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汽車鑲塊式組合模具TD覆層處理容易出現的問題及其解決方法建議

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人氣:-發表時間:2014-05-29 09:30【

更節能和更安全是汽車發展的兩個重要方向。汽車要節能重要的方法是減輕汽車重量,而要確保汽車的安全,就必須保證汽車的整體強度。采用高強重比的材料以上兩方面問題可以得到有效改善。盡管高強重比的材料很多,但考慮資源與成本等方面的因素,采用高強度鋼板具有更大的優勢,所以現代汽車行業大量采用高強度鋼板。與傳統低強度鋼板相比,高強度鋼板沖壓成型比較困難,主要表現在以下兩方面,一方面是工件成型過程中的回彈問題,另一方面是模具與工件表面容易出現拉傷。前者,只有不斷總結高強度鋼板成型特點,并不斷完善模具結構,才能終達到生產合格零件的要求;后者的解決方案很多,但目前有效而經濟的解決方法是對模具進行TD覆層處理[1]。實踐表明,TD覆層處理除可以根本上消除各類鋼板成型過程中工件表面與鋼鐵模具間的拉傷問題以外,還由于TD覆層具有很高的硬度和耐磨性能,可以大幅提高模具壽命,具有很高的使用價值。隨著人們對該技術價值的不斷認識,TD覆層處理技術在汽車模具上的使用量正快速增多。

TD覆層處理技術在日韓等國的汽車行業應用比較早,應用比較普遍也比較成熟。近年來國內汽車行業的迅猛發展,該技術在我國汽車模具上的應用量正快速增加。大量的實踐表明,由于國內大量汽車企業包括歐美汽車廠家對于TD覆層處理技術了解不深,加上國內原材料市場極其混亂和一些模具企業一味降低生產成本,TD覆層處理技術在汽車模具特別是汽車鑲塊式組合模具的應用中出現了大量的問題,有時甚至使模具報廢。本文筆者總結近十年來對各類汽車模具的TD覆層處理實踐,就有關問題的出現原因及其解決方法提出一些建議。

一、 TD覆層處理技術在汽車行業的主要應用

TD覆層處理技術的主要特點是:覆層具有極高的硬度,如常用的碳化釩覆層硬度HV高達2800以上,具有極高的耐磨,抗粘接等性能;:覆層與母材結合力高,遠優于常見的鍍硬鉻和各類低溫氣相沉積,如物理或物理化學氣相沉積(PVD或PCVD);第三:處理時不受工件形狀限制并可以重復處理。實踐表明,TD覆層處理技術在拉伸(拉延,引伸),彎曲,翻邊,冷鐓,沖裁,冷擠,板料滾壓成型,壓鑄,橡膠或塑料成型,粉末冶金等模具上已取得極其優異的使用效果,或根本上解決模具表面拉傷問題,或大幅度提高模具使用壽命。眾所周知汽車是由大量的各種零配件組裝而成,這些零部件又是用各類模具經過沖壓,輥壓,壓鑄等方式成型的,這些模具經過TD覆層處理一般都能取得較好的使用效果,所以可以預期TD覆層處理技術對于汽車制造業的作用將會越來越大。在進行TD覆層處理的汽車類模具中以底盤類零件的鑲塊式結構的組合模具數量多,而TD覆層處理出現問題多的也是這類模具,以下分析此類模具TD覆層處理容易出現的問題,并就一些解決方法提供一些建議。

二、 汽車鑲塊類組合模具TD覆層處理容易出現的問題及其解決方法建議

1、 由于TD覆層處理變形引起的問題及有關解決方法建議

TD覆層處理技術是一種高溫處理技術(溫度850℃-1050℃,一般920℃-1040℃),一般鋼制模具在此溫度下處理后原有熱處理組織和性能已破壞。為使模具TD覆層處理后達到綜合使用性能,希望基體硬度比較高(一般要求HRC56以上)以支撐表面覆層,如此TD覆層處理后的模具都有一個淬火回火的熱處理過程,由于加熱和冷卻過程中不可避免有熱應力、組織應力,TD覆層處理前后材料組織結構變化,以及材料內部各向組織及成分差異,TD覆層處理后工件變形無法避免。

TD覆層處理后模具變形分以下兩種,種是模具鑲塊整體收縮或膨脹(體積變形),種是模具鑲塊形狀變形(畸形變形)。前者變形的根本原因是TD覆層前后模具鋼材內部組織結構的類型及數量發生了變化,而每種相結構的比容不同,導致鑲塊TD覆層處理前后體積膨脹或收縮。鑲塊收縮,鑲塊間的接縫加大,工件表面會留下壓痕,嚴重時模具報廢。鑲塊膨脹,為裝配鑲塊研配量加大。實際上此種變型量可以大幅調整,方法是通過對材料及原有熱處理條件的充分了解,采用一系列改變相結構及數量的方法一般可以大幅減少此類變形量。的供應商可以針對具體情況對此類變形進行有效的調整。

模具鑲塊的形狀變形是在TD覆層處理的加熱和冷卻過程中,工件內應力及材料的各向異性所引起,此種變形不可逆,危害比較大,具體表現是鑲塊或扭曲,或彎曲,或鑲塊邊緣凸起,或鑲塊與模座的支撐平面變成凹凸不平或上述幾種變形的組合,以下分別分析。

