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模具表面处理新技巧在业界的广泛关注和推广利用

针对目前我国的模具表面处理技巧的利用现状，我刊经过用户抽样问卷调查发明，目前，模具制作企业重要利用的表面处理技巧还是以传统的表面淬火、渗碳/氮技巧、电镀与化学镀技巧为主，而这些技巧都不同程度地存在表面硬度散布不均、热处理变形等难以解决等多方面的标题。对于今后的技改方向，大家的共同关注点在于新技巧的利用，如表面涂层技巧、TD覆层处理技巧、激光表面强化技巧和电子束强化技巧等。以下我们就特别邀请了几位业界的技巧专家，分辨对用户的这些关注点做深进探讨，盼看有益于宽大模具企业的技巧升级。
CVD技巧
CVD（化学气相沉积）和PVD（物理气相沉积）技巧均被广泛利用于模具表面处理，其中CVD涂层技巧具有更出色的抗高温氧化性能和强盛的涂层结协力，在高速钢切边模、挤压模上利用后果良好。
CVD技巧是一种热化学反应过程，是在特定的温度下，对经过特别处理的基体零件（包含硬质合金和工具钢）所进行的气态化学反应，即利用含有膜层中各元素的挥发性化合物或单质蒸汽，在热基体表面发赌气相化学反应，反应产物沉积形成涂层的一种表面处理技巧，可实用于各种金属成形模具和挤压模具。一般情况下，经过处理的零件具有很好的耐磨性能、抗高温氧化性能和耐腐化性能。该技巧也被广泛利用于各种硬质合金刀片和冲头。但是，由于CVD是一个高温过程，对于大多数的钢质零件，在CVD涂层后要进行再次热处理。
1.　技巧特点
一般的CVD加工处理温度为：Bernex高温涂层，900～1050℃；Bernex MT CVD中温涂层，720～900℃。涂层厚度范畴是5～12mm，但在有些情况下，涂层厚度可达20mm，工艺时间范畴为 8～24h。
CVD技巧具有以下特点：
（1）涂层材料具有更高的韧性，硬度可高达HV2500～3800，抗氧化温度可达900℃以上。
（2）可同时进行技巧处理的工件数目大，可大幅提高模具制作效率。
（3）在高温处理反应器内无需旋转零件。
（4）无论是具有复杂几何外形或者有内孔的零件，都可以实现高度均匀的涂层厚度。
（5）具有很好的耐高温氧化性能。
2.　典范的涂层利用
在铝合金的冷锻、成形、挤压模具上的HSM涂层、硬质合金模具的TiN/TiC涂层等表面处理方面，CVD涂层技巧的性能远远高于PVD涂层技巧。其原因在于CVD涂层温度高，涂层结协力强，涂层可以在5～20mm厚度上进行选择，同时具有很好的抗高温氧化性能，因此在高速钢切边模、挤压模上利用后果良好。
3.经济性分析
CVD涂层技巧在模具的表面改性方面，具有十分可观的经济性能：
（1）可以提高模具的应用寿命，提高模具的耐磨性能，下降产品的模具本钱、
（2）可以明显提高该模具成形产品零件的表面质量，明显提高生产效率，减低产品报废率，提高工艺稳固性。
（3）减少模具的保护时间和保护本钱，减少设备停机时间，提高产能。
爱恩邦德可为客户供给更佳涂层解决计划，涂层大多数是多层沉积，如TiC/TiN、TiCN/Al2O3、TiCN/Al2O3/TiN复合涂层，可使产品应用寿命晋升2～20倍以上。
目前，爱恩邦德的CVD涂层技巧已经被广泛利用到汽车、航空紧固件生产用的各种模具中，如高速钢切边模、冲头、成形模、铝合金冷锻模、挤压成形模、厚板以及高强度板成形模具。
经Lonbond CVD涂层处理的汽车紧固件模具表面性能大幅提高
TD覆层处理技巧
TD覆层处理是一种表面超硬化处理技巧，是热扩散法碳化物覆层处理（Thermal Diffision Carbide Coating Process）的简称，英文简称“TD Coating”。
1.　技巧原理及特点
TD覆层处理技巧其原理是将预制好的工件放进硼砂熔盐混杂物中，在850～1050℃的温度下通过扩散作用于工件表面形成金属碳化物覆层，该碳化物覆层可以是钒、铌、铬的碳化物，也可以是其复合碳化物，目前利用更广泛的是碳化钒覆层，重要特点是：
