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淺析昆山拉伸類(lèi)模具的表面拉傷問(wèn)題及其防止措施
[2015-12-20]

淺析昆山拉伸類(lèi)模具的表面拉傷問(wèn)題及其防止措施
    一、昆山拉伸冷沖模材料選擇
  若被加工的選擇材料是鋼鐵材料,無(wú)論采用何種模具鋼或鑄鐵,在沒(méi)有任何采用合適的表面處理情況下,一般都很難解決工件的拉傷問(wèn)題。
  從模具凸、凹模材料入手解決工件的拉傷問(wèn)題,可以采用硬質(zhì)合金,一般情況下,由這種材料制作的凸、凹??估瓊阅芎芨?,存在的問(wèn)題是材料成本高,不易加工,對于較大型的模具,由于燒制大型硬質(zhì)合金塊較困難,即使燒制成功,加工過(guò)程也有可能出現開(kāi)裂,成材率低,有些幾乎難以成形。此外硬脂合金性脆,搬運、安裝使用過(guò)程中都要極其小心,稍有不慎就有可能出現崩塊或開(kāi)裂而報廢。另外由于硬質(zhì)合金的組織結構是由硬質(zhì)的碳化鎢顆粒和軟的粘結相鉆所組成,硬質(zhì)碳化鎢顆粒的耐磨抗咬合性能很高,而鈷相由于硬度很低,耐磨性較差,使用過(guò)程中鈷相會(huì )優(yōu)先磨損,使凸、凹模表面形成凹凸不平,如此生產(chǎn)出來(lái)的工件表面也會(huì )出現拉痕,此時(shí)需對模具凸、凹模表面進(jìn)行研磨拋光后方可進(jìn)行再生產(chǎn)。對于奧氏體不銹鋼工件,由于其面心立方結構也容易與鈷相形成咬合而使工件的表面出現拉傷。
  采用合適的銅基合金也可解決工件的拉傷問(wèn)題,但銅基合金一般硬度較低,易出現磨損超差,在大批量生產(chǎn)的情況下,這種材料的性?xún)r(jià)比較低。
  對于較大型的模具,如汽車(chē)覆蓋件的成形模具,大量采用了合金鑄鐵,鑄鐵只能減輕工件的拉傷,無(wú)法消除拉傷問(wèn)題,要徹底解決拉傷問(wèn)題需輔以滲氮,鍍硬鉻等表面處理。但如此制作的模具往往壽命較短,在使用一段時(shí)間后,如出現拉傷,又需修模并重新進(jìn)行表面處理。
  在模具材料方面,也有采用陶瓷制作模具凸、凹模并成功解決工件拉傷問(wèn)題的報道。由于其性脆,成本高,不可能大批量推廣應用。
  對于生產(chǎn)批量很小而形狀簡(jiǎn)單的大型拉伸類(lèi)模具,也有采用橡膠等高分子類(lèi)材料制作模具凸、凹模的報道,此類(lèi)模具不會(huì )拉傷工件表面,但實(shí)際應用很少。
  二、解決昆山拉伸模拉傷問(wèn)題的一些方法
  解決模具及工件成形過(guò)程中的拉傷問(wèn)題應依照減小粘著(zhù)磨損的基本原則,通過(guò)改變接觸副的性質(zhì)作為出發(fā)點(diǎn)。以下就構成此對接觸副的3方,即被成形工件的原材料方面、工件與模具之間、模具方面分別予以分析。
  1.被成形工件的原材料方面
  通過(guò)對原材料進(jìn)行表面處理,如對原材料進(jìn)行磷化、噴塑或其他表面處理,使被成形材料表面形成一層非金屬模層,可以大大減輕或消除工件的拉傷,這種方法往往成本較高,并需要添加另外的生產(chǎn)設備和增加生產(chǎn)工序,盡管這種方法有時(shí)有些效果,實(shí)際生產(chǎn)中應用卻很少。
  2.工件與模具之間
