PVD涂層技術(shù)在沖壓/成型模具中的應(yīng)用

浦勝義

（蓬萊金福不銹鋼制品有限公司,山東 蓬萊 265600）

在工業(yè)快速發(fā)展的影響下，行業(yè)對(duì)模具的要求也隨之不斷的提升，尤其是針對(duì)壽命、精度、耐磨損、抗高溫性以及防腐蝕等方面。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)模具性能的提升，最正確且有效的方式，除了選擇合理的材料和正確的加工之外，關(guān)鍵在于科學(xué)合理的表面處理與熱處理。

1 PVD涂層技術(shù)

離子鍍膜（PVD鍍膜）技術(shù)其具體的原理主要是指，在真空的環(huán)境下，運(yùn)用大電流、低電壓的電弧放電技術(shù)，通過(guò)合理運(yùn)用氣體放電，即可促使靶材迅速蒸發(fā)，蒸發(fā)氣體與物質(zhì)均能夠被迅速電離，再通過(guò)對(duì)電場(chǎng)的加速，從而促使各種反應(yīng)產(chǎn)物和蒸發(fā)物質(zhì)能夠大量聚集在工件之上。PVD離子鍍膜因其所具備的各項(xiàng)特點(diǎn)，其與真空蒸發(fā)鍍膜比較，存在以下優(yōu)點(diǎn)：（1）離子具有較好的繞射性能，可對(duì)各種復(fù)雜的鍍形狀工件進(jìn)行處理；（2）工件與膜層表面具有較強(qiáng)的結(jié)合力，故具有更高的耐磨性和持久性；（3）其所能夠鍍膜的種類(lèi)非常繁多；（4）膜層具有較快的沉積速率，并且有著較高的生產(chǎn)效率；（5）具有較為穩(wěn)定的膜層性能，其安全性也非常高[1]。

PVD技術(shù)更多的適用于成型、沖壓、拉伸等模具，車(chē)刀、鉆頭等刀具以及精密零配件等。在對(duì)模具進(jìn)行涂層技術(shù)的處理之后，可促使抗磨力、硬度得到有效提升，同時(shí)還可促使摩擦系數(shù)降低，從而促使工件的使用壽命得以延長(zhǎng)，通常情況下，與未處理過(guò)的工件比較，其壽命能夠增加3-10倍。截至目前為止，較常見(jiàn)的涂層主要包括：TiCN、CiN等，各種涂層處理技術(shù)，其所具備的用途和特性有明顯差異。

2 PVD在沖壓/成型模具上的應(yīng)用

沖壓/成型模具表面若失效，那么其通常表現(xiàn)為磨損、腐蝕、開(kāi)裂以及變形等。為了有效防止模具的使用壽命縮短，在對(duì)模具進(jìn)行處理時(shí)，其相對(duì)運(yùn)動(dòng)件表面和中型腔的表面均需要達(dá)到相應(yīng)的要求，必須具有較高的潤(rùn)滑性和硬度，從而促使其能夠更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)磨損的減弱，提升耐磨性能，達(dá)到更好的抗疲勞效果與防腐蝕效果，PVD涂層處理技術(shù)的運(yùn)用，就能夠促使模具存在的上述問(wèn)題得到有效解決。

有研究者運(yùn)用低溫離子滲碳、非平衡磁控濺射Ti/TiN以及PVD Ti/TiN對(duì)Cr12MoV冷作模具鋼表面實(shí)施復(fù)合處理后，模具的表面耐磨性能與負(fù)荷能力因PVD Ti/TiN涂層的作用而實(shí)現(xiàn)了有效強(qiáng)化，而當(dāng)模具表面在接受離子滲碳的處理后，再通過(guò)PVD Ti/TiN的符合處理，則更好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)其符合性能的有效強(qiáng)化。在進(jìn)行復(fù)合處理過(guò)程中，首先運(yùn)用離子滲碳對(duì)中間薄層實(shí)施相應(yīng)的處理，這就使得Ti/TiN能夠獲得較好的支撐力，從而更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)冷作模具壽命的提升。該項(xiàng)技術(shù)充分表明，在對(duì)表面硬度相對(duì)較差的模具進(jìn)行處理時(shí)，首先可對(duì)其實(shí)施離子滲碳處理，再對(duì)其做出相應(yīng)的PVD涂層處理，通過(guò)這種綜合干預(yù)方法，可更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)涂層使用壽命的有效提升。