（1）TD覆层具有很高的表面硬度，可达HV2800～3200，远高于氮化和镀硬铬等表面处理方法，因而具有更高的表面耐磨、抗拉伤和耐腐化等性能。
（2）由于表面覆层是通过金属原子的扩散作用形成的，因此覆层与基体具有冶金联合，结协力较镀硬铬、PVD或PCVD的镀层高得多，这一点对于成形类模具的利用更其重要。
（3）TD覆层厚度可达4～20mm，覆层致密光滑。
（4）具有更高的耐腐化性能。
（5）可以实现重复处理。
2. TD覆层处理应用范畴及实用材料
TD覆层处理可广泛利用于解决或改良以下这些标题：
（1）由粘着磨损所引起的模具与工件或工件与工件之间的拉伤、粘附标题，如各类钢板或有色金属的拉延、曲折、翻边、滚压成形和压铸成形等模具或其他相互接触并有相对运动的工件表面，采用TD覆层处理是目前解决此类标题更好的方法之一，并可以提高其应用寿命数倍至数十倍。
（2）由磨粒磨损、粘着磨损、摩擦氧化或其共同作用而引起的工件尺寸超差等标题，如冲裁、冷镦、粉末冶金等模具或其他零配件，通过TD覆层处理后，可提高应用寿命数倍至数十倍。
对于该技巧的实用材料，只要材料含有必定量的碳元素，如含碳量大于0.3%的各类钢铁材料、硬质合金等，都可以在工件表面形成VC覆层。但根据应用条件的不同，要获得良好的应用后果和经济性，材料的选择颇有讲究，建议与专业的技巧供应商共同开展。
3. 利用实例
（1）汽车冲压件成形模具
在高强度钢板和厚料板的冲压成形过程中，未经过表面处理的工件表面拉伤严重，有些甚至无法正常生产。经TD覆层处理后，一方面基本上解决了工件表面的拉伤标题，无须经常停机修磨模具，提高了生产效率，改良了产品的外观。另一方面，模具寿命一般可以达数十万件，并能确保冲压件尺寸的一致性，有效晋升产品品德。
（2）粉末冶金模具
被加工材料为磁铁粉，本来模具材料Cr12，寿命2～4万次，后改用Cr12MoV或SKD11，并进行TD覆层处理，寿命达到20～40万次，寿命提高10倍以上。
TD覆层技巧更早在20世纪70年代由日本丰田中心研究所研制成功并申请专利，经过多年的完善和发展，已广泛利用于各类模具和零部件产品上。20世纪90年代初，长沙特耐金属材料科技有限公司开端该项技巧的研究工作，经过多年的研究和利用摸索，技巧系统成熟，并成功利用于多种模具和零部件上。多年来，我公司已为丰田、本田、大众、现代和江铃等汽车配套企业，以及其他家电、五金、制管等行业的数百家零部件生产企业供给模具和零部件表面处理服务，应用户取得了优良的应用后果。 TD覆层组织的结构
激光表面强化技巧
激光表面强化技巧目前重要的利用方法有两种：一是模具表面激光淬火硬化，二是模具表面局部损伤部位的激光熔焊修复。该技巧非常实用于尽大部分汽车拉延模具，既实用于新制模具，又实用于在役模具。模具材料包含各类灰铸铁、铬钼合金铸铁及空冷钢，对于重复补焊过或火焰淬火模具亦有明显强化后果。
1.　技巧亮点
（1）激光淬火层硬度达HV800～1100，具有更好的耐磨性和抗拉伤才能，一次修模后寿命较火焰淬火提高5～50倍。
（2）激光淬火层硬度、层深均匀，与基体有很强的结协力。
（3）激光淬火处理后变形量更小，无须作任何校订和加工处理。
（4）激光熔焊技巧可对模具表面局部拉伤等损伤部位进行修复，修复后果明显优于其他焊接方法。
（5）具有很高的处理速度，通常可达0.5m2/h。
（6）只需对模具磨损部位进行针对性处理，而无须全部处理模具表面。
（7）明显提高拉延件表面质量。
2.　实际利用
我公司目前已批量对国内十多家汽车企业进行了汽车拉延模激光强化处理服务，均取得了十分明显的后果。例如，在对北汽福田欧曼重卡保险杠拉延模进行激光表面处理后，其筋条表面硬度可达HRC55～58，表面寿命也从本来火焰淬火时的20～30件晋升至2000件以上。另外，宝马新五系侧围外板、门内板及压边圈、后门更等模具应用更初表面硬度较低，经激光处理后硬度由HRC20左右提高到HRC55以上。华晨宝马也已正常应用一年以上，拉延件表面质量良好。
3. 经济性分析、利用价值及市场前景
