TD覆層處理工藝及其在汽車沖壓成形模上的應(yīng)用

TD覆層處理工藝及其在汽車沖壓成形模上的應(yīng)用(2007/10/12) 作者：彭智虎（長(zhǎng)沙特耐金屬材料科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410011）模具工業(yè) 2007年第33卷第9期（6264） 摘要：介紹了TD覆層處理工藝，分析了汽車沖壓成形類模具表面拉傷問題及其解決方法，結(jié)合實(shí)例說明了TD覆層處理在此類模具上的應(yīng)用效果，指出了采用該工藝應(yīng)用上了一些注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞：TD覆層；汽車；模具壽命；拉傷中圖分類號(hào);TG17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào);1001-2168(2007)09-0062-03Application of TD cladding technology in stamping forming die for automotivePENG Zhi-hu(Changsha Topwellwear Metal Material Science Co., Ltd, Changsha, Hunan 410011, China)Abstract: The TD cladding processing technology was stated. The pull scuffing problem in the surface of stamping forming dies for automobiles, and the solution were analyzed. The application effect of TD cladding technology on the dies surface was illustrated. The precautions in applying the technology were presented as well.Key words:TD cladding; automobile; service life of die; pull scuffing1 引言TD覆層處理是熱擴(kuò)散法碳化物覆層處理（thermal diffusion carbide coating process）的簡(jiǎn)稱。該工藝由日本豐田中央研究所于70年代首先研制成功并申請(qǐng)專利，簡(jiǎn)稱TD處理。我國也稱作熔鹽滲金屬，其原理是將工件置于熔融硼砂混合物中，通過高溫?cái)U(kuò)散作用于工件表面形成金屬碳化物覆層，該碳化物覆層可以是釩、鈮、鉻等元素的碳化物，也可以是其復(fù)合碳化物，目前應(yīng)用最廣泛的是碳化釩覆層。碳化釩覆層的主要特點(diǎn)是;(1)    覆層硬度高，可達(dá)28003200HV，遠(yuǎn)高于滲氮和鍍硬鉻（見表1），具有良好的表面耐磨、抗拉傷、耐腐蝕等性能。表1 幾種表面處理及材料硬度比較工藝滲氮鍍硬鉻、化學(xué)鍍NiPPVD、PCVD硬質(zhì)合金（鎢鋼）TD覆層處理硬度/HV12001000200030001200300028003200 (2)    TD覆層是通過擴(kuò)散形成的，覆層與基體具有冶金結(jié)合，覆層與基體的結(jié)合力較鍍硬鉻和PVD或PCVD的鍍層（如鍍鈦層）高得多，使用中不會(huì)脫落，這對(duì)在成形模上的應(yīng)用極其重要。大量的實(shí)踐證明，TD覆層處理是目前避免沖壓成形零件與模具拉傷問題經(jīng)濟(jì)而最有效的方法之一，并可提高模具壽命數(shù)倍至數(shù)十倍，極具使用價(jià)值。TD覆層處理工藝從80年代開始陸續(xù)由日本引入世界上許多國家，由于各國的國情不同，有些國家用的很成功，也有些國家應(yīng)用失敗。該類工藝在日本、美國、韓國等國都已得到了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)70年代即已開始研究此工藝，到目前已有數(shù)十家單位對(duì)該工藝進(jìn)行過研究，發(fā)表文章數(shù)百篇，專利數(shù)項(xiàng)。實(shí)際上此工藝我國在80年代中期就開始起草了工藝標(biāo)準(zhǔn)，即：JB/T4218-1994硼砂熔鹽滲金屬，該標(biāo)準(zhǔn)于1994年10月25日批準(zhǔn)。但這些研究成果大多沒有經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)實(shí)踐的考驗(yàn)，應(yīng)用中總是存在這樣或那樣的問題，所以從70年代至90年代，盡管研究的人很多，但沒有一家專業(yè)從事該工藝加工的廠家。