有研究者在ASSAB 635冷作模具鋼的制作過(guò)程中，分別運(yùn)用PECVD DLC涂層處理技術(shù)與PVD CrTiN涂層處理技術(shù)，再基于此處理后對(duì)模具實(shí)施鍍鉻工藝的壓印試驗(yàn)。根據(jù)表面來(lái)看，CRTiN涂層模具壓印的銀幣表面，其鍍鉻的模具和表面質(zhì)量均更加的接近，但在接受DLC涂層處理后，其模具在進(jìn)行壓印時(shí)，銀幣表面表現(xiàn)出非常明顯的發(fā)黑現(xiàn)象，這主要是由于涂層被轉(zhuǎn)移至了銀幣的表面上，但這也充分證實(shí)了DLC涂層的韌性相對(duì)較差且硬度相對(duì)較高。通過(guò)對(duì)銀幣進(jìn)行壓印處理之后，其鍍鉻模具的作用也因此隨之失效；在進(jìn)行1000枚銀幣的壓印處理后，CRTiN涂層仍然表現(xiàn)出較佳的特性，并未出現(xiàn)任何涂層剝裂的現(xiàn)象，相較于鍍鉻模具，其壽命也能夠?qū)崿F(xiàn)更好的提升，達(dá)到2倍及以上。除此之外，另有研究者在對(duì)銀幣表面進(jìn)行處理時(shí)，以離子鍍法在其表面鍍上了一層TiN，并且經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比證實(shí)，經(jīng)過(guò)該項(xiàng)技術(shù)處理后的印模，其壽命較之未涂層的印模提升了3倍左右[2]。

由于DLC涂層的摩擦系數(shù)非常低，并且具有較好的潤(rùn)滑性能，并且具有較好的耐磨性、較高的硬度以及較好的耐蝕性等，故被廣泛應(yīng)用各種復(fù)合管成型模具，其使用壽命也因此提升了3倍以上。除此之外，通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體封裝模具進(jìn)行該應(yīng)用，其壽命因此提升了近10倍左右；通過(guò)對(duì)光盤(pán)模具進(jìn)行運(yùn)用，其壽命可因此提升400萬(wàn)次；通過(guò)對(duì)空調(diào)器翻遍凸模的有效運(yùn)用，則能夠使得其壽命可因此提升至少3倍，而沖壓的件數(shù)也能夠因此至少提升800萬(wàn)次。

有研究者通過(guò)對(duì)TiN與多弧離子鍍膜法所制備的N復(fù)合涂層兩種方法的實(shí)施效果進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，后者處理后的電池外殼成形凸模的硬度明顯更高，并且其耐磨性也與ZrN相當(dāng)。另通過(guò)對(duì)凸膜壽命進(jìn)行研究，多弧離子鍍膜法所制備的N復(fù)合涂層相較于未實(shí)施鍍膜處理的凸膜，其壽命因此提升了至少4倍。

在對(duì)沖裁、沖壓類(lèi)模具進(jìn)行涂層處理時(shí)，有研究者采取了新型斜沖擊滑動(dòng)試驗(yàn)，通過(guò)該試驗(yàn)主要對(duì)汽車(chē)沖壓件沖壓模具材料承受循環(huán)沖擊以及滑動(dòng)力合成狀態(tài)進(jìn)行了模擬處理，TiN涂層模具會(huì)表現(xiàn)出明顯的磨損。而針對(duì)高強(qiáng)度鋼材實(shí)施有限元軟件的分析沖裁處理期間，經(jīng)由抗磨減摩角度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PVD涂覆的模擬處理，Graphit-iC類(lèi)石墨涂層、MoST以及CrMoN可促使冷作模具鋼壽命對(duì)涂層的影響隨之減弱，根據(jù)研究結(jié)果顯示，通過(guò)對(duì)減摩涂層的運(yùn)用，可促使模具的等效應(yīng)力出現(xiàn)不同程度的減弱，從而更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)高強(qiáng)度鋼沖裁模具壽命的有效提升。

精沖是一種具有較高質(zhì)量、較高效率以及較高附加值的精密塑性成形工藝，可以說(shuō)通過(guò)一次沖裁即可獲得較高質(zhì)量的零件，精沖模具發(fā)生失效，同時(shí)表現(xiàn)為以下形式，包括模具斷裂、過(guò)量磨損以及塑性變形。TiAIN和TiN涂層由于具有較高的耐腐蝕熱穩(wěn)定性和良好的耐磨性，故在精沖行業(yè)得到了廣泛運(yùn)用。

3 總結(jié)

綜上所述，PVD涂層技術(shù)因其本身所具備的性能，故在沖壓/成型模具得到了廣泛運(yùn)用，且獲得了行業(yè)的共同認(rèn)可。下一步應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)PVD涂層技術(shù)的研究，拓寬其應(yīng)用范圍，更好的提升模具質(zhì)量。

[1]蔡平,金錚,沈陽(yáng).PVD刀具涂層技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].科技展望,2016,26(25):76.

[2]張而耕,朱州,張?bào)w波.超硬納微米PVD涂層技術(shù)在刀具領(lǐng)域的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].表面技術(shù),2015,44(04):89-96,108.