1)鑲塊發生扭曲或彎曲,往往不容易矯正,雖經過研配,鑲塊之間的接縫明顯,用這種模具生產的產品上有明顯壓痕,嚴重時不能正常生產;

2)鑲塊邊緣凸起,此種情況容易發生,解決方法可以在鑲塊邊緣倒角,以克服鑲塊邊緣的凸起對沖壓件的切割,損害沖壓件的強度和外觀,但這樣處理必然會在沖壓件上留下壓痕;

3)TD覆層處理后的鑲塊與模座相配的支撐平面變成凹凸不平,此種情況實踐中也比較常見,其危害是如不對鑲塊進行研配,工作時鑲塊與模座的配合面受力不均勻,容易使鑲塊受很大的拉應力,嚴重時鑲塊被壓開裂,所以一般對于模具鑲塊的配合平面需要打磨找平,由此帶來的問題是,由許多鑲塊組合的模具因各鑲塊打磨量不同,會帶來鑲塊接縫處的高低差別,如此也會在沖壓件上留下壓痕。

根據上述分析也是實踐中的經驗,由于TD覆層處理變形問題的客觀存在,對于大型外觀要求嚴格的鑲塊組合模具如覆蓋件模具不適合做TD覆層處理。

要減小模具TD覆層處理的變形,必須在模具選材,模具設計,模具熱處理等方面特別注意,以下是一些建議:

1) 模具選材方面,主要是要選擇熱處理變形量小的鋼材,具體來說一般選擇高合金品質優良的鋼材。選用高合金鋼材是要確保材料的高的淬透性能和熱處理微變形性能,目前應用較多的是高鉻冷作模具鋼,如Cr12MoV,Cr12Mo1V1,SKD11,D2,XW-42,DC53等,所謂品質優良,是冶煉鍛造質量高,以減小材料內部的成分偏析和由于偏析帶來的材料各向異性和淬火變形開裂傾向。

2) 設計方面要避免細長,薄板,L型,以及截面的急劇變化,以減小加熱冷卻過程中的內應力,進而減小畸形變形。

3) 熱處理方面,模具鑲塊的熱處理狀態決定了TD覆層處理前的組織結構狀態,要保證TD覆層處理后的組織狀態與處理前的狀態完全一直,一般比較困難。但TD覆層處理加工前通過對原始的模具鑲塊熱處理工藝的充分了解,并調整TD覆層處理后的熱處理工藝可以大幅度減小變形量,并減少隨后的調整模具尺寸所需要的時間。

2、 由于補焊帶來的問題及解決方法建議

汽車零件形狀各異,加上高強度鋼板沖壓時易回彈,模具制造商在交付模具前的調模過程中,會對模具型面不斷調整,調整的方法主要是補焊或打磨。還有因模具加工過度或誤加工,為節省成本,有些廠家通過補焊將模具修復。所以大型汽車沖壓模具工作面經常有補焊存在。不同的生產廠家及不同的現場生產條件補焊材料及補焊工藝各不相同。要是模具沒有后續的熱處理過程,補焊過的模具因能生產出合格的產品,很容易通過模具發包方的驗收。但補焊過的模具,由于補焊部位與原來的母材組織結構不同,而各種組織的熱膨脹系數不同,所以補焊后容易出現裂紋,即使補焊時未出現裂紋,在隨后TD覆層處理的加熱和冷卻過程中會由于各部位的膨脹收縮量不同,容易在補焊部位形成很大的內應力,當內應力高于材料強度時就會產生裂紋。我們的經驗是除極少數模具制造商外,一般由模具制造商自行補焊的模具在隨后的TD覆層處理過程中十有八九會在補焊部位出現裂紋。更為嚴重的是,如模具材料的淬透性比較差,必須通過油冷之類的激烈冷卻方法才能發生馬氏體轉變的模具,如有補焊存在,TD覆層處理后很容易在補焊部位形成大的裂紋,嚴重時使模具直接報廢。

要解決模具補焊后TD覆層處理后的裂紋問題,除對模具的原材料要求比較高以外,對于補焊材料及補焊工藝必須嚴格控制。一般對于壽命要求很高的模具不建議有補焊存在。

3、 由于摩擦系數變化帶來的問題。

TD覆層處理后的模具表面由致密的金屬碳化物組成,這樣模具TD覆層處理前和處理后與被成型板料間的摩擦系數發生變化,一般而言摩擦系數會大幅降低;此外TD覆層處理前一般都要對模具表面進行拋光處理,使模具表面粗糙度大為降低。以上兩因素都會使TD覆層處理后的模具與板料間的摩擦力大為減小,并使生產時板料的走料狀況發生大的變化,這種情況特別是形狀比較復雜的成型模具更容易出現問題,模具設計調試時上述因素必須考慮,否則有可能會帶來模具無法正常生產的后果。解決方法是必須在TD覆層處理之前模擬TD覆層處理后的表面狀況,來預測TD覆層處理后模具的生產狀況,具體方法可以在模具表面增加潤滑,以減小摩擦系數。


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參考文獻

[1]彭智虎,唐麗文,拉伸類模具的表面拉傷問題及其防止措施[J],模具工業,2006,32(1),69-73.

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