汽車沖壓模具表面處理技術解析

孔凡彬 周連國 魏翔

摘要：隨著汽車行業的迅猛發展，汽車車身沖壓零部件的質量要求也越來越高，對沖壓模具開發制造提出了更高要求，如何提高模具的質量及使用壽命成為行業迫切需要解決的問題。汽車沖壓模具在使用過程中一旦出現問題，不僅會影響模具使用壽命，還會影響沖壓制件的表面質量，表面處理技術在提高模具表面性能的同時，保證了制件的高質量，為汽車整體性能及外觀的改善帶來了更多可能。

關鍵詞：汽加沖壓模具;表面處理;技術;解析

1汽車沖壓模的分類

汽車沖壓模一般可按以下幾個主要特征分類：

1.1根據工藝性質分類

a.沖裁模：沿封閉或敞開的輪廓線使材料產生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。

b.彎曲模：使板料毛坯或其他坯料沿著直線（彎曲線）產生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。

c.拉深模：是把板料毛坯制成開口空心件，或使空心件進一步改變形狀和尺寸的模具。

d.成形模：是將毛坯或半成品工件按圖凸、凹模的形狀直接復制成形，而材料本身僅產生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。

1.2根據工序組合程度分類

a.單工序模：在壓力機的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。

b.復合模：只有一個工位，在壓力機的一次行程中，在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。

c.級進模（也稱連續模）：在毛坯的送進方向上，具有兩個或更多的工位，在壓力機的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。

1.3依產品的加工方法分類，依產品加工方法的不同，可將模具分成沖剪模具、彎曲模具、抽制模具、成形模具和壓縮模具等五大類。

a.沖剪模具：是以剪切作用完成工作的，常用的形式有剪斷沖模、下料沖模、沖孔沖模、修邊沖模、整緣沖模、拉孔沖模和沖切模具。

b.彎曲模具：是將平整的毛胚彎成一個角度的形狀，視零件的形狀、精度及生產量的多寡，乃有多種不同形式的模具，如普通彎曲沖模、凸輪彎曲沖模、卷邊沖模、圓弧彎曲沖模、折彎沖縫沖模與扭曲沖模等。

c.抽制模具：抽制模具是將平面毛胚制成有底無縫容器。

d.成形模具：指用各種局部變形的方法來改變毛胚的形狀，其形式有凸張成形沖模、卷緣成形沖模、頸縮成形沖模、孔凸緣成形沖模、圓緣成形沖模。

e.壓縮模具：是利用強大的壓力，使金屬毛胚流動變形，成為所需的形狀，其種類有擠制沖模、壓花沖模、壓印沖模、端壓沖模。

2 表面處理技術

2.1 物理表面處理法

第一，高頻表面淬火。這種方法的使用原理是把模具 放在交變磁場當中，通過磁場產生的熱量來為模具材料加 熱。通過交變磁場的電流的頻率都比較高，而電流所產生 的熱量，能夠滲透的層次卻非常薄。所以，運用這種表面處 理技術進行模具表面處理之后，模具表面的硬度就會比較 高，經過多次的實驗研究可以得出結論，這種表面處理技 術比傳統的淬火工藝可以提高 HRC2-3，并且具有很大的 脆性，這就使得模具表面的疲勞強度要比傳統淬火工藝處 理之后的明顯地提高了，如果是小尺寸的模具，強度會一 般會變為原來的兩倍或更高。通過高頻表面淬火工藝進行 加熱，能夠利用溫度來更為精準的控制模具的硬度，對于 投入批量的機械化生產和自動化生產有著重要的意義。第 二，表面涂鍍層法。這種方法的原理相對來說較為簡單，主 要是通過鍍層技術將材料外加于模具的表面，這種方法能夠直接將性質比較優良的材料直接附加于模具上，使其能 夠完全保有鍍層材料的優勢，同時對于模具本身材料的影 響也比較小。運用這種表面處理技術，能夠更為精確地把 握鍍層的厚度，在不影響模具整體性能的前提之下，使其 具備鍍層材料的更高強度、更好的耐磨性，從而讓模具表 面能夠擁有更為理想的性能。第三，火焰表面淬火法。利用 這種表面處理技術進行加工時，主要使用到的材料是氧乙 炔，通過對模具表面進行相應的加工并且使其快速地冷 卻，讓模具表面的材料厚度控制在 2-10毫米范圍之內，從 而明顯地提升模具材料的抗摩擦性能，并且能夠在工藝裝 備完成之后，依舊保持模具裝配精度，且有效地簡化模具 配件的生產工序。只有通過這種方法，才能夠讓模具原本 的補焊修復擁有更為可靠的保證，提升模具材料的實際質 量，讓模具的生產工藝得以提升、生產效率顯著提高。

