模具表面TD处理工艺及其发展趋势

文/王刚，惠锦阳·江铃五十铃汽车股份有限公司

模具表面TD处理工艺及其发展趋势

文/王刚，惠锦阳·江铃五十铃汽车股份有限公司

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，为了满足产品质量，特别针对汽车安全性能的要求越来越高，而且汽车所用的钢材强度越来越大，对模具质量的要求也不断地提高。而模具在生产过程中容易拉伤，为了解决模具的拉伤问题，我们对汽车模具表面必须进行强化处理，而强化处理的方法虽然较多，但目前TD处理是最适合、实用的。模具通过TD处理后，会大大提高模具表面的耐磨性和母材的韧性，在一般条件下和普通模具相比，它的使用寿命要提高8倍以上，同时会降低产品的不良率10％以上，也节约了反复修模、装模的次数，更重要的是为企业节约了生产成本，改善了员工的工作环境。TD处理适用于汽车的镶块模具、各种挤压模、滚压模、弯管模、成形模、折弯模、扩口及缩口模、变薄拉伸模、冲头等。本文着重介绍TD处理在冲压模具镶块中的应用。

模具表面处理的前提——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，因此补焊方法就显得尤为重要。

现状

产品拉伤主要是由于模具表面质量缺陷引起。模具表面存在表面缺陷，生产过程中因产品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，就形成了一道道的刮痕。模具经常长期使用，模具开裂、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，补焊方法令人深思，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、经验积累，总结出了目前补焊方法的误区与正确的补焊方法，为下一步的模具表面处理提供了坚实的基础。

模具表面TD处理，是解决产品拉伤的终极手段，用以提高模具表面硬度，提高模具表面光洁度来解决产品拉伤。

模具表面TD处理

工艺流程

模具表面TD处理的工艺流程为：前处理—TD处理—淬火—后处理—清洗—回火—检测—包装出货。

工作原理

模具表面TD处理的工作方法即高温盐处理法，该方法是一种高温处理技术（温度850～ 1050℃），是将钒加热使其扩散，利用素材中析出的C，形成皮膜。其主要特点是：（1）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、抗粘接性能。（2）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），但有一定的局限性：①仅限于SKD11或Cr12MoV类材料，其他材质镶块进行处理后，效果不明显；②镶块经过高温处理后，扭曲变形严重，难以控制，镶块拼缝间隙明显增大，不适于外板件模具；③不适用于有补焊或有隐藏裂纹的镶块，TD处理后镶块极易断裂或裂纹扩展，甚至可能造成模具报废。

图1 TD覆层皮膜形成示意图

处理前模具材料钢材的选择

在选择材料时，一定要选择符合TD处理条件的模具钢材，如国内的Cr12MoV、Cr12Mo1V1，日本的SKD11、DC53，美国的D2，瑞典的AB88，德国的2379，以上牌号的材料都适合做TD处理。其中，瑞典的AB88最好，TD处理后母材硬度可达到60HRC以上，尺寸变化也很有规律，变化率在0.015％之内；日本的SKD11、美国的D2、德国的2379这类模具钢材在TD处理后，母材硬度在（58±3）HRC，尺寸变化率在0.02％左右；国内的Cr12MoV在TD处理后母材硬度和尺寸的变化稳定性较差，主要原因是由材料质量不稳定引起的。Cr12MoV在TD处理后，母材硬度和尺寸变化相对来说是可以控制的，根据我们的经验总结，需要做TD处理的模具材料，最好选择国内的Cr12Mo1V1，其次是Cr12MoV，具体见表1。

■表1 模具材料的选择

■表2 TD处理与其他表面处理方法比较

常见问题

（1）模具在TD处理过程中，会出现母材硬度不够，尺寸无法调整，达不到模具使用要求的情况，选择模具钢材牌号不对或钢材的质量太差是问题的主要因素。其解决办法就是正确选择适合TD处理的优质模具钢。

（2）在TD处理前，模具有焊接的，通过TD处理后会出现焊接部位不成膜或有焊接裂纹的产生。焊接材质与母材不符或焊接方法需改进是问题的主要因素，解决办法是正确选择与母材相符的焊接材料。补救措施为可除掉焊接部位表面深度为0.5mm厚的焊接部位，重新焊接与母材相同的焊接材料。

（3）旧模具通过多次TD处理后，会引起模具表面成膜不理想，耐磨性差及开裂现象。主要因素是：模具通过多次TD处理后母材表面的碳素会不断减少，皮膜的厚度不断下降，同时母材表面脱碳层也越来越深。当母材表面脱碳层深度达到0.5mm以上时，模具成膜不好，此时也会引起模具开裂。模具出现以上情况时，TD处理就不可进行了，TD处理与其他表面处理方法比较见表2。

处理后模具的变形量

模具镶块的TD处理也就是一个二次淬火的过程，它的组织变化与真空淬火后的组织变化基本一样。不同的是TD淬火的介质和真空淬火的介质不同。

真空淬火的介质是油和氮气，在常温下这两种介质在镶块淬火时冷却速度较快、热应力释放也较大；在这种情况下如果保护不当，就会引起镶块的变形和开裂；一般来讲，真空热处理的变形要比TD处理的变形要大，开裂的可能性大。

TD淬火的介质是等温工业盐、淬火温度在500℃左右，TD淬火是一个缓慢的过程，从1030℃到70℃冷却时间需要5～7h，在这个过程中它的冷却速度较慢，释放的热应力要小。一般来讲，TD处理后模具镶块的变形量及开裂的可能性很小。我们将变形分两种：平面和侧面的变形及尺寸的变化。平面和侧面的变形我们基本控制在0.05～0.1mm之内。尺寸的变化量参照日本的行业标准，汽车模具的长、宽、高则在±0.1mm左右。

处理后的保养

TD处理后的模具镶块抗腐蚀功能很好，在使用过程中需注意模具工作表面和型腔内的清洁，适当地涂点拉延油即可。

模具补焊容易出现的问题及其解决方法

模具经过长期使用，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缺陷，通过日常维护补焊是不能消除以上模具缺陷的，即使有模具表面处理技术，也很难达到预期效果。补焊不仅要满足补焊的最基本要求，在补焊的过程中还需注意细节，细节决定了补焊效果。下面就分析补焊过程中容易出现的问题，并提供一些建议。

（1）补焊开“V”形槽，补焊后易开裂。开“V”形槽，补焊后有尖角，易产生应力集中，易开裂，正确方法是开“U”形槽，可降低开裂风险。

（2）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。

（3）烘烤除油后，“U”形槽附近涂抹红丹粉距离太近，易产生气孔。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，在补焊过程中，红丹粉遇高温后产生气体，易产生气孔，电焊车间不允许使用电风扇和冷气的道理一样。

（4）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，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。

（5）附近多处开裂，多处开槽，多处补焊。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。解决方法是在位置很近的部位开一个大槽，再进行补焊。

（6）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。对于选择焊条，建议使用与母材材质一致的焊条。

结束语

通过使用模具表面处理技术解决产品拉伤，是汽车模具行业发展的趋势，也是时代发展的必然。模具表面处理技术在日本汽车行业、钢铁行业中运用成熟，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，也是未来中国汽车行业发展的必然趋势。模具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，关系着产品拉伤是否能一次性解决，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。