筆者從1991年開始該工藝的研究，經(jīng)過多年的研究和應(yīng)用探索，從1997年開始成功應(yīng)用到各類模具上，并于2001年開始在國內(nèi)成立了專業(yè)從事該工藝加工業(yè)務(wù)的公司。多年來，已為數(shù)百家企業(yè)提供了TD覆層處理加工服務(wù)，并成功應(yīng)用到汽車、家電、五金、制管、冶金等行業(yè)的拉伸、彎曲、翻邊、輥壓成形、冷鐓、沖裁、粉末冶金等類模具和一些零部件上，很大程度解決了工件表面拉傷問題，大幅提高模具工作零件的使用壽命，取得了優(yōu)異的使用效果，也積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 以下介紹TD覆層處理工藝在汽車配件沖壓成形模上的應(yīng)用及有關(guān)注意事項(xiàng)。2 TD覆層處理工藝在汽車模具上的應(yīng)用2.1 汽車沖壓成形模的拉傷及其解決方法每輛汽車都含有大量的沖壓件，沖壓件由模具沖壓成形。工件在拉深、彎曲、翻邊、輥壓等成形過程中，很容易造成工件表面的拉傷。汽車底盤、梁類零件往往由較厚的鋼板制造，出于安全和節(jié)能的考慮，越來越多地使用高強(qiáng)度鋼板，無論厚板還是高強(qiáng)度鋼板，其沖壓或輥壓成形的模具都要承受極高的成形壓力，工件表面和模具表面拉傷嚴(yán)重，此時(shí)如繼續(xù)生產(chǎn)，模具與工件表面質(zhì)量進(jìn)一步惡化，工件可能會(huì)出現(xiàn)拉裂。解決的方法通常是停機(jī)對(duì)模具表面進(jìn)行修磨、拋光，如此反復(fù)修磨使模具尺寸發(fā)生變化。拉傷問題的出現(xiàn)會(huì)帶來以下問題：難以滿足批量連續(xù)生產(chǎn)的要求，降低生產(chǎn)效率，增加勞動(dòng)強(qiáng)度，降低模具壽命和被加工產(chǎn)品尺寸的一致性，影響了產(chǎn)品的外觀，降低產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)踐表明，在沒有采取其他措施的情況下，由鋼鐵材料制作的模具用于鋼鐵件的成形，當(dāng)成形力較大時(shí)，無論模具如何熱處理或淬火硬度有多高，拉傷問題都無法避免。研究表明，工件成形過程中表面出現(xiàn)拉傷的實(shí)質(zhì)是工件和模具零件表面局部出現(xiàn)粘著（或焊合、咬合）的結(jié)果1 。要解決或改善這一問題有多種方法，基本原則是必須改變模具與被加工零件這對(duì)摩擦副的性質(zhì)，使摩擦副由不易粘著的材料代替。具體方法可以是：改變模具材料或?qū)δ＞哌M(jìn)行表面處理；對(duì)被加工零件的原料進(jìn)行表面處理（如磷化）；在模具與被加工零件之間加一層其他物質(zhì)，使被加工零件與模具分離（如加潤(rùn)滑劑或加一層PVC之類的材料）。以上方法在不同的場(chǎng)合下都有應(yīng)用，一般情況下，經(jīng)濟(jì)而有效的方法是從模具方面入手，以下就是模具材料和幾種常見的表面處理方法在解決此類問題時(shí)的一些應(yīng)用作些簡(jiǎn)要介紹。模具材料方面，硬質(zhì)合金使大家公認(rèn)的耐磨抗咬合材料，在模具不大而成形壓力很大，而且形狀較簡(jiǎn)單時(shí)采用此類材料在不少場(chǎng)合優(yōu)勢(shì)很大。但該材料加工困難，脆性也很大，成本高，燒制大型硬質(zhì)合金困難，大型模具難以制造，所以大型汽車零件模具很難采用該材料。用銅基合金做模具零件也能解決表面拉傷問題，存在的問題是因其強(qiáng)度低，耐磨性較差，很難滿足大批量生產(chǎn)要求，另外在一些變形率較大的場(chǎng)合，拉傷問題也會(huì)出現(xiàn)。模具表面處理方面，目前國內(nèi)應(yīng)用較多，比較熟悉的是各類滲氮和鍍硬鉻工藝，這兩種表面處理方法的抗拉傷性能較好，但表面硬化效果有限，僅有1000HV左右，表面硬化層磨損后拉傷又會(huì)出現(xiàn)。此外，鍍硬鉻的鍍層與模具母材機(jī)械結(jié)合，在成形壓力較大時(shí)容易脫落，鍍層一旦脫落抗拉傷性能也就失去。所以滲氮和鍍硬鉻在汽車覆蓋件模具上雖然有應(yīng)用，但其效果有限。PVD或PCVD的鍍層（如鍍鈦層）也具有良好的抗拉傷性能，由于鍍層硬度可以高達(dá)20003000HV，甚至更高，因而也具有優(yōu)異的耐磨性能，只是鍍層與母材結(jié)合力較差，在拉深類模具上使用時(shí)很容易使鍍層脫落，發(fā)揮不出其抗拉傷和耐磨效果，有時(shí)根本就無效果，這類工藝在成形模具上應(yīng)用也很有限。