模具表面TD處理工藝及其發(fā)展趨勢(shì)

文/王剛，惠錦陽·江鈴五十鈴汽車股份有限公司

模具表面TD處理工藝及其發(fā)展趨勢(shì)

文/王剛，惠錦陽·江鈴五十鈴汽車股份有限公司

在當(dāng)今激烈的汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，對(duì)汽車質(zhì)量提出了更高的要求，尤其是表面覆蓋件，模具經(jīng)過長(zhǎng)期使用，表面形成凹槽、拉痕、砂孔，產(chǎn)品拉傷質(zhì)量缺陷頻繁發(fā)生，質(zhì)量得不到有效保證，生產(chǎn)難度不斷加大，為了滿足產(chǎn)品質(zhì)量，特別針對(duì)汽車安全性能的要求越來越高，而且汽車所用的鋼材強(qiáng)度越來越大，對(duì)模具質(zhì)量的要求也不斷地提高。而模具在生產(chǎn)過程中容易拉傷，為了解決模具的拉傷問題，我們對(duì)汽車模具表面必須進(jìn)行強(qiáng)化處理，而強(qiáng)化處理的方法雖然較多，但目前TD處理是最適合、實(shí)用的。模具通過TD處理后，會(huì)大大提高模具表面的耐磨性和母材的韌性，在一般條件下和普通模具相比，它的使用壽命要提高8倍以上，同時(shí)會(huì)降低產(chǎn)品的不良率10％以上，也節(jié)約了反復(fù)修模、裝模的次數(shù)，更重要的是為企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本，改善了員工的工作環(huán)境。TD處理適用于汽車的鑲塊模具、各種擠壓模、滾壓模、彎管模、成形模、折彎模、擴(kuò)口及縮口模、變薄拉伸模、沖頭等。本文著重介紹TD處理在沖壓模具鑲塊中的應(yīng)用。

模具表面處理的前提——要求模具拉延筋光順，模具表面無砂孔、積瘤、凹坑、裂紋等缺陷，因此補(bǔ)焊方法就顯得尤為重要。

現(xiàn)狀

產(chǎn)品拉傷主要是由于模具表面質(zhì)量缺陷引起。模具表面存在表面缺陷，生產(chǎn)過程中因產(chǎn)品流動(dòng)過程中與模具表面缺陷（如砂孔、積瘤、凹坑、裂紋等）受力摩擦，產(chǎn)品表面像被“利刀”刮擦，就形成了一道道的刮痕。模具經(jīng)常長(zhǎng)期使用，模具開裂、損壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，且原先隱藏的砂孔由于長(zhǎng)期磨損而顯露，致使產(chǎn)品拉傷嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量無法得到保證，增加產(chǎn)品返修成本。

模具因維修不當(dāng)、補(bǔ)焊方法不當(dāng)導(dǎo)致的氣孔、裂紋，造成模具本體一而再地被破壞，補(bǔ)焊方法令人深思，引發(fā)了一輪新方法的思考與實(shí)踐探索。經(jīng)過長(zhǎng)期思考、現(xiàn)場(chǎng)觀察、經(jīng)驗(yàn)積累，總結(jié)出了目前補(bǔ)焊方法的誤區(qū)與正確的補(bǔ)焊方法，為下一步的模具表面處理提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

模具表面TD處理，是解決產(chǎn)品拉傷的終極手段，用以提高模具表面硬度，提高模具表面光潔度來解決產(chǎn)品拉傷。

模具表面TD處理

工藝流程

模具表面TD處理的工藝流程為：前處理—TD處理—淬火—后處理—清洗—回火—檢測(cè)—包裝出貨。

工作原理

模具表面TD處理的工作方法即高溫鹽處理法，該方法是一種高溫處理技術(shù)（溫度850～ 1050℃），是將釩加熱使其擴(kuò)散，利用素材中析出的C，形成皮膜。其主要特點(diǎn)是：（1）覆層皮膜具有超高的硬度，如常用的碳化釩覆層硬度高達(dá)3200HV，具有超高的耐磨性、抗粘接性能。（2）覆層與母材結(jié)合力高，遠(yuǎn)優(yōu)于鍍鉻和熔射以及各類低溫物理氣相沉積（PVD）或化學(xué)氣相沉積法（CVD），但有一定的局限性：①僅限于SKD11或Cr12MoV類材料，其他材質(zhì)鑲塊進(jìn)行處理后，效果不明顯；②鑲塊經(jīng)過高溫處理后，扭曲變形嚴(yán)重，難以控制，鑲塊拼縫間隙明顯增大，不適于外板件模具；③不適用于有補(bǔ)焊或有隱藏裂紋的鑲塊，TD處理后鑲塊極易斷裂或裂紋擴(kuò)展，甚至可能造成模具報(bào)廢。

