表面鍍鉻在汽車?yán)錄_壓模具上的應(yīng)用

夏冰 王紅 杜海鵬

摘 要：通常車體上的冷沖壓件經(jīng)過冷沖壓模具制成。模具成型結(jié)構(gòu)的材質(zhì)大都是HT300，它的耐磨性有限。如果沖壓到一定限度后，模具表層會持續(xù)受到磨損，模具不能保障其穩(wěn)定加工出達(dá)標(biāo)部件。經(jīng)過鍍鉻處置，在模具外表鍍上一層防磨損的鉻，可以提升模具耐磨性，部件穩(wěn)固性，模具應(yīng)用周期。

關(guān)鍵詞：表層鍍鉻;汽車;冷沖壓模具;運用分析

中圖分類號：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0072-02

0 引言

隨著汽車行業(yè)的繁榮發(fā)展，對汽車的生產(chǎn)工藝越來越嚴(yán)格，沖壓件性能要求很高，所以，要有精度很高的模具。確保模具的加工精度，除早期開發(fā)規(guī)劃，中期調(diào)試，還要有后續(xù)的養(yǎng)護(hù)，而模具表層鍍鉻是確保模具應(yīng)用可靠的重要工藝。

1 電鍍的基本原理

電鍍即借助電解原理在部分金屬表層鍍上較薄層的其它金屬與合金的過程，是依靠電解作用令金屬和其它材料部件的外表依附一層金屬膜的方法，進(jìn)而起到避免金屬氧化，提升耐磨性、導(dǎo)電性、防腐蝕性、反光性和提高美觀等效果電鍍過程，鍍層金屬和其他不溶性物料做陽極，待鍍的零件做陰極，鍍層金屬的陽離子于待鍍零件表層被還原產(chǎn)生鍍層[1，2]。為避免其它陽離子的影響，且保證鍍層均勻、穩(wěn)定，要以含鍍層金屬陽離子的材料做電鍍液，由此確保鍍面金屬陽離子的含量恒定。電鍍的本質(zhì)在于在基材表面鍍一層金屬鍍層，改變基材外表材料性質(zhì)和幾何尺寸大小。電鍍可以提高金屬的防腐蝕性、提高硬度、避免磨耗、提升導(dǎo)電性、光滑性、抗熱性以及表層美觀等。因為電鍍具備上述特征，當(dāng)前鍍鉻被推廣用在車體冷沖壓模具中，為部件穩(wěn)定加工提供一定保障。

2 模具鍍鉻的基本流程

電鍍環(huán)節(jié)是鍍液內(nèi)的金屬離子受到外電場的影響，通過電極反應(yīng)變成金屬原子，且在陰極上完成金屬沉淀的流程。下述是模具鍍鉻的基本流程：

2.1 檢測

當(dāng)了解哪些模具要鍍鉻時，操作前應(yīng)檢測模具性能，檢查是否存在質(zhì)量問題，如裂痕、補焊氣孔等。特別是冷沖壓模具的補焊，當(dāng)冷補焊異常時，將影響最后的鍍鉻質(zhì)量。另外，肉眼能夠檢測模具是否存在裂痕，裂痕大小與方向[3]。檢測過程，找到任何質(zhì)量問題，均應(yīng)當(dāng)拍照記錄。（缺陷超過標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)在4.2前修復(fù)處理）

2.2 清理

一般制造階段，為避免模具銹蝕，均會涂抹抗銹油。經(jīng)常會在模具表面，留下部分鐵屑。如果常規(guī)模具維護(hù)不全面，模具表面經(jīng)常會留下灰塵。所以，電鍍之前，要清理干凈模具。

2.3 脫脂

為提升鍍鉻效果，徹底清除模具要電鍍表層的油污時，選擇脫脂來提高電鍍鉻的依附力。當(dāng)前，最常見的是借助CaCO3和香蕉水的混合液來清除油污。

2.4 打磨、拋光

清理后，對于部分不光滑型面，要求打磨拋光模具外表，令鍍層均勻光滑。這時打磨僅僅是稍微打磨一下，并非常規(guī)模具檢修類的處理。打磨時只對圓角位置不順，稍微磨光，不能干擾零件自身的造型規(guī)劃。拋光的好壞直接影響到鍍層的粗糙度。