  在模具與成形材料之間加一層PVC之類(lèi)的薄膜,有時(shí)也可以解決工件的拉傷問(wèn)題。對于生產(chǎn)線(xiàn)通過(guò)機構可以達到連續供給薄膜,而對于周期生產(chǎn)的沖壓設備,每生產(chǎn)一件工件需加一張薄膜,影響生產(chǎn)效率,此方法一般成本也很高,還會(huì )生產(chǎn)大量廢料,對于小批量的大型工件的生產(chǎn)采用此種方法是可取的。
  在一些成形負荷很小的場(chǎng)合,有時(shí)通過(guò)添加潤滑油或加EP添加劑的潤滑油就可以解決工件的拉傷問(wèn)題。
  3.模具方面
  通過(guò)改變模具凸、凹墨材料或對模具凸、凹模進(jìn)行表面處理,使被成材料與凸、凹模這樣接觸副性質(zhì)發(fā)生改變。實(shí)踐證明,這是解決拉傷問(wèn)題經(jīng)濟而有效的方法,也是目前廣泛采用的方法。
  三、昆山拉伸類(lèi)冷沖模表面處理
  通過(guò)對模具進(jìn)行表面處理特別是對模具凸、凹模表面超硬化處理是解決工件表面拉傷問(wèn)題經(jīng)濟有效的辦法。表面處理方法有多種,比較常用的有:鍍層方面有鍍硬鉻、化學(xué)鍍鎳磷、刷鍍特種合金等;化學(xué)熱處理方面有各類(lèi)滲氮、滲硼、滲硫等。表面超硬化處理方面有化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、物理化學(xué)氣相沉積(PVD)、TD覆層處理。
  電鍍、化學(xué)鍍、刷鍍是通過(guò)電化學(xué)或化學(xué)反應的方法,在工件表面形成合金鍍層,工藝不同,合金鍍層性能各異。就耐磨抗咬合用途,目前應用較多的是鍍硬鉻、化學(xué)鍍鎳磷、刷鍍鎳鎢合金等。對于成形負荷較輕或大型模具采用這些方法有時(shí)可以取得一定的效果。這類(lèi)表面處理存在的問(wèn)題是一方面由于表面硬化層的硬度相對較低,容易出現磨損,而鍍層一旦磨損,拉傷又會(huì )出現。另一方面,鍍層與基體材料機械結合,在負荷較大的場(chǎng)合,有時(shí)使用幾次鍍層酒會(huì )剝落,而鍍層一旦剝落,其功效也就失去。
 化學(xué)熱處理是將工件放入含某種或某幾種化學(xué)元素的介質(zhì)中加熱保溫,通過(guò)工件與介質(zhì)的物理化學(xué)作用,將這種或這幾種元素滲入工件表面,然后以適當的方式冷卻,從而改變了工件表面的成分和組織結構,并賦予工件不同的物理、化學(xué)和機械性能?;瘜W(xué)熱處理的種類(lèi)很多,根據所滲元素不同分類(lèi)為:各種滲碳、各種滲氮、各種滲碳或滲氮共滲,滲硼、滲硫、滲鋁、滲鋅、滲其他各種金屬等。以耐磨、減摩、抗拉傷為目的的化學(xué)熱處理目前常用的是:滲碳、滲氮、滲硼、滲硫幾種。
  采用合適的模具材料輔以滲氮、滲硼等化學(xué)熱處理往往具有較常規鋼制模具高得多的抗拉傷性能。在缺乏其他表面處理工藝方法的情況下,這不適為一種較好的選擇,也是較常用的方法。就滲氮處理而言,滲氮的化合物層具有很高的抗拉傷性能,但由于其硬化效果有限,且化合物層較薄,其耐磨性有限,而化合物層一旦磨損,拉傷又會(huì )出現,所以在大批量生產(chǎn)過(guò)程中滲氮處理往往還無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。就滲硼工藝而言,其硬化層硬度可達1800HV,耐磨性較高,但依據經(jīng)驗,,滲硼質(zhì)量的穩定性和滲硼工件變形較大,以及滲硼層抗拉傷性能較差是制約該技術(shù)在成形類(lèi)模具上應用的幾個(gè)重要因素。滲硫技術(shù)具有較高的減摩性能,在一些場(chǎng)合也取得了較好的效果,但對于負荷較大的成形類(lèi)模具,效果有限。
