章刚
东风日产乘用车有限公司
摘要：随着经济和科技水平的快速发展，研究了电镀、表面超硬化和金属表面化学热处理等表面处理技术的原理及技术特点，阐明了汽车模具零件中使用PVD、TD技术以及渗氮的原因，说明了表面处理技术在汽车覆盖件模具中的应用。
关键词：汽车覆盖件；表面处理技术；电镀；超硬化处理；拉深模
引言
随着汽车行业的蓬勃发展，对汽车零部件要求越来越高，许多零件的生产都依赖于模具，这就要求模具应具有较高的制造水平。汽车覆盖件的生产是汽车制造过程中的重要环节，与一般冲压零件相比，汽车覆盖件具有曲面结构复杂、厚度雹表面质量要求高、结构尺寸大等特点。目前汽车覆盖件模具主要由钢材制造，模具零件失效模式主要集中在塑性变形、韧性断裂、疲劳断裂、脆性断裂、粘着磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、磨粒磨损等方式上，上述各种失效模式中，以断裂、磨损、腐蚀为主的失效模式最为常见。为了延长模具的使用寿命并提高其使用性能，对模具零件表面进行强化处理，表面强化处理技术是通过改变模具零件表面成分、组织及镀层提高其耐磨、耐热、硬度、疲劳强度等力学性能。
1电镀技术
1.1电镀技术的原理
电镀是将盐类镀液中的金属离子在电场电解作用下扩散到零件表面，并在零件表面被还原成金属原子，沉积结晶形成镀层的表面加工方法。电镀时模具零件浸在镀液中，以被镀模具零件为阴极，镀液金属为阳极。
1.2电镀技术的特点
汽车覆盖件拉深模零件采用电镀技术处理，不仅能延长模具的使用寿命，还能降低成形制件的拉毛、划伤等缺陷，其优点为：①降低模具零件表面粗糙度值、提高硬度、精度等，延长模具使用寿命；②降低成形制件因拉毛而造成的返工、返修概率，提高成形制件合格率；③镀层非常薄，约0.01-0.03mm，不影响模具零件的形状；④可重复电镀，且不影响模具的使用；⑤电镀工艺简单，沉积速度快，操作方便，镀层质量高、性能好，不受模具体积和形状限制。电镀技术的缺点为：①电镀成本投入大，增加成本投入会影响企业效益；②电镀层会脱落、磨损，造成成形制件的拉毛；③量产初期电镀处理，成本投入大，如因零件结构改变需破坏现有镀层。
1.3电镀技术的应用
由于电镀不受模具零件体积和形状的限制，但Cr12MoV、Cr12、SKD11、KD11S等材质因其电镀后开裂，不宜进行电镀处理。图1所示为某车型经电镀处理的后背门内板拉深模，电镀之前为模具零件抛光标准20件/次，电镀后抛光频次达到6000件/次，提高了模具与成形制件表面质量，延长了模具使用寿命，降低模具保养工作量。
2表面超硬化处理技术
2.1表面超硬化处理原理
在待处理零件表面形成超硬化覆层，大幅度提高其硬度、耐磨、耐蚀等性能，从而延长模具零件使用寿命，表面超硬化处理技术主要有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积(CVD)、等离子化学气相沉积(PCVD)以及TD处理技术，覆层主要成分由氮化物、碳化物、复合型化合物、硼化物等组成。TD技术是在一定温度下将待处理零件置于硼砂熔盐及其特种介质中，通过特种熔盐中的金属原子和零件中的碳、氮原子产生化学反应，扩散到零件表面形成一层几微米至二十微米左右，由钒、铌、铬、钛等金属组成的碳化层。
2.2表面超硬化处理技术的特点与选择
超硬化处理技术在解决冲模零件磨损失效方面有优势，技术特点。因CVD技术工艺较难实现，PCVD技术处理后模具零件变形较大，故表面超硬化处理技术中仅PVD、TD技术适用于汽车覆盖件模具零件的表面处理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过实践可知，PVD和TD技术在处理汽车覆盖件小型模具或模具镶件方面有一定的作用，可有效降低或消除成形制件的拉毛、划伤等缺陷，延长模具的使用寿命、提升整车安全性能以及提高零件生产效率。