2.5 覆蓋

通常冷沖壓模具由許多機構(gòu)拼裝形成。鍍鉻，只是針對模具成型區(qū)的鍍鉻。對于無需電鍍的生產(chǎn)面、平衡塊、導(dǎo)板等應(yīng)當(dāng)粘貼絕緣膠布，防止鍍層、腐蝕造成的不良影響。若不采取防護(hù)方法，不做隔離措施，這類生產(chǎn)面、平衡塊將立刻受到電鍍池中藥水的銹蝕，不能使用。

2.6 陽極

上述模具的準(zhǔn)備任務(wù)結(jié)束后，需要對于模具建立陽極工裝，銅板與鉛絲。電鍍結(jié)束后，鉛絲表層將被氧化，需要清理沖刷，維持導(dǎo)電性。在模具四周建立好電鍍線路，處理好電鍍之前的最后一個準(zhǔn)備工作。

2.7 電鍍

建立好電鍍線路以后，通電展開電鍍，要電鍍的模具表面是負(fù)極，出現(xiàn)還原反應(yīng)，CrO3溶在水中形成H2CrO4與H2CrO7。

2.8 分解

電鍍池中出現(xiàn)電鍍反應(yīng)之后，在制件上多多少少會留下一點電鍍液。所以，電鍍后要先用水清理模具上的表層殘留物。唯有當(dāng)清理好后，才能夠分解陽極工裝，就將第六步設(shè)置的工裝拆卸。

2.9 清理

拆卸好模具之后，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真清理整個模具、吹凈殘留物，包含表層、坑坑洼洼、生產(chǎn)孔等。特別是部分避讓結(jié)構(gòu)，極易留下液體。

2.10 電鍍拋光

電鍍結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)對冷沖壓模具的表面檢測鍍后表面效果，且應(yīng)當(dāng)拋光模具表面，如果有大范圍橘皮、鍍層掉落等情況，就表示電鍍不達(dá)標(biāo)，需要重新電鍍。

2.11 測試

電鍍拋光后，鍍鉻結(jié)束，要檢測電鍍層的硬度及厚度。通常情況下，鍍層硬度標(biāo)準(zhǔn)是：HRC 60-65;膜厚標(biāo)準(zhǔn)：管理面10-20um;R角與拉延筋25-40um。

2.12 重新電鍍

若產(chǎn)生第11條所述現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)去除模具表面的原本鍍層，重新鍍鉻。主要包括幾步：剝離、中和、清洗。（1）剝離：于剝離槽內(nèi)清理原本的鍍鉻層，剝離槽中使用鹽酸液體。（2）中和：于中和槽內(nèi)清理表層留下的酸性液體，中和槽中使用堿性液體。（3）清理：在水洗內(nèi)清理表層留下的化學(xué)成分。

上述12條是冷沖壓模具的電鍍方法。冷沖壓模具經(jīng)過鍍鉻，能夠提升模具表層的防磨性，延長模具壽命，確保能夠制造出高質(zhì)量部件。

3 汽車?yán)錄_壓件生產(chǎn)中表面鍍鉻的基本運用

3.1 沖壓模具拉深沒有起皺情況

物料在拉延時起皺，部件成形環(huán)節(jié)布局超過凸凹模生產(chǎn)空隙標(biāo)準(zhǔn)，大批量制造階段，長期“點接觸”導(dǎo)致凹模表面局域的鍍層受到磨損，部件表層將再次出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象，需要再次鍍鉻，但若不處理制件起皺現(xiàn)象，再次鍍鉻依據(jù)無法處理問題[4]。因此，從問題的本質(zhì)著手，鍍鉻之前應(yīng)把模具調(diào)節(jié)到部件表面沒有較大起皺的狀態(tài)。

3.2 壓料面與凹模型面應(yīng)平整

鍍鉻之前，模具要下線做好保養(yǎng)表面推順工作，針對因長時間加工壓壞的表面與拉延面應(yīng)當(dāng)及時補焊、修順和研合，且上線檢驗后，才能夠做鍍鉻處置，否則將由于材料在壓料面移動時與凹坑接觸損壞鍍層，降低鍍鉻質(zhì)量。起皺趨勢嚴(yán)重區(qū)域應(yīng)考慮局部鑲塊，使用Cr12MoV等工具鋼材質(zhì)作為電鍍基材，因電鍍只能改變表面性能，如基材產(chǎn)生變形會導(dǎo)致鍍層脫落。