實(shí)踐已證明，目前最有效而經(jīng)濟(jì)的解決成形模具表面拉傷問題的表面處理方法是高溫化學(xué)氣相沉積（即高溫CVD）和TD覆層處理，這兩種方法在不同國家不同場(chǎng)合各有偏重，相比而言前者成本較高，環(huán)保壓力較大。目前日、韓、美主要應(yīng)用的是TD覆層處理，我國（包括臺(tái)灣地區(qū)）對(duì)于解決模具表面拉傷問題和提高模具壽命的表面處理工藝缺乏必要的了解，近年來隨著外資企業(yè)的不斷涌入，特別是汽車工業(yè)的高速發(fā)展，TD覆層處理工藝及其應(yīng)用價(jià)值將越來越多的被人們所認(rèn)識(shí)。2.2 TD覆層處理應(yīng)用實(shí)例（1）圖1所示為汽車配件模具鑲塊，其加工的是3.2mm厚、強(qiáng)度為420MPa的高強(qiáng)度鋼板。該模具在沒有進(jìn)行TD覆層處理以前加工的工件表面出現(xiàn)嚴(yán)重拉傷，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低，工件的表面質(zhì)量惡化，降低了模具壽命。通過對(duì)模具相關(guān)零件進(jìn)行TD覆層處理以后，可解決工件表面拉傷問題，并可以提高模具壽命2030萬次。（2）圖2所示為車輪鋼圈輥輪，成形工藝是將鋼鍛坯輥壓成形。輥壓成形模的相關(guān)零件不進(jìn)行表面處理很快就會(huì)出現(xiàn)拉傷并咬死，無法正常生產(chǎn)。原來該模具一般采用鹽浴滲氮處理（QPQ處理），壽命一般僅能生產(chǎn)不到1000件產(chǎn)品，又需重新拆下進(jìn)行QPQ處理，生產(chǎn)過程中還需加入大量的機(jī)油等潤(rùn)滑劑，操作環(huán)境惡劣。后來采用TD覆層處理工藝，模具壽命提高至8萬件以上，較原經(jīng)QPQ處理的模具壽命提高近百倍，大大提高了生產(chǎn)效率和降低了生產(chǎn)成本。采用該工藝處理的模具對(duì)潤(rùn)滑條件可以放寬，勞動(dòng)條件大為改善。3 TD覆層處理應(yīng)用注意事項(xiàng) TD覆層處理溫度是8501050，是一種高溫處理過程，處理過程中必然會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。對(duì)于鋼鐵材料而言一般會(huì)有相變過程，相變的結(jié)果會(huì)形成相變應(yīng)力和工件比容的變化。熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、比容的變化會(huì)使工件產(chǎn)生變形甚至開裂。而一般TD覆層處理是模具的最終加工工序，處理后不容許再加工，所以TD覆層處理工藝能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵是:形成合格的表面覆層；盡量減小工件變形，并杜絕開裂現(xiàn)象。根據(jù)十余年從事該工藝的研究和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，要用好該工藝除需要專業(yè)的指導(dǎo)以外還必須特別注意以下問題：（1）               材料要求。采用熱處理微變形鋼，一般推薦SKD11、D2、DC53、Cr12MoV等高鉻模具鋼，實(shí)際上目前該工藝在模具上應(yīng)用最多的也是此類材料。必須說明的是，要是用國產(chǎn)的鋼材，建議用品質(zhì)優(yōu)良的鋼材，否則容易出現(xiàn)變形超差問題。（2）               冷熱加工工藝。工件的熱處理工藝及其冷熱加工內(nèi)應(yīng)力對(duì)TD覆層處理加工過程變形量有較大影響，這往往需要各方面相互溝通，才能使變形量減小。（3）               設(shè)計(jì)方面。汽車沖模外形尺寸往往比較大，出于制造成本、材料供應(yīng)難易及冷熱加工工藝限制等方面考慮，要進(jìn)行TD覆層處理的大型模具零件一般都做成鑲塊結(jié)構(gòu)，盡量減少工作部位的分型面，以減少TD覆層處理后的調(diào)模工作量。另外工件截面的急劇變化，內(nèi)部有尖角、細(xì)長(zhǎng)或薄板類鋼件，熱處理過程中工件容易變形甚至開裂，所以要進(jìn)行TD覆層處理的工件設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免以上結(jié)構(gòu)。（4）               TD覆層處理的工件如已做過其他表面處理，如各類滲氮、滲硼、鍍硬鉻、PVD沉積等，需將原表面處理徹底清除，否則會(huì)影響TD覆層表面質(zhì)量。已做過TD覆層處理的工件，一般只需將損傷部位修復(fù)即可再進(jìn)行TD覆層處理。TD覆層處理時(shí)間有多長(zhǎng)？ 