冲压件表面拉毛控制方法

作者:安徽江淮汽车股份有限公司 刘迪祥 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2019-07-16
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安徽江淮汽车股份有限公司 刘迪祥

冲压件拉毛是生产过程中常见的一种质量缺陷(见图1),在各大汽车生产厂中普遍存在。这种质量缺陷不仅降低了生产过程的稳定性和生产效率,导致零件报废率上升,还会使模具发生更严重的磨损,降低模具寿命和冲压件精度,增加修模次数和生产停机时间。

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       拉毛的实质是由于工件和模具表面局部出现粘着(咬合)。改善拉毛问题有多种方法,但其基本原理都是改变模具与被加工零件之间摩擦副的性质,使摩擦副由不易粘着的材料代替。模具进入生产地点调试阶段后,改善拉毛问题一般有如下方法:改变模具材料,增加模具光洁度及模具硬度;对模具表面进行处理,如镀硬铬、PVD及TD等;对模具型腔涂覆纳米涂层,如RNT技术等;在模具与被加工零件之间加一层其他物质,使被加工零件与模具分离(如涂润滑、特种润滑剂,或加一层PVC之类材料);使用自润滑镀层钢板。

 

改善拉毛的常用方法
       1. 合理选择模具材料
       模具材料选用的普通薄板一般采用MOCr材质,火焰淬火后硬度一般可达到48~53 HRC。模具钢SKD11、CR12MOV等是大家公认的耐磨抗咬合材料,热处理后硬度可以达到58~63 HRC。表1所示为常用的成形模具建议用材。

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       2. 提高模具表面光洁度
       模具表面光洁度不够,存在气孔、砂眼等情况是冲压件拉毛的主要原因之一(见图2)。较好的模具表面光洁度和及时保养能有效减少模具拉毛。

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       3. TD处理
       TD处理是热扩散法碳化物覆层处理(Thermal Diffision Carbide Coating Process)的简称,通常用于镶块结构。其原理是将工件置于熔融硼砂混合物中,通过高温扩散作用于工件表面形成金属碳化物覆层。
       

TD覆层处理的主要特点有:覆层硬度高,HV可达3 000左右,具有较高的耐磨、抗拉伤和耐蚀等性能。TD覆层处理后与处理相比前耐磨程度可提高44.9倍,使用寿命在10万台以上。但TD覆层处理对模具材料的要求很高,如SKD11、DC53、D2和Cr12MoV等,且属于高温处理,在热处理过程中容易产生变形甚至开裂,一般修补过的模具在焊缝处也会出现开裂现象。
       

随着冲压件大范围使用高强度板及特征越来越复杂,这类制件对模具的整体性能要求更高,其通常都采用镶块结构。镶块的表面处理工艺目前有TD、镀硬铬、渗氮和PVD等。
       

4. PVD 处理
       PVD即物理气相沉积法,PVD涂层即是采用物理气相沉积方法制造的表面涂层。其特点如下:具有良好的抗拉伤性能,镀层硬度可以高达2 800~3 300 HV,甚至更高,因而具有优异的耐磨性能;处理温度比较低,工件变形量小,可多次处理而不影响寿命等优点;材质要求及寿命与TD相当,成本也相当,但在基体硬度不够的情况下,在拉深类模具和成形压力大的模具上使用时很容易使镀层脱落,发挥不出其抗拉伤和耐磨效果,进行了基层渗氮复合处理则使用效果良好。PVD工件如图3所示。

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       5. 镀硬铬处理
       外板模具尺寸一般都较大,如采用拼镶块结构,拼缝处会有拉伤,故大多采用整体结构。整体结构的外板模具表面处理大多采用镀硬铬工艺(见图4),但其表面硬化效果有限,约HV 1 000左右。此外,镀硬铬的镀层与模具母材是机械结合,在成形压力较大时容易脱落,镀层一旦脱落抗拉伤性能就会失去,当表面硬化层磨损后拉毛又会出现。表面硬化层寿命一般为5~10万台左右。

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       6.纳米技术
       RNT是近些年一个新兴的技术,其工作原理是将RNT涂层液对模具型腔进行涂覆后,通过压力使涂层纳米分子扩散并作用于模具表面形成纳米金属碳化物覆层。其过程由内向外扩展,厚度与硬度随模具工作时间的增加而增加,涂层厚度范围为0.1~1 mm,涂层硬度范围为1 100~1 600 HV。其厚度与硬度由内至外随模具工作时间与涂覆次数的增加而增加,即使在模具承受较大载荷时也不会因基材塑性变形而导致表面的涂覆层脱落失效。涂履RNT涂层一次,一般可保证100~500件不拉毛,但该技术对拉毛严重的零件、生产过程发热的零件和超高强板的应用还不成熟,且使用成本较高。使用RNT之前后的拉毛情况对比如图5、图6所示。

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       7. 使用润滑剂
       在生产过程中使用合理的润滑剂可以有效改善摩擦条件,减少拉毛,其主要作用是用润滑油膜接触副隔开。涂油一般用手工涂油或在线头采用自动化设备涂油。另外,使用润滑剂还可有效减少暗伤、开裂问题,但易导致环境脏乱滑的问题。
       

为改善涂油对作业环境的影响,近些年宝钢、武钢和马钢等钢铁企业开发了自润滑钢板。自润滑涂层钢板具有优良的自润滑性、耐腐蚀性、耐指纹性、加工成形性和涂装性等性能。在钢板上辊涂一层有机涂层,在冲压成形过程中不需要再涂润滑油,但使用成本稍高,还未被广泛使用。

结语
       由于成型负荷和所成形材料千差万别,采用何种或几种措施来解决工件表面的拉伤问题,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。需根据企业的实际生产情况,选择最合适的方法。  

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