本文筆者總結(jié)近十年來(lái)對(duì)各類汽車模具的TD覆層處理實(shí)踐，就有關(guān)問(wèn)題的出現(xiàn)原因及其解決方法提出一些建議。
一、 TD覆層處理技術(shù)在汽車行業(yè)的主要應(yīng)用
TD覆層處理技術(shù)的主要特點(diǎn)是第一：覆層具有極高的硬度，如常用的碳化釩覆層硬度HV高達(dá)2800以上，具有極高的耐磨，抗粘接等性能;第二：覆層與母材結(jié)合力高，遠(yuǎn)優(yōu)于常見(jiàn)的鍍硬鉻和各類低溫氣相沉積,如物理或物理化學(xué)氣相沉積(PVD或PCVD);第三：處理時(shí)不受工件形狀限制并可以重復(fù)處理。實(shí)踐表明，TD覆層處理技術(shù)在拉伸(拉延，引伸)，彎曲，翻邊，冷鐓，沖裁，冷擠，板料滾壓成型，壓鑄，橡膠或塑料成型，粉末冶金等模具上已取得極其優(yōu)異的使用效果，或根本上解決模具表面拉傷問(wèn)題，或大幅度提高模具使用壽命。眾所周知汽車是由大量的各種零配件組裝而成,這些零部件又是用各類模具經(jīng)過(guò)沖壓,輥壓,壓鑄等方式成型的，這些模具經(jīng)過(guò)TD覆層處理一般都能取得較好的使用效果，所以可以預(yù)期TD覆層處理技術(shù)對(duì)于汽車制造業(yè)的作用將會(huì)越來(lái)越大。在進(jìn)行TD覆層處理的汽車類模具中以底盤類零件的鑲塊式結(jié)構(gòu)的組合模具數(shù)量最多，而TD覆層處理出現(xiàn)問(wèn)題最多的也是這類模具，以下分析此類模具TD覆層處理容易出現(xiàn)的問(wèn)題，并就一些解決方法提供一些建議。
二、 汽車鑲塊類組合模具TD覆層處理容易出現(xiàn)的問(wèn)題及其解決方法建議
1、 由于TD覆層處理變形引起的問(wèn)題及有關(guān)解決方法建議
TD覆層處理技術(shù)是一種高溫處理技術(shù)(溫度850℃-1050℃，一般920℃-1040℃)，一般鋼制模具在此溫度下處理后原有熱處理組織和性能已破壞。為使模具TD覆層處理后達(dá)到綜合使用性能，希望基體硬度比較高(一般要求HRC56以上)以支撐表面覆層，如此TD覆層處理后的模具都有一個(gè)淬火回火的熱處理過(guò)程，由于加熱和冷卻過(guò)程中不可避免有熱應(yīng)力、組織應(yīng)力，TD覆層處理前后材料組織結(jié)構(gòu)變化，以及材料內(nèi)部各向組織及成分差異，TD覆層處理后工件變形無(wú)法避免。
TD覆層處理后模具變形分以下兩種，第一種是模具鑲塊整體收縮或膨脹(體積變形)，第二種是模具鑲塊形狀變形(畸形變形)。前者變形的根本原因是TD覆層前后模具鋼材內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的類型及數(shù)量發(fā)生了變化，而每種相結(jié)構(gòu)的比容不同，導(dǎo)致鑲塊TD覆層處理前后體積膨脹或收縮。鑲塊收縮，鑲塊間的接縫加大，工件表面會(huì)留下壓痕，嚴(yán)重時(shí)模具報(bào)廢。鑲塊膨脹，為裝配鑲塊研配量加大。實(shí)際上此種變型量可以大幅調(diào)整，方法是通過(guò)對(duì)材料及原有熱處理?xiàng)l件的充分了解，采用一系列改變相結(jié)構(gòu)及數(shù)量的方法一般可以大幅減少此類變形量。專業(yè)的供應(yīng)商可以針對(duì)具體情況對(duì)此類變形進(jìn)行有效的調(diào)整。
模具鑲塊的形狀變形是在TD覆層處理的加熱和冷卻過(guò)程中，工件內(nèi)應(yīng)力及材料的各向異性所引起，此種變形不可逆，危害比較大，具體表現(xiàn)是鑲塊或扭曲，或彎曲，或鑲塊邊緣凸起，或鑲塊與模座的支撐平面變成凹凸不平或上述幾種變形的組合，以下分別分析。
1)鑲塊發(fā)生扭曲或彎曲，往往不容易矯正，雖經(jīng)過(guò)研配，鑲塊之間的接縫明顯，用這種模具生產(chǎn)的產(chǎn)品上有明顯壓痕，嚴(yán)重時(shí)不能正常生產(chǎn);
2)鑲塊邊緣凸起，此種情況容易發(fā)生，解決方法可以在鑲塊邊緣倒角，以克服鑲塊邊緣的凸起對(duì)沖壓件的切割，損害沖壓件的強(qiáng)度和外觀，但這樣處理必然會(huì)在沖壓件上留下壓痕;
3)TD覆層處理后的鑲塊與模座相配的支撐平面變成凹凸不平，此種情況實(shí)踐中也比較常見(jiàn)，其危害是如不對(duì)鑲塊進(jìn)行研配，工作時(shí)鑲塊與模座的配合面受力不均勻，容易使鑲塊受很大的拉應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)鑲塊被壓開(kāi)裂，所以一般對(duì)于模具鑲塊的配合平面需要打磨找平，由此帶來(lái)的問(wèn)題是，由許多鑲塊組合的模具因各鑲塊打磨量不同，會(huì)帶來(lái)鑲塊接縫處的高低差別，如此也會(huì)在沖壓件上留下壓痕。
根據(jù)上述分析也是實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，由于TD覆層處理變形問(wèn)題的客觀存在，對(duì)于大型外觀要求嚴(yán)格的鑲塊組合模具如覆蓋件模具不適合做TD覆層處理。