答：一般情況兩天左右。TD覆層處理有多厚？ 答：通常5-20m。TD覆層處理變形情況如何？ 答：會(huì)有少量變形，但硬質(zhì)合金除外。所以我們要求客戶能提供圖紙，并將有關(guān)熱處理情況及工件的精度及公差范圍告訴我們，我們也可以為您提供有關(guān)加工方面的建議，以便更好滿足客戶的要求哪些材料可以用于TD覆層處理？ 答：原則上含碳量高于0.3%的各類鋼及硬質(zhì)合金或其它含碳氮材料都可以，一般推薦中高合金鋼和硬質(zhì)合金，如：Cr12，Cr12MoV，SKD11，D2，Cr5MoV，A2等。怎樣計(jì)費(fèi)？ 答：較大件以重量計(jì)費(fèi)，小件以件計(jì)費(fèi)，工件越多，則越便宜。你們能做多大的工件？ 答：目前我們的設(shè)備的最大有效工作尺寸為440mmx650mm?？煞裰貜?fù)處理？ 答：如TD覆層局部已磨損或意外事故覆層被破壞只需將破損處修復(fù),即可再進(jìn)行TD覆層處理,重復(fù)處理次數(shù)與工件材料有關(guān),較好的材料可以重復(fù)處理7-8次,甚至更多。已做過其它表面處理的工件可否再進(jìn)行TD覆層處理？ 答：除TD覆層處理以外,已做過的其它表面處理如:滲氮,滲硼,滲硫,鍍硬鉻,化學(xué)鍍Ni-P,各種氣相沉積鍍層TiN,TiC,TiCN都需先去除才可以再進(jìn)行TD覆層處理。使用范圍： TD覆層處理可廣泛應(yīng)用于解決或改善這樣一些問題：1）由各類磨損所引起的模具與工件或工件與工件之間的拉傷、粘附問題（如各類鋼板或有色金屬的引伸、拉延、彎曲、翻邊、滾壓成型等成型模具或其它有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的工件表面），TD覆層處理是目前此類問題最好的解決方法之一。2）因磨損而引起的工件尺寸超差等問題（如沖裁，冷鐓，粉末冶金等模具或其它配件）,通過TD覆層處理后,可提高使用壽命數(shù)倍至數(shù)十倍。TD覆層處理主要性能指標(biāo)及特點(diǎn) 1）TD覆層表面硬度：HV2800-3200，具有極高的耐磨，抗拉傷性能。2）TD覆層厚度：4-20m，覆層致密光滑。3）極高的耐蝕性能             4) 覆層與母材冶金結(jié)合5）可以重復(fù)處理 TD覆層處理組織結(jié)構(gòu) TD覆層處理組織結(jié)構(gòu) Cr12MoV  TD覆層金相照片TD覆層處理工藝過程     不同的工件材料及不同的使用場(chǎng)合TD覆層處理的工藝有一些差別，但其基本過程都是將預(yù)制好的工件放入硼砂混合物中，在850-1050的溫度下保溫2-12小時(shí)，在工件表面形成覆層后，根據(jù)工件的材料或要求選擇適當(dāng)方式冷卻（一般是淬火過程，也有不少例外），并進(jìn)行一些相應(yīng)的后續(xù)處理（如回火，清理，尺寸調(diào)整，拋光等）。 TD覆層與相關(guān)技術(shù)的比較     通過在工件表面形成一層高硬度的耐磨材料是提高工件耐磨，抗咬合，耐蝕等性能，從而提高其使用壽命的有效而又經(jīng)濟(jì)的方法，TD覆層處理技術(shù)以碳化釩覆層為例，其表面硬度可達(dá)HV3000左右，較傳統(tǒng)的表面處理方法如滲碳、氮化、鍍硬鉻、滲硼等表面處理的硬度高得多，因此具有遠(yuǎn)優(yōu)于這些表面處理方法的耐磨性能。    幾種表面處理的硬度比較工藝滲氮鍍硬鉻，化學(xué)鍍Ni-PPVD，PCVD硬質(zhì)合金（鎢鋼）滲硼TD覆層處理硬度（HV）1200100020003000120018001200180028003200    鍍硬鉻和各類氮化（包括氣體氮化，離子氮化，氣體軟氮化，鹽浴軟氮化即QPQ）是應(yīng)用廣泛的兩種表面處理方法，但在一些條件較苛刻或壽命要求很高的場(chǎng)合，與TD覆層處理相比，一方面這兩種表面強(qiáng)化方法耐磨性有限，另一方面由于鍍硬鉻的鍍層與母材結(jié)合力較差，容易出現(xiàn)剝落。而強(qiáng)化層一旦磨損或鍍層剝落，強(qiáng)化效果也就失去。    物理氣相沉積（PVD），物理化學(xué)氣相沉積（PCVD），化學(xué)氣相沉積（CVD）,TD覆層處理是現(xiàn)代的幾種表面超硬化處理方法，其中PVD，PCVD 工藝溫度低,變形較小,所形成的TiN、TiCN類涂層HV可達(dá)20003000，甚至更高,這類技術(shù)在裝飾及高速鋼刀具上的應(yīng)用廣泛，與TD覆層處理相比，這兩種方法形成的涂層與母體材料的結(jié)合力較差,實(shí)際應(yīng)用中,容易出現(xiàn)涂層的剝落,在使用條件較為苛刻的場(chǎng)合,如引伸類模具，根本就無法達(dá)到滿意的使用效果,甚至根本無效果。    