2.2 化學表面處理法

化學表面處理法和物理表面處理法的原理有著很大 的不同。它指的是將汽車沖壓模具放置到具備一定溫度的 活性介質中，讓介質中的一種或者多種元素逐漸地滲透進 模具材料的表面。這種處理方法不止是讓多種材料進行彼 此之間的融合，更重要的是，通過化學法來改變沖壓模具 表面材料的化學成分和化學性質，從而讓沖壓模具表面材 料能夠在表面處理技術的控制之下，達到一定的技術標 準。模具表面滲透入的元素不同，其表面的抗摩擦能力和 抗腐蝕能力的變化也會有很大的差別。通過模具滲碳，能 夠有效地提高模具整體的韌性，讓模具的表面強度具有明 顯的提升，其耐磨性也更好。運用這種表面處理技術，就可 以不再依賴于比較高級昂貴的材料，通過多種低級材料的 相互滲透融合，運用滲碳淬火的處理方法，達到與高級材 料處理之后類似的效果。這種表面處理技術，不止能夠保 證模具材料的質量能夠達到工藝要求，同時也可以幫助模 具生產企業有效地降低生產成本。除了滲碳處理之外，滲 氮處理也是較為常見的化學表面能處理法。這種表面處理 技術其實是同時向模具零件的表面滲入碳和氮氣，滲透的 過程中，液體和氣體會同時進入模具表面。這種化學處理 技術主要是通過將氮氣滲透到不同模具工件的表面，使其 具備更為優良的特定，結合模具淬火工藝，達到更好的產 品質量效果。滲氮工藝對于溫度的要求并不高，并且進行 處理的過程中，模具也不會發生明顯的變形，這就很大程 度上保持了模具的質量。

2.3 表面覆層處理法

第一，離子注入法。運用離子注入的方式，可以將金屬 元素以蒸汽或者氣體的形式進入電離室，并且把金屬元素 電離成為正離子，之后再通過高壓電場實現加速，并且以 極高的運動速度把正離子嵌入模具表面。離子注入的方式 能夠快速地形成非晶態或者飽和固溶體等結構，讓模具表 面的性質被改變，從而在力學性能等方面顯現出更為良好 的狀態，提升模具的抗摩擦能力與抗疲勞能力。第二，熱噴 涂法。熱噴涂技術主要是采用熱噴涂的方式，將金屬陶瓷 涂層噴涂在模具的表面，使模具具有更好的抗沖擊能力、能夠抵抗更高的溫度變化，并且抗疲勞能力也在很大的程 度上增強。使得模具表面具有更好的性能，滿足模具生產 的質量要求。第三，電鍍表面處理法。電鍍表面處理法對于 模具的形變影響比較小，模具在經過這種方法處理之后，并不會發生明顯的形變，并且這種表面處理技術也不需要 較高的溫度，模具的性能也不會受到影響。并且模具在經 過電鍍表面處理之后，由于鍍層本身的摩擦系數比較低，因此，模具的耐磨性能會大幅度地提高。但是鍍層一般抗 腐蝕能力比較差，如果對于模具的耐腐蝕性要求比較高，這種表面處理技術并不適用。

3結束語

高速發展的汽車產業需要高性能模具的支撐，高端模具需要高水平的模具強化技術。不同的表面處理技術具有不同的工藝特點，針對模具材質、前處理、噴涂及后處理過程選擇有效的方法即可。其中化學鍍層具有涂層致密、韌性好和高硬耐磨等優點，能夠滿足冷沖模具的使用要求。隨著環境對制造業低污染、低能耗及高性能的要求，綠色制造技術會擁有更加廣闊的市場前景。

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（作者單位：曲阜天博汽車零部件制造有限公司）