 表面超硬化處理是指化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、物理化學(xué)氣相沉積、TD覆層處理。這幾種表面處理的共同特點(diǎn)是都可以在工件表面形成2000HV以上的硬化層,并具有極高的耐磨抗咬合等性能。實(shí)踐證明,化學(xué)氣相沉積、TD覆層處理技術(shù)是目前解決工件拉傷效果最好的方法,而經(jīng)物理氣相沉積和物理化學(xué)氣相沉積的工件,雖然其表面硬度也可達到2000~3000HV,甚至更高,表面硬化層也具有極高的耐磨、抗拉傷性能,但由于其膜基合力較CVD和TD覆層處理差距較大,往往在使用過(guò)程中過(guò)早脫落,發(fā)揮不出表面超硬化層的性能特點(diǎn),因此這兩種方法除在負荷較小的情況下有可能具有效果外,一般的成形類(lèi)模具很難有滿(mǎn)意的效果。
  化學(xué)氣相沉積的碳化鈦或碳氮化鈦之類(lèi)的材料,具有極高的硬度,加上其膜基結合力很高,,具有比一般模具材料或經(jīng)其他表面處理后高得多的耐磨、抗拉傷性能,能夠數倍至幾十倍地提高模具的使用壽命。其缺點(diǎn)是處理溫度高,工件變形大,工作處理完以后,需另外重新加熱淬火,而表面沉積層在空氣中于400-500°C以上的溫度下加熱會(huì )氧化,因此后續工序要求嚴格,稍有不慎,表面硬化層就會(huì )遭到破壞,嚴重制約了其在鋼模上的應用,而主要應用于硬質(zhì)合金等無(wú)相變的材料,此外,CVD處理過(guò)程中的排放物對環(huán)境污染較大。
  TD覆層處理國內又名熔鹽滲金屬、滲釩等,其原理是通過(guò)熱擴散作用于工件表面形成一層數微米至數十微米的碳化釩覆層。TD覆層處理的主要特點(diǎn)是:(1)覆層硬度高,硬度可達3000HV左右,具有極高的耐磨、抗拉傷、耐蝕等性能;(2)由于是通過(guò)擴散形勢的,所以覆層與基體具有冶金結合,這一點(diǎn)對在成形類(lèi)模具上的應用極其重要;(3)TD覆層處理后可以直接進(jìn)行淬火,這一點(diǎn)特別適合于各類(lèi)模具鋼材;(4)TD覆層處理可以重復進(jìn)行。大量的實(shí)踐證明,在成形類(lèi)模具上采用該技術(shù)具有其他表面處理無(wú)法比擬的使用效果,在一些場(chǎng)合具有比硬質(zhì)合金更好的效果。由于TD覆層處理技術(shù)的設備相對而言比較簡(jiǎn)單,成本較低,無(wú)公害,目前該技術(shù)在日本、美國等都已得到廣泛的應用。國內70年代即已開(kāi)始研究該技術(shù),到目前已有數十家單位對該技術(shù)進(jìn)行過(guò)研究。通過(guò)十余年的科研和實(shí)踐,已使該技術(shù)達到長(cháng)期穩定生產(chǎn)的要求,并已成功應用到汽車(chē)、家電、五金、制管、冶金等行業(yè)的拉伸、彎曲、翻邊、冷鐓、粉末冶金等類(lèi)模具上,取得了極優(yōu)的使用效果。
  綜上所述,解決工件及模具凸、凹模表面拉傷問(wèn)題的方法很多,對于具體的個(gè)案,應根據工件和載荷大小、生產(chǎn)批量、被加工材料的種類(lèi)等情況選擇應用的方法。在所有解決拉傷問(wèn)題的方法中,以采用硬質(zhì)合金為模具材料和對模具凸、凹模表面進(jìn)行化學(xué)氣相沉積、TD覆層處理為最好。其中又以TD覆層處理性?xún)r(jià)比最高。

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