汽车覆盖件模具表面处理技术

文/刘年贵·江铃五十铃汽车有限公司

汽车覆盖件模具表面处理技术

文/刘年贵·江铃五十铃汽车有限公司

汽车表面覆盖件成形过程中易产生拉伤质量缺陷，模具表面处理方法是解决此缺陷的有效措施。此外，模具补焊方法也可以提高模具表面质量、生产效率、模具使用寿命、降低维护成本和提高产品质量的可靠性。

模具表面处理技术应用背景

在当今激烈的汽车市场竞争中，对汽车质量提出了更高的要求，尤其是表面覆盖件，模具经过长期使用，表面形成凹槽、拉痕、砂孔，产品拉伤质量缺陷频繁发生，质量得不到有效保证，生产难度不断加大，使工厂受到了前所未有的压力。

模具表面处理，是解决产品拉伤质量缺陷的有效途径。一般来讲，模具表面处理方法通常有三种，包括电镀、TD处理、熔射，这三种模具表面处理方法各有利弊，运用得当可以成为解决产品拉伤质量缺陷的有力措施。模具表面处理的前提是，要求模具拉延筋光顺、模具表面无砂孔、积瘤、凹坑、裂纹等缺陷，基于此补焊方法就显得尤为重要。

产品拉伤，主要是由于模具表面质量缺陷引起。模具存在表面缺陷，因产品在流动过程中与模具表面缺陷（如砂孔、积瘤、凹坑、裂纹等）受力摩擦，产品表面像被“利刀”刮擦，表面就形成了一道道的刮痕。模具经长期使用，开裂、损坏现象时有发生，且原先隐藏的砂孔由于长期磨损而逐渐显露，致使产品拉伤严重，产品质量无法得到保证，增加产品返修成本。

模具因维修不当、补焊方法不当导致的气孔、裂纹，造成模具本体一而再地被破坏，补焊方法引发了一轮新方法的思考与实践探索。经过长期思考、现场观察与经验积累，需要总结目前补焊方法的误区与正确补焊方法，为下一步的模具表面处理提供坚实的基础。

三种模具表面处理方法

电镀

电镀也称镀铬，利用电解原理使金属（铬）沉积在制件表面，形成均匀、致密、结合力良好的金属（铬）层。电镀处理，主要优势在于：模具表面覆盖一层厚10μm（R角部位20～40μm）左右的金属铬皮膜，铬层均匀，表面光洁度得到极大改善，有利于板料成形；铬层皮膜硬度800～1000HV，具有较高的耐磨性能，可有效解决拉伤，减少包点发生率；电镀处理过程中温度低，在100℃以下，不会使电镀模具发生扭曲变形，极大地保证了模具原始状态，减少了后期模具调试工作；电镀后模具可反复进行电镀处理，可有效保护模具本体，提高模具使用寿命。

但电镀也存在不足之处，主要表现在：对于产品料厚超过1mm的高强度钢板类成形模具，电镀寿命大打折扣；经过一段时间的使用后，镀层会逐渐剥落，需定期进行电镀处理，相对于其他表面处理方法，成本较高；当模具使用Ni或Cr含量超过35％的焊条补焊后，金属铬无法附着，不能形成铬层皮膜。

TD处理

TD处理即高温盐处理法，是一种高温处理技术（温度850～1050℃），将钒加热使其扩散，利用素材中析出的C，形成皮膜。TD处理的主要优势在于：覆层皮膜具有超高的硬度，如常用的碳化钒覆层硬度高达3200HV，具有超高的耐磨性、抗粘结性能；覆层与母材结合力高，远优于镀铬和熔射，以及各类低温物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积法（CVD）。

但TD处理技术也有一定的局限性，主要表现在：仅限于SKD11或Cr12MoV类材料，其他材质的镶块处理后效果不明显；镶块经高温处理后，扭曲变形严重、难以控制，镶块拼缝间隙明显增大，不适于用外板件模具；不适用于有补焊或有隐藏裂纹的镶块，这是因为TD处理后镶块极易断裂或裂纹扩展，甚至可能会造成模具报废。

