淺析昆山拉伸類模具的表面拉傷問(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阅芎芨撸嬖诘膯?wèn)題是材料成本高，不易加工，對(duì)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(xiàn)開裂，成材率低，有些幾乎難以成形。此外硬脂合金性脆，搬運(yùn)、安裝使用過(guò)程中都要極其小心，稍有不慎就有可能出現(xiàn)崩塊或開裂而報(bào)廢。另外由于硬質(zhì)合金的組織結(jié)構(gòu)是由硬質(zhì)的碳化鎢顆粒和軟的粘結(jié)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(xiàn)拉痕，此時(shí)需對(duì)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(duì)于奧氏體不銹鋼工件，由于其面心立方結(jié)構(gòu)也容易與鈷相形成咬合而使工件的表面出現(xiàn)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(xiàn)磨損超差，在大批量生產(chǎn)的情況下，這種材料的性價(jià)比較低。
　　對(duì)于較大型的模具，如汽車覆蓋件的成形模具，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(xiàn)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(bào)道。由于其性脆，成本高，不可能大批量推廣應(yīng)用。
　　對(duì)于生產(chǎn)批量很小而形狀簡(jiǎn)單的大型拉伸類模具，也有采用橡膠等高分子類材料制作模具凸、凹模的報(bào)道，此類模具不會(huì)拉傷工件表面，但實(shí)際應(yīng)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(yīng)依照減小粘著磨損的基本原則，通過(guò)改變接觸副的性質(zhì)作為出發(fā)點(diǎn)。以下就構(gòu)成此對(duì)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(duì)原材料進(jìn)行表面處理，如對(duì)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(shè)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(yīng)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之類的薄膜，有時(shí)也可以解決工件的拉傷問(wèn)題。對(duì)于生產(chǎn)線通過(guò)機(jī)構(gòu)可以達(dá)到連續(xù)供給薄膜，而對(duì)于周期生產(chǎn)的沖壓設(shè)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(duì)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(fù)荷很小的場(chǎng)合，有時(shí)通過(guò)添加潤(rùn)滑油或加EP添加劑的潤(rùn)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?qū)δ＞咄?、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(jì)而有效的方法，也是目前廣泛采用的方法。
　　三、昆山拉伸類冷沖模表面處理
　　通過(guò)對(duì)模具進(jìn)行表面處理特別是對(duì)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(jì)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(yīng)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(yīng)用較多的是鍍硬鉻、化學(xué)鍍鎳磷、刷鍍鎳鎢合金等。對(duì)于成形負(fù)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(duì)較低，容易出現(xiàn)磨損，而鍍層一旦磨損，拉傷又會(huì)出現(xiàn)。另一方面，鍍層與基體材料機(jī)械結(jié)合，在負(fù)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(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s，從而改變了工件表面的成分和組織結(jié)構(gòu)，并賦予工件不同的物理、化學(xué)和機(jī)械性能?；瘜W(xué)熱處理的種類很多，根據(jù)所滲元素不同分類為：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(guī)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(xiàn)，所以在大批量生產(chǎn)過(guò)程中滲氮處理往往還無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。就滲硼工藝而言，其硬化層硬度可達(dá)1800HV，耐磨性較高，但依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，，滲硼質(zhì)量的穩(wěn)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)在成形類模具上應(yīng)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(duì)于負(fù)荷較大的成形類模具，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(dá)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(fù)荷較小的情況下有可能具有效果外，一般的成形類模具很難有滿意的效果。
　　化學(xué)氣相沉積的碳化鈦或碳氮化鈦之類的材料，具有極高的硬度，加上其膜基結(jié)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(shù)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(xù)工序要求嚴(yán)格，稍有不慎，表面硬化層就會(huì)遭到破壞，嚴(yán)重制約了其在鋼模上的應(yīng)用，而主要應(yīng)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(duì)環(huán)境污染較大。
　　TD覆層處理國(guó)內(nèi)又名熔鹽滲金屬、滲釩等，其原理是通過(guò)熱擴(kuò)散作用于工件表面形成一層數(shù)微米至數(shù)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(dá)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(kuò)散形勢(shì)的，所以覆層與基體具有冶金結(jié)合，這一點(diǎn)對(duì)在成形類模具上的應(yīng)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)特別適合于各類模具鋼材；(4)TD覆層處理可以重復(fù)進(jìn)行。大量的實(shí)踐證明，在成形類模具上采用該技術(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(shè)備相對(duì)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(guó)等都已得到廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)70年代即已開始研究該技術(shù)，到目前已有數(shù)十家單位對(duì)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(dá)到長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)的要求，并已成功應(yīng)用到汽車、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(duì)于具體的個(gè)案，應(yīng)根據(jù)工件和載荷大小、生產(chǎn)批量、被加工材料的種類等情況選擇應(yīng)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(duì)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覆層處理性價(jià)比最高。