要減小模具TD覆層處理的變形，必須在模具選材，模具設(shè)計(jì)，模具熱處理等方面特別注意，以下是一些建議：
1) 模具選材方面，主要是要選擇熱處理變形量小的鋼材，具體來(lái)說(shuō)一般選擇高合金品質(zhì)優(yōu)良的鋼材。選用高合金鋼材是要確保材料的高的淬透性能和熱處理微變形性能，目前應(yīng)用較多的是高鉻冷作模具鋼，如Cr12MoV,Cr12Mo1V1，SKD11,D2,XW-42,DC53等，所謂品質(zhì)優(yōu)良，是冶煉鍛造質(zhì)量高，以減小材料內(nèi)部的成分偏析和由于偏析帶來(lái)的材料各向異性和淬火變形開(kāi)裂傾向。
2) 設(shè)計(jì)方面要避免細(xì)長(zhǎng)，薄板，L型，以及截面的急劇變化，以減小加熱冷卻過(guò)程中的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而減小畸形變形。
3) 熱處理方面，模具鑲塊的熱處理狀態(tài)決定了TD覆層處理前的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，要保證TD覆層處理后的組織狀態(tài)與處理前的狀態(tài)完全一直，一般比較困難。但TD覆層處理加工前通過(guò)對(duì)原始的模具鑲塊熱處理工藝的充分了解，并調(diào)整TD覆層處理后的熱處理工藝可以大幅度減小變形量，并減少隨后的調(diào)整模具尺寸所需要的時(shí)間。
2、 由于補(bǔ)焊帶來(lái)的問(wèn)題及解決方法建議
汽車零件形狀各異，加上高強(qiáng)度鋼板沖壓時(shí)易回彈，模具制造商在交付模具前的調(diào)模過(guò)程中，會(huì)對(duì)模具型面不斷調(diào)整，調(diào)整的方法主要是補(bǔ)焊或打磨。還有因模具加工過(guò)度或誤加工，為節(jié)省成本，有些廠家通過(guò)補(bǔ)焊將模具修復(fù)。所以大型汽車沖壓模具工作面經(jīng)常有補(bǔ)焊存在。不同的生產(chǎn)廠家及不同的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件補(bǔ)焊材料及補(bǔ)焊工藝各不相同。要是模具沒(méi)有后續(xù)的熱處理過(guò)程，補(bǔ)焊過(guò)的模具因能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，很容易通過(guò)模具發(fā)包方的驗(yàn)收。但補(bǔ)焊過(guò)的模具，由于補(bǔ)焊部位與原來(lái)的母材組織結(jié)構(gòu)不同，而各種組織的熱膨脹系數(shù)不同，所以補(bǔ)焊后容易出現(xiàn)裂紋，即使補(bǔ)焊時(shí)未出現(xiàn)裂紋，在隨后TD覆層處理的加熱和冷卻過(guò)程中會(huì)由于各部位的膨脹收縮量不同，容易在補(bǔ)焊部位形成很大的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力高于材料強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋。我們的經(jīng)驗(yàn)是除極少數(shù)模具制造商外，一般由模具制造商自行補(bǔ)焊的模具在隨后的TD覆層處理過(guò)程中十有八九會(huì)在補(bǔ)焊部位出現(xiàn)裂紋。更為嚴(yán)重的是，如模具材料的淬透性比較差，必須通過(guò)油冷之類的激烈冷卻方法才能發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的模具，如有補(bǔ)焊存在，TD覆層處理后很容易在補(bǔ)焊部位形成大的裂紋，嚴(yán)重時(shí)使模具直接報(bào)廢。
要解決模具補(bǔ)焊后TD覆層處理后的裂紋問(wèn)題，除對(duì)模具的原材料要求比較高以外，對(duì)于補(bǔ)焊材料及補(bǔ)焊工藝必須嚴(yán)格控制。一般對(duì)于壽命要求很高的模具不建議有補(bǔ)焊存在。
3、 由于摩擦系數(shù)變化帶來(lái)的問(wèn)題。
TD覆層處理后的模具表面由致密的金屬碳化物組成，這樣模具TD覆層處理前和處理后與被成型板料間的摩擦系數(shù)發(fā)生變化，一般而言摩擦系數(shù)會(huì)大幅降低;此外TD覆層處理前一般都要對(duì)模具表面進(jìn)行拋光處理，使模具表面粗糙度大為降低。以上兩因素都會(huì)使TD覆層處理后的模具與板料間的摩擦力大為減小，并使生產(chǎn)時(shí)板料的走料狀況發(fā)生大的變化，這種情況特別是形狀比較復(fù)雜的成型模具更容易出現(xiàn)問(wèn)題，模具設(shè)計(jì)調(diào)試時(shí)上述因素必須考慮，否則有可能會(huì)帶來(lái)模具無(wú)法正常生產(chǎn)的后果。解決方法是必須在TD覆層處理之前模擬TD覆層處理后的表面狀況，來(lái)預(yù)測(cè)TD覆層處理后模具的生產(chǎn)狀況，具體方法可以在模具表面增加潤(rùn)滑，以減小摩擦系數(shù)。

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