1 高强度板冲压模具表面处理类型

1.1 高强度板冲压模具表面处理类型

在高强度板冲压模具表面处理上，有金属碳化物扩散 TD 覆层处理技术和复合 PVD（物理气相沉积）涂层技术。TD 覆层是在一定的处理温度下,工件在特定介质中，通过热扩散在工件表面形成一层 5~ 20um 的金属碳化物覆层，为我公司现阶段成熟应用的高强度板冲压模具表面处理技术。复合 PVD 涂层是在工件上形成约 50um 离子氮化渗透加硬层并在表面形成约 4~8um 强化相纳米晶粒多层结构涂层。两种表面处理技术对比如表 1 所示。

从表 1 可看出，复合 PVD 涂层具备以下优势：低温处理，基材变形量小，补焊模具亦可做；模具可重复涂层，提升模具使用价值。

1.2 复合 PVD 涂层技术

PVD  涂层处理技术，是在模具镶块表面形成表面强化相，工艺温度 500℃左右，基材变形量小，同时是一种清洁工艺，但 PVD 涂层与模具基体属于机械结合，涂层结合力效果一般。一般认为，模具镶块基材硬度越高，其对涂层支撑越好，涂层结合力表现越好。PVD 结合等离子氮化（PN+PVD）即复合 PVD 涂层表面处理技术诞生。

复合 PVD 涂层技术，在模具基体上形成离子氮化渗透加硬层并形成表面强化相纳米晶粒多层结构，提高模具的硬度、耐磨性、抗咬合性及抗粘连性等，解决冲压生产拉毛、用油量大等问题。目前冲压成形模具运用广泛的为 PN+AR 系列，即等离子氮

化+靶材 CrAlTiN^[3]。复合 PVD 涂层结构如图 1 所示，表层为 PVD 纳米晶粒多层结构，由内到外依次为应力吸收膜、应力吸收膜与高硬度膜交叉膜、低摩擦系数膜；中间层为低压等离子氮化层，硬度介于涂层与基体之间，对涂层起支撑作用，缓解冲击变形，提高模具抗疲劳磨损；内层为模具基材，高温回火热处为验证复合 PVD 涂层技术在高强度板冲压模具上的可靠性，在瑞风 S7 项目上选取生产拉毛较严重的典型冲压件成形类模具进行工艺验证。

2 复合PVD涂层技术工艺验证

验证件信息如表 2 所示。

2.1 工艺验证准备

热处理工艺回火温度对复合 PVD 涂层非常重要，若前者低于后者，会导致模具镶块经涂层处理后出现两大异常：模具镶块基材硬度降低；模具镶块变形量较大。复合 PVD 涂层技术工艺温度一般为

480℃~500℃，所以对需要做复合 PVD 涂层的模具镶块热处理工艺回火温度必须＞500℃（高温回火）、回火次数 3 次、HRC 55~61。

为保证复合 PVD 涂层效果、使用寿命及验证测试工作的顺利进行，对复合 PVD 涂层处理的冲压模具镶块进行硬度全检测，硬度均在 HRC58~60 之间，符合要求。

在涂层厂家进行复合 PVD 涂层处理后，用大理石平台，塞尺对镶块底面进行变形量检测，经检测，复合 PVD 涂层处理后镶块变形量很小，在每 10cm 范围内变形量仅 0.01~0.02mm。如表 3 所示，对复合 PVD 涂层处理的镶块的主要性能指标硬度及结合力进行检测，均达到技术指标要求。

2.2 装配验证

如图 2 所示，经验证，复合 PVD 涂层技术处理后的模具镶块可直接在原位置重新安装，无额外的研配工作，且装配完成之后的镶块拼缝间隙、台阶段差均为 0.1mm 左右，满足模具相关标准。

2.3 生产验证

复合 PVD 涂层技术处理的模具镶块装配过程很顺利，镶块拼缝状态基本和处理前一致。通过批量生产验证，发现能够有效解决冲压件生产拉毛问题。生产验证如表 4 所示。

2.4 复合 PVD 涂层与 TD 覆层在高强度镀锌板冲压模具上的对比验证

根据生产经验，高强度镀锌板冲压模具经模具表面处理，可优化生产过程中脱锌粉现象，但无法完全消除，特别是镶块拼缝处。如表 5 所示，为验证复合 PVD 涂层与 TD 覆层在高强度镀锌板冲压模具上对改善脱锌粉现象的效果，对前地板中央通道右连接板对应的模具进行 TD 覆层处理。通过批量生产验证，发现复合 PVD 涂层对改善脱锌粉现象优于 TD 覆层。

3 工艺验证结论

（1） 复合PVD 涂层能够有效解决高强度板冲压件生产拉毛问题，表面处理镶块变形量小，镶块拼缝质量比 TD 覆层好，大大缩短了模具装配时间和调试周期和成本，镶块拼缝处零件质量与表面处理前基本一致。

（2） 复合 PVD 涂层工艺温度 500℃左右，基本对模具基材性能无影响，可重复涂层次数达 5～10 次，较 TD 覆层有极大优势，可适用于需求冲次 20 万以上的冲压模具，便于重复处理，减少模具复制。

（3） 最终采用何种措施来解决工件的拉伤问题，除要考虑效果的有效性外，还必须考虑产品的批量大小、实现的难易程度及其经济性等方面的问题，最后再选择最合适的方法。