μm，相對于硬度最高也不過HV600-700的模具基材舱沧，其無異于覆蓋在柔軟的蛋白上的一層薄薄的蛋殼妹沙，一旦承受較大的沖擊載荷，就會因蛋白本身太軟狗唉，不足以負(fù)擔(dān)這么大的載荷而產(chǎn)生塑性變形從而導(dǎo)致蛋殼的破裂初烘，我們稱之為“蛋殼效應(yīng)”或“薄冰效應(yīng)”。

　　針對這一缺點(diǎn)音哟，歐瑞康巴爾查斯開發(fā)了一種最新的BALINIT DUPLEX LUMENA涂層技術(shù)貌授，首先對模具基材進(jìn)行LPN低壓氮化處理，在模具基材表面形成深度可達(dá)50～200μm犯渣，硬度由表及里從HV1200到HV700逐次遞減的均勻氮化擴(kuò)散層势嫁，從而大大提高了模具基體本身的承載能力；同時(shí)甥轿，通過優(yōu)化PVD涂層的技術(shù)參數(shù)水芍，將氮鋁化鈦基的PVD涂層的厚度提高到8～15μm，表面硬度可高達(dá)HV3400绿相，從而進(jìn)一步提高了整體的氮化+PVD涂層的抗沖擊強(qiáng)度存裁，抗壓強(qiáng)度以及耐磨性等綜合性能。

　　關(guān)于拉延模具中普遍存在的表面拉傷問題篷低，其主要原因一是因?yàn)殇摪迮c模具表面之間夾雜的一些硬質(zhì)顆粒雜質(zhì)所導(dǎo)致的摩擦型磨損郊纱，二是因?yàn)殇摪迮c模具這對金屬間摩擦副因表面凸凹不平產(chǎn)生機(jī)械咬合而導(dǎo)致的粘著型磨損。針對粘著型磨損其种，除了通過改變摩擦副其中一邊的材料屬性如采用磷化鋼板臼蔼，在鋼板上貼PVC塑料薄膜，在沖壓工藝過程中使用潤滑油或EP添加劑藤树，模具材料采用銅基合金等方法以及模具表面做PVD或TD處理外浴滴，最有效的途徑還是通過拋光以改善模具表面粗糙度從而降低金屬間摩擦副之間的摩擦系數(shù)拓萌。試驗(yàn)表明，鋼與鋼之間的摩擦系數(shù)在表面粗糙度Rz 1μm時(shí)達(dá)到最低升略，表面粗糙度太高則會增大機(jī)械咬合微王，太低則會因摩擦副之間產(chǎn)生真空吸附從而導(dǎo)致摩擦系數(shù)急劇增大。

　　但目前國內(nèi)的汽車覆蓋件模具企業(yè)普遍來說因?yàn)橐s工期或限于自身的拋光能力品嚣，其模具的最終表面粗糙度一般來說都在Ra0.4μm以上骂远。針對國內(nèi)模具市場這一普遍狀況，歐瑞康巴爾查斯配備了專業(yè)的模具拋光團(tuán)隊(duì)為客戶的模具提供PVD涂層前后的拋光服務(wù)腰根，使最終交貨時(shí)模具工作面的表面粗糙度達(dá)到Ra0.08～0.15μm。

結(jié)構(gòu)件——熱沖壓成型模具

　　為進(jìn)一步加強(qiáng)一些關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)件如A/B柱拓型，加強(qiáng)梁额嘿，防撞桿及保險(xiǎn)杠等的強(qiáng)度和剛性，目前歐美汽車企業(yè)已越來越多地采用熱沖壓成型工藝劣挫。這種工藝是采用可以熱處理強(qiáng)化的鋼板如含硼鋼板册养，先利用加熱設(shè)備將鋼板加熱到900度左右并保溫一段時(shí)間使內(nèi)部金相組織奧氏體化后再快速送入熱沖壓成型模具進(jìn)行拉延成型從而大大降低成型難度，成型后再利用工件余熱及模具的冷卻系統(tǒng)對成型后的工件進(jìn)行淬火處理使工件的內(nèi)部金相組織馬氏體化以達(dá)到強(qiáng)化效果险悲，經(jīng)過熱沖壓成型工藝處理后工件的抗拉強(qiáng)度可達(dá)1500MPa以上修梭。

　　熱沖壓鋼板可分為裸板和預(yù)涂層板兩種類型，裸板的成本相對較低专勇，但缺點(diǎn)是鋼板表面會因高溫產(chǎn)生氧化層纸级，所以成型后的零件必須先進(jìn)行拋丸處理去除氧化層后才能進(jìn)行涂裝；目前越來越被普遍采用的工藝是使用預(yù)涂了鋁硅涂層的鋼板如USIBOR 1500P鋼板客洁，利用熱沖壓成型使鋼板表面形成鐵鋁硅合金化層描刹，因表面沒有氧化層從而可以實(shí)現(xiàn)直接涂裝。

　　熱沖壓成型工藝對成型模具的性能提出了更高的要求垢类，一是模具必須具備較復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)以保證對鋼板進(jìn)行淬火時(shí)冷卻的均勻性婆崔；二是模具的工作溫度是在600～800℃，模具鋼材必須從冷作工具鋼改為熱作工具鋼革襟，模具在工作狀態(tài)下必須承受從600～800℃左右的高溫到室溫的熱循環(huán)十卖，容易因熱疲勞和機(jī)械疲勞的雙重作用在模具表面產(chǎn)生龜裂；同時(shí)鸭嗡，無論是裸板表面因高溫氧化形成的氧化皮還是預(yù)涂層板表面預(yù)涂的鋁硅涂層俘伤，都極易在高溫高負(fù)載作用下脫落并粘連在模具表面從而導(dǎo)致粘著型磨損。

　　歐瑞康巴爾查斯專門針對熱沖壓成型工藝開發(fā)的BALINIT ALCRONA mod涂層具有優(yōu)異的高溫耐磨性瑞侮，其表面硬度達(dá)HV3200的圆，厚度為8～10μm，最高工作溫度可達(dá)攝氏1100度半火，在本特勒越妈，海斯坦普等公司的熱沖壓成型模具上的應(yīng)用取得了很好的效果季俩，模具壽命普遍可延長一倍甚至于某些案例延長了兩倍，同時(shí)還可以顯著縮短機(jī)器停線清潔模具的時(shí)間梅掠，提升沖壓件的表面質(zhì)量酌住。

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