高溫CVD法形成的碳化鈦覆層與TD覆層處理獲得的表面覆層硬度接近,并且高溫CVD法和TD覆層處理的覆層與基體都是冶金結(jié)合,具有PVD和PCVD無法比擬的膜基結(jié)合力,因此是目前最有效的表面超硬化方法。相比而言,CVD覆層的運(yùn)行成本較高,后續(xù)處理也比較麻煩,其應(yīng)用主要集中在硬質(zhì)合金工件上。而TD覆層處理由于后續(xù)處理比較方便,因此既可以用于鋼鐵材料,也可以用于硬質(zhì)合金。此外,TD覆層處理技術(shù)可以方便地進(jìn)行多次重復(fù)處理。    就抗拉傷性能而言，上述表面處理方法及材料實(shí)際上都是很優(yōu)異的，只是由于耐磨性的差別及硬化層與母材的結(jié)合力大小會(huì)影響最終的使用效果。比較而言，TD覆層處理、高溫CVD、硬質(zhì)合金是目前最有效的解決工件表面拉傷問題的方法，有關(guān)論述請(qǐng)參考我公司的技術(shù)文章。拉伸類模具的表面拉傷問題及其防止措施 作者：彭智虎1     唐麗文2（1.長(zhǎng)沙特耐金屬材料科技有限公司，湖南長(zhǎng)沙410011；2.重慶工學(xué)院，重慶400050）模具工業(yè) 2006年第32卷第1期（6973）摘要：分析了工件成形過程中表面拉傷問題及其產(chǎn)生的原因，并對(duì)期解決方法進(jìn)行了討論，重點(diǎn)介紹了表面處理，特別是熱擴(kuò)散法碳化物覆層處理（以下簡(jiǎn)稱TD覆層處理）技術(shù)在拉伸類模具上的應(yīng)用。中圖分類號(hào)：TG17   文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B  文章編號(hào)：1001-2168（2006）01-0069-04Surface Scratch Problem of Drawing Drawing Dies and Treatmnt MeasuresPENG Zhi-hu1,TANG Li-Wen2(1. Changsha Topwellwear Metal Material Science Co,Ltd ,Changsha, Hunan 4110011, China;2. Chongqing Institute of Technology, Chongqing 4000500, China)Abstract: The reason of surface scratch during the forming process of workpiec-e  was analyzed and the solution was discussed. The application of surface treat-ment technology, in particular thermal diffusion method carbide covering treatment(TD covering treatment for short ) in drawing dies was introduced in detail .key words:drawing die; foming die;scratch;TD covering treatment.1、引言：拉伸、彎曲、翻邊、薄板輥壓成形等模具，其共同特點(diǎn)是工件在成形過程中，模具與被加工材料的接觸表面要產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。在成形過程中，工件和模具表面易產(chǎn)生拉傷，也有稱為拉毛、劃傷。拉傷的后果是影響產(chǎn)品的外觀和產(chǎn)品質(zhì)量，無法進(jìn)行正常生產(chǎn)。在成形工作壓力比較大或在奧氏體不銹鋼類材料拉伸成形時(shí)，拉傷現(xiàn)象表現(xiàn)得尤為嚴(yán)重。下面結(jié)合多年科研和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就此問題進(jìn)行分析，并對(duì)其解決方法進(jìn)行了探討。2、拉傷的實(shí)質(zhì)及解決措施工件成形過程中拉傷產(chǎn)生的原因主要有以下2種，一是由于模具凸、凹模表面的宏觀機(jī)械凹凸不平或被成形材料與模具凸、凹模面之間夾雜其他硬質(zhì)顆粒，都會(huì)在工件表面或模具凸、凹模表面形成機(jī)械的磨損，解決方法是對(duì)模具凸、凹模表面進(jìn)行仔細(xì)研磨加工，并加強(qiáng)生產(chǎn)環(huán)境的管理。另一種是由于工件表面與模具凸、凹模表面粘著磨損而形成的拉傷，也是生產(chǎn)中最常見的又不容易解決的一種狀況，以下詳細(xì)分析粘著磨損的產(chǎn)生及減少粘著磨損的一些基本措施。