圖1 TD覆層皮膜形成示意圖

處理前模具材料鋼材的選擇

在選擇材料時(shí)，一定要選擇符合TD處理?xiàng)l件的模具鋼材，如國內(nèi)的Cr12MoV、Cr12Mo1V1，日本的SKD11、DC53，美國的D2，瑞典的AB88，德國的2379，以上牌號(hào)的材料都適合做TD處理。其中，瑞典的AB88最好，TD處理后母材硬度可達(dá)到60HRC以上，尺寸變化也很有規(guī)律，變化率在0.015％之內(nèi)；日本的SKD11、美國的D2、德國的2379這類模具鋼材在TD處理后，母材硬度在（58±3）HRC，尺寸變化率在0.02％左右；國內(nèi)的Cr12MoV在TD處理后母材硬度和尺寸的變化穩(wěn)定性較差，主要原因是由材料質(zhì)量不穩(wěn)定引起的。Cr12MoV在TD處理后，母材硬度和尺寸變化相對(duì)來說是可以控制的，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，需要做TD處理的模具材料，最好選擇國內(nèi)的Cr12Mo1V1，其次是Cr12MoV，具體見表1。

■表1 模具材料的選擇

■表2 TD處理與其他表面處理方法比較

常見問題

（1）模具在TD處理過程中，會(huì)出現(xiàn)母材硬度不夠，尺寸無法調(diào)整，達(dá)不到模具使用要求的情況，選擇模具鋼材牌號(hào)不對(duì)或鋼材的質(zhì)量太差是問題的主要因素。其解決辦法就是正確選擇適合TD處理的優(yōu)質(zhì)模具鋼。

（2）在TD處理前，模具有焊接的，通過TD處理后會(huì)出現(xiàn)焊接部位不成膜或有焊接裂紋的產(chǎn)生。焊接材質(zhì)與母材不符或焊接方法需改進(jìn)是問題的主要因素，解決辦法是正確選擇與母材相符的焊接材料。補(bǔ)救措施為可除掉焊接部位表面深度為0.5mm厚的焊接部位，重新焊接與母材相同的焊接材料。

（3）舊模具通過多次TD處理后，會(huì)引起模具表面成膜不理想，耐磨性差及開裂現(xiàn)象。主要因素是：模具通過多次TD處理后母材表面的碳素會(huì)不斷減少，皮膜的厚度不斷下降，同時(shí)母材表面脫碳層也越來越深。當(dāng)母材表面脫碳層深度達(dá)到0.5mm以上時(shí)，模具成膜不好，此時(shí)也會(huì)引起模具開裂。模具出現(xiàn)以上情況時(shí)，TD處理就不可進(jìn)行了，TD處理與其他表面處理方法比較見表2。

處理后模具的變形量

模具鑲塊的TD處理也就是一個(gè)二次淬火的過程，它的組織變化與真空淬火后的組織變化基本一樣。不同的是TD淬火的介質(zhì)和真空淬火的介質(zhì)不同。

真空淬火的介質(zhì)是油和氮?dú)猓诔叵逻@兩種介質(zhì)在鑲塊淬火時(shí)冷卻速度較快、熱應(yīng)力釋放也較大；在這種情況下如果保護(hù)不當(dāng)，就會(huì)引起鑲塊的變形和開裂；一般來講，真空熱處理的變形要比TD處理的變形要大，開裂的可能性大。

TD淬火的介質(zhì)是等溫工業(yè)鹽、淬火溫度在500℃左右，TD淬火是一個(gè)緩慢的過程，從1030℃到70℃冷卻時(shí)間需要5～7h，在這個(gè)過程中它的冷卻速度較慢，釋放的熱應(yīng)力要小。一般來講，TD處理后模具鑲塊的變形量及開裂的可能性很小。我們將變形分兩種：平面和側(cè)面的變形及尺寸的變化。平面和側(cè)面的變形我們基本控制在0.05～0.1mm之內(nèi)。尺寸的變化量參照日本的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，汽車模具的長(zhǎng)、寬、高則在±0.1mm左右。