3.3 拉延筋與拉延門檻沒有砂眼

從當(dāng)前主流模具生產(chǎn)廠的總體水平來說，水平不盡相同，而鑄件性能直接關(guān)系著鍍鉻質(zhì)量。拉延筋與拉延門檻同壓料面的材質(zhì)松散、針孔類砂眼多、鍍鉻層于外表的依附力很小、砂眼位置呈“V”形、鍍面在砂眼周圍積留、砂眼孔中鍍也不能填實、拋光無法完全把砂眼周圍的鍍層高點清理，模具在拉延走料時將出現(xiàn)高點接觸，均會加快鍍面磨損，且導(dǎo)致板材鐵屑沉積，損壞鍍層，極大影響著鍍層的使用期限。

3.4 對型面補焊的材料標(biāo)準(zhǔn)

汽車模具在應(yīng)用階段，由于裝車問題調(diào)整與調(diào)試工作的需要，將對局部型面和拉延筋及拉延門檻展開一定的補焊，其中焊條質(zhì)量和模具基體質(zhì)量的熔合水平，與焊條本身的材質(zhì)對電鍍的效果影響較大[5]。為保證較好的鍍鉻質(zhì)量，盡可能不補焊或者不采用高含鎳成分的焊條，例如主機廠常見的45鋼和7鋼焊條，這種焊條鍍液依附性很差，鍍面薄，耐磨性差，要盡可能選用TM2000、TW61焊條，有助于延伸鍍層的應(yīng)用周期。

4 提高鍍層性能的途徑

4.1 提升亮度的辦法

鉻屬于藍(lán)白色的，通過表層拋光的鉻與可見光區(qū)域的反射率，屬于剛拋光過的銀反射率的1/2多，但銀極易變暗，喪失反射性，鉻就可以長時間維持，所以，鍍亮被推廣用作裝飾。鉻層盡管能夠通過拋光變量，但因為生產(chǎn)成本與鍍件形狀的制約，通常是不現(xiàn)實的。獲取光亮鉻層由鍍鉻的操作條件來決定，指電解液的含量以及與其相符合的電流密度與溫度。探究顯示：光亮鍍鉻要盡量具備較寬的光亮電流密度區(qū)域，如此能夠令表面繁瑣的部件在不同位置出現(xiàn)多種電流密度，進(jìn)而得到光亮鍍層。減少鉻酸濃度，能令光亮鍍層的電流密度范疇拓展。加大催化劑含量將令光亮電鍍范疇朝高電流密度方位變化。含氟化物的鍍液比含硫酸鹽的滴液具備更寬的光亮電流密度空間，太高的三價鉻與雜物將縮小光亮范圍[6]。

4.2 優(yōu)化鍍層硬度與耐磨性的辦法

鍍鉻層的獨特架構(gòu)賦予其較高的硬度，大概是900-1000HV，最硬的鉻層類似于剛玉硬度，超出展性與塑性也干擾耐磨性。耐磨鍍鉻通常選擇鉻酐含量偏低的鍍液，與很低的溫度與很高的電流密度，通常是50-60℃，25-75A/dm2。研究顯示：當(dāng)鉻酐與催化劑的比例一定時，減少鉻酐濃度，那么鍍鉻層硬度提高其它條件一定時，減少催化劑濃度，鉻層硬度提高;溫度與電流密度極大影響鉻層硬度，特殊的電流密度下，經(jīng)常有獲得硬鉻層最有效的溫度，太高或太低的溫度，鉻層硬度均會下降;通常在30-60℃之間，在相關(guān)的電流密度下可以得到很硬的鉻層。高溫下得到的鉻層為偏軟鉻層，但這種軟的鉻層沒有裂痕、結(jié)合力佳、強度高、應(yīng)用性能很好。

5 結(jié)語

總之，鍍鉻層內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力、硬度、耐磨性以及疲勞強度等，均取決于電解成分的精準(zhǔn)搭配。需要明確的是，在鍍鉻過程的溫度與電流都對鍍面厚度及耐磨性的影響要素也較為繁瑣，具體采用鍍液成分均尤其對應(yīng)的最好工藝標(biāo)準(zhǔn)。該方面不同操作者的經(jīng)驗與研究可能獲得不同的信息。

參考文獻(xiàn)

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