工件成形時(shí)，模具凸、凹模與被加工材料表面相互接觸并相對(duì)滑動(dòng)，組成一對(duì)摩擦副。由于材料表面不可能是完全平整的，總存在可以測(cè)到的粗糙度，所以真正的接觸只發(fā)生在微觀接觸面上。分析表明，微觀真實(shí)接觸面積只是名義上的幾何接觸面積的一個(gè)小部分，在此微觀接觸面產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，這些應(yīng)力由于切向相對(duì)運(yùn)動(dòng)還會(huì)加強(qiáng)，以致受到負(fù)荷作用的粗糙面凸峰發(fā)生彈性或彈塑性變形，這樣磨擦副雙方表面的吸附層或反應(yīng)層會(huì)遭到破壞，結(jié)果使暴露在表面的原子鍵聯(lián)結(jié)或多或少地得到了加強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱為粘著作用。當(dāng)摩擦副發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種原子鍵又會(huì)相互脫開，原子鍵脫開并不一定都在原始微觀接觸處斷開，而有可能在摩擦副雙方表面層附近斷開，其結(jié)果是材料從磨擦副的一方轉(zhuǎn)移到磨擦副的另一方上去，這就是所謂的粘著磨損。實(shí)驗(yàn)證明，出現(xiàn)粘著磨損的磨擦副的表面非常粗糙，并有拉傷，其程度與法向力、磨擦副之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度以及溫度等負(fù)荷參數(shù)有關(guān)。當(dāng)以上負(fù)荷參數(shù)超過了臨界值時(shí)，粘著磨損突然加劇，出現(xiàn)所謂膠合現(xiàn)象，極端情況磨擦副間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)停止，出現(xiàn)咬死現(xiàn)象。由上分析可見，工件成形時(shí)表面出現(xiàn)拉傷或咬死現(xiàn)象就是粘著摩損所引起的結(jié)果。要減少粘著磨損目前還缺乏統(tǒng)一的選擇依據(jù)，大多需要依靠經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來確定，以下是減少粘著磨損所采取的一些基本措施：（1）盡量減少接觸副之間的負(fù)荷，包括機(jī)械與熱負(fù)荷。（2）避免采用金屬配對(duì)副，而采用陶瓷與陶瓷、塑料與塑料，塑料與金屬，陶瓷與金屬或塑料與陶瓷配對(duì)副來代替。（3）當(dāng)使用金屬配對(duì)副時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用體心立方或六方體結(jié)構(gòu)的材料，避免采用面心立方結(jié)構(gòu)的材料。（4）采用非均質(zhì)組織的材料。（5）采用潤(rùn)滑油膜使接觸副隔開。（6）采用有EP（極壓）添加劑的潤(rùn)滑油，使接觸副表面上形成保護(hù)性的吸附層或反應(yīng)層。3、解傷決拉傷問題的一些方法解決模具及工件成形過程中的拉傷問題應(yīng)依照減小粘著磨損的基本原則，通過改變接觸副的性質(zhì)作為出發(fā)點(diǎn)。以下就構(gòu)成此對(duì)接觸副的3方，即被成形工件的原材料方面、工件與模具之間、模具方面分別予以分析。3.1 被成形工件的原材料方面通過對(duì)原材料進(jìn)行表面處理，如對(duì)原材料進(jìn)行磷化、噴塑或其他表面處理。使被成形材料表面形成一層非金屬膜層，可以大大減輕或消除工件的拉傷，這種方法往往成本較高，并需要添加另外的生產(chǎn)設(shè)備和增加生產(chǎn)工序，盡管這種方法有時(shí)有些效果，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用卻很少。3.2 工件與模具之間在模具與成形材料之間加一層PVC之類的薄膜，有時(shí)也可以解決工件的拉傷問題。對(duì)于生產(chǎn)線，通過機(jī)構(gòu)可以達(dá)到連續(xù)供給薄膜，而對(duì)于周期生產(chǎn)的沖壓設(shè)備，每生產(chǎn)一件工件需加一張薄膜，影響生產(chǎn)效率，此方法一般成本也很高，還會(huì)產(chǎn)生大量廢料，對(duì)于小批量的大型工件的生產(chǎn)采用此種方法是可取的。在一些成形負(fù)荷很小的場(chǎng)合，有時(shí)通過添加潤(rùn)滑油或加EP（極壓）添加流劑的潤(rùn)滑油就可以解決工件的拉傷問題。3.3 模具方面通過改變模具凸、凹模材料或?qū)δ＞咄埂寄＿M(jìn)行表面處理，使被成形材料與凸、凹模這對(duì)接觸副性質(zhì)發(fā)生改變。