處理后的保養(yǎng)

TD處理后的模具鑲塊抗腐蝕功能很好，在使用過程中需注意模具工作表面和型腔內(nèi)的清潔，適當(dāng)?shù)赝奎c(diǎn)拉延油即可。

模具補(bǔ)焊容易出現(xiàn)的問題及其解決方法

模具經(jīng)過長(zhǎng)期使用，模具表面形成砂孔、積瘤、凹坑、裂紋等缺陷，致使產(chǎn)品出現(xiàn)拉傷等質(zhì)量缺陷，通過日常維護(hù)補(bǔ)焊是不能消除以上模具缺陷的，即使有模具表面處理技術(shù)，也很難達(dá)到預(yù)期效果。補(bǔ)焊不僅要滿足補(bǔ)焊的最基本要求，在補(bǔ)焊的過程中還需注意細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)決定了補(bǔ)焊效果。下面就分析補(bǔ)焊過程中容易出現(xiàn)的問題，并提供一些建議。

（1）補(bǔ)焊開“V”形槽，補(bǔ)焊后易開裂。開“V”形槽，補(bǔ)焊后有尖角，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，易開裂，正確方法是開“U”形槽，可降低開裂風(fēng)險(xiǎn)。

（2）開槽后用乙炔火焰高溫烘烤除油，補(bǔ)焊后析出的“C”不利于焊條與母材結(jié)合，開“U”形槽后，用乙炔火焰外焰烘烤，且噴嘴離模具的距離為60～100mm，溫度控制在180～200℃。溫度一旦過高，模具會(huì)析出黑色“C”粉末，影響焊條與母材結(jié)合。

（3）烘烤除油后，“U”形槽附近涂抹紅丹粉距離太近，易產(chǎn)生氣孔。涂抹紅丹粉是為了阻礙焊渣與母材結(jié)合，但紅丹粉與“U”形槽距離太近，在補(bǔ)焊過程中，紅丹粉遇高溫后產(chǎn)生氣體，易產(chǎn)生氣孔，電焊車間不允許使用電風(fēng)扇和冷氣的道理一樣。

（4）補(bǔ)焊后，敲打力度不夠、無方向性。補(bǔ)焊后立即敲打，敲打是為了消除應(yīng)力，增大焊接處密度、消除氣孔，力度不夠很難達(dá)到預(yù)期效果，敲打至扁平狀，且敲打應(yīng)從后往前。

（5）附近多處開裂，多處開槽，多處補(bǔ)焊。補(bǔ)焊位置太近，再次補(bǔ)焊影響邊緣已焊部位，增加裂紋產(chǎn)生的幾率。解決方法是在位置很近的部位開一個(gè)大槽，再進(jìn)行補(bǔ)焊。

（6）使用高硬度焊條補(bǔ)焊，誤以為不易拉傷，反而易產(chǎn)生裂紋、氣孔。使用高硬度焊條補(bǔ)焊，在冷卻過程中，補(bǔ)焊部位與母材冷卻速度不一致，導(dǎo)致裂紋、氣孔的產(chǎn)生。對(duì)于選擇焊條，建議使用與母材材質(zhì)一致的焊條。

結(jié)束語

通過使用模具表面處理技術(shù)解決產(chǎn)品拉傷，是汽車模具行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，也是時(shí)代發(fā)展的必然。模具表面處理技術(shù)在日本汽車行業(yè)、鋼鐵行業(yè)中運(yùn)用成熟，是解決產(chǎn)品拉傷質(zhì)量缺陷、提高模具使用壽命，降低維護(hù)成本的一種手段，也是未來中國汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。模具補(bǔ)焊修復(fù)方法的正確與否，關(guān)系著模具表面處理效果的好壞，關(guān)系著產(chǎn)品拉傷是否能一次性解決，同樣也關(guān)系著后期的模具維護(hù)保養(yǎng)，補(bǔ)焊過程中的細(xì)節(jié)決定著模具補(bǔ)焊后的狀態(tài)，還需要做進(jìn)一步的研究和探索。