2.3表面超硬化处理技术的应用
采用表面超硬化处理技术中的PVD和TD处理模具零件表面，经处理后表面摩擦因数明显降低，有效提升制件合格率，延长了模具使用寿命。
3属表面化学热处理技术
3.1金属表面化学热处理技术的原理
金属表面化学热处理是利用元素扩散性能，促使合金元素渗入金属表层的一种热处理工艺。一般该过程由分解、吸附和扩散3个基本过程组成，首先将待处理零件放置在含渗入元素的活性介质中，加热到一定温度使活性介质分解出活性原子，活性原子被吸附到零件表面，在一定温度下完成扩散过程，形成扩散层，改变零件表层的成分、组织以及性能。
3.2金属表面化学热处理技术的特点与选择
金属表面化学热处理技术的特点是依靠加热扩散作用形成表面强化层，故不具有结合力不足的问题，渗入不同元素可获得不同成分、组织和性能的表层。渗入元素可以是碳、氮、硫等非金属元素，也可以是铝、铬等金属元素，而不同元素对材料强度、硬度、抗疲劳性、耐磨性等方面的影响也不同。为保证汽车模具具有较长的使用寿命及较高的表面精度，对模具零件表面处理的要求也较高，渗氮与渗碳技术较适合在汽车覆盖件模具中应用，而渗氮技术相比渗碳技术有以下特点：渗氮层的硬度和耐磨性更佳；渗氮温度低，零件变形小；渗氮层残余压应力更高，拥有更高的疲劳极限；具有一定的红硬性，渗氮后表面硬度高，在加热时不易变形。由于渗氮层在过热蒸汽、水、大气和碱性环境中稳定性高，具有良好的抗蚀能力，因此渗氮技术在汽车覆盖件模具中得到了广泛的应用。
3.3金属表面化学热处理技术的应用
经过不断实践，选择金属表面化学热处理技术中的渗氮技术处理模具零件表面。根据技术条件，渗氮处理后冲压件频次高达80万次，还降低了模具零件保养和维护频次，适合于大批量生产。渗氮处理后模具零件型面发暗，且表面质量良好。渗氮后模具零件表面获得良好的综合性能，降低了模具的保养频次，在大批量覆盖件生产中具有较好的实用价值，以冲压件60万频次计算，单个侧围拉深工序渗氮处理较电镀处理可节省成本70万元左右。
4模具零件材料
模具零件材料的好坏直接影响模具的使用寿命，材料处理不当会缩短模具使用寿命。近年来研制了不少适合国内制造环境的新型高效模具材料，如冷作模具钢材料6Cr4W3Mo2VNb、7CrSiMn-MoV、7Cr7Mo3V2Si、6CrNiSiMnMoV等，热作模具钢材料5Cr4W5Mo2V、3Cr3Mo3W2V、4Cr2NiMoV、4CrMnSiMoV、5Cr4Mo3SiMnVAl等。一般应结合模具零件材料的性能和其他因素，根据模具服役条件和加工能力，选择符合要求的模具材料。经过实践发现，一批适合汽车冲模的常用材料为Q235、#45钢、HT300、Mo-Cr合金、QT600、7CrSiMnMoV、Cr12MoV、SKD11等。
结语
随着模具制造技术日臻成熟，模具精密程度和制造效率也逐年提高，越来越多的企业将关注点聚焦在如何延长模具使用寿命以及降低模具成本投入上。采用表面强化处理工艺，可提高模具零件表面耐磨性、耐蚀性、抗疲劳性、硬度及强度，这些性能的改善是延长模具使用寿命的关键，选用合理的处理工艺，有益于成本的把控和生产效率的提升。
参考文献：
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[3]杨丁丁,刘帅,张宇,等.渗氮技术在拉深模零件中的应用[J].模具工业,2019,45(2):70-77.
论文作者:章刚
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
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