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)對模具的要求也隨之不斷的提升，尤其是針對壽命、精度、耐磨損、抗高溫性以及防腐蝕等方面。經(jīng)過大量的實踐發(fā)現(xiàn)，要實現(xiàn)對模具性能的提升，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，運用大電流、低電壓的電弧放電技術(shù)，通過合理運用氣體放電，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，再通過對電場的加速，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特點，其與真空蒸發(fā)鍍膜比較，存在以下優(yōu)點：（1）離子具有較好的繞射性能，可對各種復(fù)雜的鍍形狀工件進行處理；（2）工件與膜層表面具有較強的結(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，車刀、鉆頭等刀具以及精密零配件等。在對模具進行涂層技術(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，通常情況下，與未處理過的工件比較，其壽命能夠增加3-10倍。截至目前為止，較常見的涂層主要包括：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、開裂以及變形等。為了有效防止模具的使用壽命縮短，在對模具進行處理時，其相對運動件表面和中型腔的表面均需要達(dá)到相應(yīng)的要求，必須具有較高的潤滑性和硬度，從而促使其能夠更好的實現(xiàn)對磨損的減弱，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)的運用，就能夠促使模具存在的上述問題得到有效解決。

有研究者運用低溫離子滲碳、非平衡磁控濺射Ti/TiN以及PVD Ti/TiN對Cr12MoV冷作模具鋼表面實施復(fù)合處理后，模具的表面耐磨性能與負(fù)荷能力因PVD Ti/TiN涂層的作用而實現(xiàn)了有效強化，而當(dāng)模具表面在接受離子滲碳的處理后，再通過PVD Ti/TiN的符合處理，則更好的實現(xiàn)了對其符合性能的有效強化。在進行復(fù)合處理過程中，首先運用離子滲碳對中間薄層實施相應(yīng)的處理，這就使得Ti/TiN能夠獲得較好的支撐力，從而更好的實現(xiàn)對冷作模具壽命的提升。該項技術(shù)充分表明，在對表面硬度相對較差的模具進行處理時，首先可對其實施離子滲碳處理，再對其做出相應(yīng)的PVD涂層處理，通過這種綜合干預(yù)方法，可更好的實現(xiàn)對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程中，分別運用PECVD DLC涂層處理技術(shù)與PVD CrTiN涂層處理技術(shù)，再基于此處理后對模具實施鍍鉻工藝的壓印試驗。根據(jù)表面來看，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，其模具在進行壓印時，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，但這也充分證實了DLC涂層的韌性相對較差且硬度相對較高。通過對銀幣進行壓印處理之后，其鍍鉻模具的作用也因此隨之失效；在進行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，另有研究者在對銀幣表面進行處理時，以離子鍍法在其表面鍍上了一層TiN，并且經(jīng)過試驗對比證實，經(jīng)過該項技術(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，通過對半導(dǎo)體封裝模具進行該應(yīng)用，其壽命因此提升了近10倍左右；通過對光盤模具進行運用，其壽命可因此提升400萬次；通過對空調(diào)器翻遍凸模的有效運用，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800萬次。

有研究者通過對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施效果進行比較，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)。另通過對凸膜壽命進行研究，多弧離子鍍膜法所制備的N復(fù)合涂層相較于未實施鍍膜處理的凸膜，其壽命因此提升了至少4倍。

在對沖裁、沖壓類模具進行涂層處理時，有研究者采取了新型斜沖擊滑動試驗，通過該試驗主要對汽車沖壓件沖壓模具材料承受循環(huán)沖擊以及滑動力合成狀態(tài)進行了模擬處理，TiN涂層模具會表現(xiàn)出明顯的磨損。而針對高強度鋼材實施有限元軟件的分析沖裁處理期間，經(jīng)由抗磨減摩角度來實現(xiàn)對PVD涂覆的模擬處理，Graphit-iC類石墨涂層、MoST以及CrMoN可促使冷作模具鋼壽命對涂層的影響隨之減弱，根據(jù)研究結(jié)果顯示，通過對減摩涂層的運用，可促使模具的等效應(yīng)力出現(xiàn)不同程度的減弱，從而更好的實現(xiàn)對高強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，可以說通過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，同時表現(xiàn)為以下形式，包括模具斷裂、過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用，且獲得了行業(yè)的共同認(rèn)可。下一步應(yīng)當(dāng)進一步加強對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.PVD刀具涂層技術(shù)發(fā)展趨勢[J].科技展望,2016,26(25):76.

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