實(shí)踐表明，這是解決拉傷問題經(jīng)濟(jì)而有效的方法，也是目前廣泛采用的方法。3.3.1 模具材料若被加工的材料是鋼鐵材料，無論采用何種模具鋼或鑄鐵，在沒有采用合適的表面處理情況下，一般都很難解決工件的拉傷問題。從模具凸、凹模材料入手解決工件的拉傷問題，可以采用硬質(zhì)合金，一般情況下，由這種材料制作的凸、凹模抗拉傷性能很高，存在的問題是材料成本高，不易加工，對(duì)于較大型的模具，由于燒制大型硬質(zhì)合金塊較困難，即使燒制成功，加工過程中也有可能出現(xiàn)開裂，成材率低，有些幾乎難以成形。此外硬質(zhì)合金性脆，搬運(yùn)、安裝使用過程中都要極其小心，稍有不慎就有可能出現(xiàn)崩塊或開裂而報(bào)廢。另外，由于硬質(zhì)合金的組織結(jié)構(gòu)是由硬質(zhì)的碳化鎢顆粒和軟的粘結(jié)相鈷所組成，硬質(zhì)碳化鎢顆粒的耐磨抗咬合性能很高，而鈷相由于硬度很低，耐磨性能較差，使用過程中鈷相會(huì)優(yōu)先磨損，使凸、凹模表面形成凹凸不平，如此生產(chǎn)出來的工件表面也會(huì)出現(xiàn)拉痕，此時(shí)需對(duì)模具凸、凹模表面進(jìn)行研磨拋光后方可進(jìn)行再生產(chǎn)。對(duì)于奧氏體不銹鋼工件，由于其面心立方結(jié)構(gòu)也容易與鈷相形成咬合而使工件的表面出現(xiàn)拉傷。采用合適的銅基合金也可解決工件的拉傷問題，但銅基合金一般硬度較低，易出現(xiàn)磨損超差，在大批量生產(chǎn)的情況下，這種材料的性價(jià)比較低。對(duì)于較大型的模具，如汽車覆蓋件的成形模具，大量采用了合金鑄鐵，鑄鐵只能減輕工件的拉傷，無法消除拉傷問題，要徹底解決拉傷問題需鋪以滲氮，鍍硬鉻等表面處理。但如此制作的模具往往壽命比較短，在使用一段時(shí)間后，如出現(xiàn)拉傷，又需修模并重新進(jìn)行表面處理。在模具材料方面，也有采用陶瓷制作模具凸、凹模并成功解決工件拉傷問題的報(bào)道。由于其性脆，成本高，不可能大批量推廣應(yīng)用。對(duì)于生產(chǎn)批量很小而形狀簡(jiǎn)單的大型拉伸類模具，也有采用橡膠等高分子類材料制作模具凸、凹模的報(bào)道,此類模具不會(huì)拉傷工件表面，但實(shí)際應(yīng)用很少。3.3.2 模具表面處理通過對(duì)模具進(jìn)行表面處理特別是對(duì)模具凸、凹模進(jìn)行表面超硬化處理是解決工件表面拉傷問題經(jīng)濟(jì)而有效有方法。表面處理方法有多種，比較常用的有：鍍層方面有鍍硬鉻、化學(xué)鍍鎳磷、刷鍍特種合金等；化學(xué)熱處理方面有各類滲氮、滲硼、滲硫等；表面超硬化處理方面有化學(xué)氣相沉積（CVD）、物理化學(xué)氣沉積（PVD）、TD覆層處理。電鍍、化學(xué)鍍、刷鍍是通過電化學(xué)或化學(xué)反應(yīng)的方法，在工件表面形成合金鍍層，工藝不同，合金鍍層性能各異。就耐磨抗咬合用途，目前應(yīng)用較多的是鍍硬鉻、化學(xué)鍍鎳磷、刷鍍鎳鎢等合金等。對(duì)于成形負(fù)荷較輕或大型模具采和這些方法有時(shí)可以取得一定的效果。這類表面處理存在問題是一方面由于表面硬化層的硬度相對(duì)較低，容易出現(xiàn)磨損，而鍍層一旦磨損，拉傷又會(huì)出現(xiàn)。另一方面，鍍層與基本材料機(jī)械結(jié)合，在負(fù)荷較大的場(chǎng)合，有時(shí)使用幾次鍍層就會(huì)剝落，而鍍層一旦剝落，其功效也就失去?；瘜W(xué)熱處理是將工件放入含某種或某幾種化學(xué)元素的介質(zhì)中加熱保溫，通過工件與介質(zhì)的物理化學(xué)作用，將這種或這幾種元素滲入工件表面，然后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s，從而改變了工件表面的成分和組織結(jié)構(gòu)，并賦予工件不同的物理、化學(xué)和機(jī)械性能?；瘜W(xué)熱處理的種類很多，根據(jù)所滲元素不同分類為：各種滲碳、各種滲氮、各種氮碳或碳氮共滲、滲硼、滲硫、滲鋁、滲鋅、滲其他各金屬等。以耐磨、減磨、抗拉傷為目的的化學(xué)熱處理目前常用的是：滲碳、滲氮、滲硼、滲硫幾種。采用合適的模具材料輔以滲氮、滲硼等化學(xué)熱處理往往具有較常規(guī)鋼制模具高得多的抗拉傷性能。在缺乏其他表面處理工藝方法的情況下，這不適為一種較好的選擇，也是較常用的方法。就滲氮處理而言，滲氮的化合物層具有很高的抗拉傷性能，但由于其硬化效果有限（一般1200HV以下），且化合物層較?。?0µm左右），其耐磨性有限，而化合物層一旦磨損，拉傷又會(huì)出現(xiàn)，所以在大批量生產(chǎn)過程中滲氮處理往往還無法滿足生產(chǎn)要求。