汽车拉延模激光表面强化的经济性及利用价值重要体现在以下方面：
（1）明显提高修模一次后拉延件的数目，减少修模时间，提高拉伸效率和产量。
（2）明显提高模具寿命，下降模具耗费。
（3）明显提高拉延件表面质量。
（4）明显下降修模工人劳动强度及修模用度。
我公司目前已批量对奔跑、一汽轿车、华晨宝马、华晨金杯、北汽福田和上汽通用五菱等十多家汽车企业进行了汽车拉延模激光强化处理服务，均取得了十分明显的后果。例如，在对北汽福田欧曼重卡保险杠拉延模进行激光表面处理后，其筋条表面硬度可达HRC55～58，表面寿命也从本来火焰淬火时的20～30件晋升至2000件以上。另外，宝马新五系侧围外板、门内板及压边圈、后门更等模具经激光处理后硬度由HRC20左右提高到HRC55以上。华晨宝马也已正常应用一年以上，拉延件表面质量良好。 脉冲高能电子束技巧
近十几年来，脉冲高能束技巧发展敏捷，并在表面工程范畴显示出特有上风，得到人们的广泛器重和研究。
1.　技巧原理及特点
利用脉冲高能束可以实现多种表面处理工艺，究其本质，就是通过瞬时高能量密度作用在材料表层产生一种阔别平衡态的更端处理条件，使能量影响区内的材料产生质量散布、化学及力学状态变更，终更获得惯例方法难以达到的表面结构和应用性能。目前，脉冲高能束流重要包含激光束、离子束、电子束和等离子体束几种。其中，应用电子束进行表面处理具有以下上风：以加速电子为能量载体，与材料表面相互作用时能量转化效率比激光处理高出70%～80%，并且无元素注进标题，真空中进行处理可避免氧化和污染标题等。
2.　研究及成果
根据大连理工大学三束材料改性国家重点实验室的研究，通过对强流脉冲电子束能量参数及具体处理工艺的调剂，可以实现模具材料表面薄层内的能量沉积地位、沉积强度及作用时间的配合，从而把持微观不平整材料和显微裂纹的往除过程，终更得到光滑均匀的处理表面，并可同时改良表面耐蚀、耐磨等应用性能。
从D2模具钢表面处理的部分实验成果图示中可以看出，经电子束抛光处理后的模具表面光滑平整，表面粗糙度值下降到Ra0.2mm以下，在模具处理表面上形成一层组织细腻，耐磨和耐蚀性能均有明显提高的保护层。全部改性层的深度在几十微米左右，并且强流脉冲电子束表面抛光强化处理没有影响基体组织。
在载荷100N、位移150mm和循环次数5000次的条件下经微动磨损实验测试，D2模具钢处理面的摩擦系数下降：低摩擦系数稳固周期由原始的70周增加到700周；磨损量明显下降，磨损体积由原始的10.5×105mm3下降到6×105mm3左右。处理过程中还可以利用合金化的方法参加适量耐磨成分，如Cr和TiN等粉末，进一步改良表面性能。
3.　技巧上风
（1）应用加速电子作为能量输进载体，不需要其他帮助材料的添加，处理过程在真空环境下完成，所以不会对处理表面产生污染。
（2）高能量密度与表面薄层集中加热模式可胜任高熔点、强韧材料的表面抛光。
（3）微秒脉冲式工作方法可以减少基体受热，提高能量利用效率，同时避免材料加工变形。
（4）非接触工作方法和把持机动的电子束源合适机械化、大面积的表面处理。
（5）处理层形成具有高强和耐蚀的显微组织，提高材料的表面性能。
4.利用前景
利用脉冲高能束技巧的这种抛光强化复合处理方法符合主动化、、节能和环保等现代高技巧研究的发展请求。发展这种具有自主知识产权的模具电抛光强化技巧，可以提高我国的模具加工和应用程度，以迎接高新材料范畴发展的需求和挑衅。 耐磨焊条
大连理工大学三束材料改性国家重点实验室郝胜智先生
大连理工大学三束材料改性国家重点实验室于1996年率先引进俄产强流脉冲电子束设备Nadezhda-2型，开端在强流脉冲电子束表面改性工艺及机理研究、复合工艺摸索、新型装置研制以及合作研究实用技巧等方面开展研究工作。通过消化接收和自主创新，目前已开发出国内首台强流脉冲电子束处理系统，重要参数包含：脉冲电子束能量可调节范畴1～10J/cm2；束斑稳固传输间隔20～40cm；具有脉宽稳固的阳更等离子体源；三维电控真空工作台加工范畴30cm×30cm×20CM。