熔射

熔射是将高硬度材料以超高速度喷射，使其与基材表面相结合的技术，形成更致密、密着力更大的皮膜。一次性形成保护膜的厚度大约为20μm，为了使其更耐磨以及防止擦伤，一般会最终叠加到50～100μm。通常，同一表面会进行2～3次熔射作业。熔射处理的主要优势在于：熔射皮膜主要材料为WC和合金陶瓷材料，其表面硬度可达1000～1200HV，具有超高的耐磨性；对母材无任何限制，铁系母材均可进行熔射处理；熔射颗粒接触母材温度只有130℃，避免高温造成母材变形；母材可根据需要进行局部熔射处理，减少了不必要的成本投入。

熔射的局限在于，熔射后手工抛光，很难达到公差在20μm内的精度要求。且在熔射前期，模具必须经过喷砂处理，极有可能将母材隐藏的砂孔显露、裂纹扩展，甚至造成模具龟裂，产品拉伤更严重。

表面处理技术的比较

三种表面处理技术的比较见表1。

表1三种表面处理技术的比较

表面处理技术结合运用

经过试验验证，模具在以下几种情况时，三种表面处理技术可相互结合运用、取长避短。具体包括：

⑴材质为Cr12MoV、SKD11类镶块结构内板件模具，优先采用TD处理技术，也可采用熔射技术，均可达到理想效果。

⑵母材有大量隐藏的砂孔和裂纹时，补焊后仍无法消除以上缺陷，外板和内板件模具均可采用电镀技术，但要注意补焊焊条材质。

⑶母材有大量隐藏的砂孔和裂纹时，经过补焊消除了以上缺陷后，内板件模具优先采用熔射技术，外板件模具优先采用电镀技术，成形凸模只允许使用电镀。

⑷在运用电镀和熔射技术时，母材不允许使用电火花补焊，因为电火花补焊附着力差且浅，熔射前的喷砂处理会将原补焊点全部打落，且电火花的焊条材质是纯Ni，电镀效果差，不能形成电镀皮膜。

补焊易出现的问题及解决措施

经过长期使用，模具表面形成砂孔、积瘤、凹坑、裂纹等缺陷，致使产品出现拉伤等质量问题。通过日常维护补焊，不能消除以上模具缺陷，即使有模具表面处理技术，也很难达到预期效果。所以补焊不仅要满足最基本要求，还需注意细节，这会最终决定补焊效果。下文就分析补焊过程中容易出现的问题，提供一些建议。

⑴补焊开V形槽，补焊后有尖角，易产生应力集中造成开裂，正确方法是开U形槽，可降低开裂风险。

图1开槽过多

表2冲压模具的焊条使用分类

⑵开槽后用乙炔火焰高温烘烤除油，补焊后析出的C不利于焊条与母材结合。开U形槽后，用乙炔火焰外焰烘烤，且喷嘴离模具的距离为60～100mm，温度控制在180～200℃。温度一旦过高，模具会析出黑色C粉末，影响焊条与母材结合。

⑶烘烤除油后，不宜在离U形槽非常近的位置涂抹红丹粉。涂抹红丹粉是为了阻碍焊渣与母材结合，但红丹粉与U形槽距离太近，补焊过程中红丹粉遇高温后产生气体易产生气孔，这与电焊车间不允许使用电风扇和冷气的道理一样。

⑷补焊后，敲打力度不够、无方向性。补焊后立即敲打，敲打是为了消除应力，增大焊接处密度、消除气孔，敲打力度不够很难达到预期效果，敲打至扁平状，且敲打应从后往前。

⑸附近多处补焊，开槽过多，容易造成多处开裂，见图1。补焊位置太近，再次补焊影响边缘已焊部位，增加裂纹产生的几率。可以在位置很近的部位开一个大槽，再进行补焊。

⑹使用高硬度焊条补焊，误以为不易拉伤，反而易产生裂纹、气孔。使用高硬度焊条补焊，在冷却过程中，补焊部位与母材冷却速度不一致，导致裂纹、气孔的产生。焊条的使用，建议使用与母材材质一致的焊条，不同的材料使用不同的焊条，具体情况可参考表2。

结束语

模具表面处理技术在日本汽车行业、钢铁行业中运用纯熟，是解决产品拉伤质量缺陷、提高模具使用寿命，降低维护成本的一种手段，也是我国未来汽车模具行业发展的趋势、时代发展的必然。模具的补焊修复方法的正确与否，关系着模具表面处理效果的好坏，关系着产品拉伤能否一次性解决，同样也关系着后期的模具维护保养，补焊过程中的细节决定着模具补焊后的状态，还需要做进一步的研究和探索。