就滲硼工藝而言，其硬化層硬度可達(dá)1800HV，耐磨性較高，但依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，滲硼質(zhì)量的穩(wěn)定性和滲硼工件變形較大以及滲硼層抗拉傷性能較差是制約該技術(shù)在成形類模具上應(yīng)用的幾個(gè)重要因素。滲硫技術(shù)具有較高的減摩性能，在一些場(chǎng)合也取得了較好的效果，但對(duì)于負(fù)荷較大的成形類模具、效果有限。表面超硬化處理是指化學(xué)氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、物理化學(xué)氣相沉積（PVD）、TD覆層處理。這幾種表面處理的共同特點(diǎn)是都可以在工件表面形成2000HV以上的硬化層，并具有極高的耐磨抗咬合等性能。實(shí)踐證明，化學(xué)氣相沉積（PVD）、TD覆層處理技術(shù)是目前解決工件拉傷效果最好的方法，而經(jīng)物理氣相沉積（PVD）和物理化學(xué)氣相沉積（PCVD）的工件，雖然其表面硬度也可達(dá)到20003000HV，甚至更高，表面硬化層也具有極高的耐磨、抗拉傷性能，但由于其膜基結(jié)合力較CVD和TD覆層處理差距較大，往往在使用過程中過早脫落，發(fā)揮不出表面超硬化層的性能特點(diǎn)，因此這兩種方法除在載荷較小的情況下有可能具有效果外，一般的成形類模具很難有滿意的效果?；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）的碳化鈦（TNC）之類的材料，具有極高的硬度（3000HV以上），加上其膜基結(jié)合力很高，具有比一般模具材料或經(jīng)其他表面處理后高得多的耐磨、抗拉傷性能，能夠數(shù)倍至幾十倍地提高模具的使用壽命。其缺點(diǎn)是處理溫度高，工件變形大，工件CVD處理完以后，需另外重新加熱淬火，而表面沉積層的空氣中于400500°C以上的溫度下加熱會(huì)氧化，因此后續(xù)工序要求嚴(yán)格，稍有不慎，表面硬化層就會(huì)遭受破壞，嚴(yán)重制約了其在鋼模上的應(yīng)用，而主要應(yīng)用于硬質(zhì)合金等無相變的材料。此外，CVD處理過程中的排放物對(duì)環(huán)境污染較大。TD覆層處理國內(nèi)又名熔鹽滲金屬、滲釩等，其原理是通過熱擴(kuò)散作用于工件表面形成一層數(shù)微米到數(shù)十微米的碳化釩覆層。TD覆層處理的主要特點(diǎn)是： 覆層硬度較高，硬度可達(dá)3000HV左右，具有極高的而磨、抗拉傷、耐蝕等性能； 由于是通過擴(kuò)散形成的，所以覆層與基體具有冶金結(jié)合，這一點(diǎn)對(duì)在成形類模具上的應(yīng)用極其重要； TD覆層處理后可以直接進(jìn)行淬火，這一點(diǎn)特別適合于各類模具鋼材； TD覆層處理可以重復(fù)進(jìn)行。大量的實(shí)踐證明，在成形類模具上采用該技術(shù)具有其他表面處理無法比擬的使用效果，在一些場(chǎng)合具有比硬質(zhì)合金更好的效果。由于TD覆層處理技術(shù)的設(shè)備相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單，成本較低，無公害，目前該技術(shù)在日本、美國等都已得到廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)70年代即已開始研究該技術(shù)，到目前已有數(shù)十家單位對(duì)該技術(shù)達(dá)到長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)的要求，并已成功應(yīng)用到汽車、家電、五金、制管、冶金等行業(yè)的位伸、彎曲、翻邊、輥壓成形、冷鐓、粉末冶金等類模具上，取得了極優(yōu)的使用效果。綜上所述，解決工件及模具凸、凹模表面拉傷問題的方法很多，對(duì)于具體的個(gè)案，應(yīng)根據(jù)工件和載荷大小、生產(chǎn)批量、被加工材料的種類等情況選擇相應(yīng)的方法。在所有解決拉傷問題的方法中，以采用硬質(zhì)合金為模具材料和對(duì)模具凸、凹模表面進(jìn)行化學(xué)氣相沉積（CVD）、TD覆層處理為最好。其中又以TD覆層處理性價(jià)比最高。4、結(jié)束語工件拉傷問題是粘著磨損結(jié)果，解決工件拉傷問題的方法較多，應(yīng)根據(jù)情況具體予以選擇。一般情況下，采用硬質(zhì)合金為模具材料，對(duì)模具凸、凹模表面進(jìn)行化學(xué)氣相沉積和TD覆層處理是最解決工件及模具凸、凹模表面拉傷問題最有效最經(jīng)濟(jì)的方法。