模具表面處理對沖壓生產的影響

文/于海軍

【編者按】沖壓生產過程中，生產穩定性是影響生產效率和生產成本的主要問題。本文詳細介紹了導致生產不穩定的主要原因中拉毛、開裂、起皺的形成原理，并對四種解決措施進行闡述。最后通過實際應用證明措施有效，為后續類似項目的整改提供有效借鑒方案。

隨著鋼桶工業近十年的高速發展，鋼桶的質量越來越高，但價格卻越來越低，因此降低鋼桶生產成本是每個制桶企業迫切需要解決的問題。對于沖壓專業來講，降低成本的重要舉措之一是確保生產穩定。影響生產穩定的主要原因包括沖壓件的起皺、開裂、拉毛。解決這些缺陷的措施主要為進行模具的表面處理，模具的表面處理能夠降低模具的表面粗糙度、提高研度，增加耐磨性。從而提高生產穩定性，降低生產成本。

一、生產不穩定因素產生原因

1、拉毛

在成形過程中板料與模具相對滑動時由于板料與模具的強制接觸而發生粘著磨損導致在板料上留下條狀痕跡，如圖1 所示。量產—段時間后出現拉毛—般由3 點原因導致

(1) 拉延凹模圓角硬度降低與板料硬度接近導致模具與板料發生粘連。

(2) 模具或板料臟在模具與板科之間有硬質異物在相對滑動過程中劃傷模具及板料。

(3) 凹模圓角破損或補焊后遺存裂紋或氣孔板料流過凹模圓角時被劃傷。

2、開裂

一般而言開裂可分為強度開裂、塑性開裂兩種見圖2 。強度開裂又稱??開裂是指在沖壓過程中板料傳力區的強度不能滿足變形區所需要的變形力要求時在變形區開裂。如圓筒零件拉深成形時在凸模圓角處產生的開裂就屬于強度開裂。塑性開裂又稱??開裂指在沖壓成形過程中板料變形區的變形能力小于成形所需要的變形程度時在變形區產生的開裂。如零件拉延筋為鎖死筋材料基本不流動零件通過脹形成形此種狀態下的開裂屬于塑性開裂）。按受力狀態來分開裂有兩種類型—種是受到X 和Y 兩個方向拉應力導致的開裂通常為橫向開裂另一種是X 和Y 兩個方向上—個是拉應力另一個是壓應力相鄰金屬晶格間相對移動過大產生的開裂，—般為縱向開裂。

3、起皺

零件在拉延或成形過程中受力狀態非常復雜沒有規律可循由千板料厚度與長寬兩個方向相比小很多因此在受拉壓應力的狀態下在厚度方向上非常容易失穩導致起皺，如圖3 所示。起皺可分為壓應力起皺、不均勻拉應力起皺和切應力起皺。壓應力起皺的特點是呈現與凹模口方向垂直—般出現在凹模口的拐角處由于收縮變形板料里的晶格在平行凹模圓角的方向受壓應力壓應力超過板料所能承受的極限時引發失穩起皺。不均勻拉應力起皺一般多發生在外板的平緩區域因受到的都是拉應力不會出現較大的褶皺主要表現形式是緩坑或波紋。切應力起皺的特點是起皺區域所受拉力不均相鄰金屬晶格流動速度不一致導致錯位失穩在其作用下產生剪切應力而導致的起皺。

二、生產不穩定解決措施

為了保證生產穩定模具試生產合格及生產過程中模具表面磨損原有的工藝平衡條件被打破出現生產不穩定情況時都要對模具進行表面處理使模具達到新的穩定狀態。表面處理有以下幾項措施。

1、凹模圓角剖光處理

沖壓生產過程中，應定期對模具進行清潔和保養去除模具表面的鋅皮和油污同時檢查凹模圓角的粗糙度。如發現粗糙度變差需要對凹模圓角進行剖光處理，剖光最低需選用600 - 800 目的砂紙里面墊上矩形研磨塊在圓角上涂研磨膏，沿走料方向進行研磨直到粗糙度達到要求為止。

2、凹模圓角補焊處理

生產中出現較為嚴重的局部拉毛或起皺、開裂現象排除設備與工藝間題一般為拉延圓角磨損而導致的硬度降低到40HRC 以下，或者為拉延圓角出現裂紋、破損。解決措施是對有問題部位進行補焊處理：

(1) 補焊前先對破損部位進行清除用角磨機打掉深20mm 寬10mm 的坡口同時滿足坡口的邊緣要超過圓角切線點5mm 以上。

(2) 焊條材質的選擇補焊—般為兩層里面為填充層外面為工作層填充層的焊條選用與模具本體機枙性能基本—致尤其是硬度及沖擊韌性材質可與本體不同。工作層焊條要與模具本體的互熔性好結合處必須牢固結合處避免出現裂紋及咬口現象焊接完成后，硬度應達到模具本體淬火后的硬度水平50HRC 以上。我司拉延凹模本體材料是球墨鑄鐵牌號為GGG70L 填充層焊條選用東海的TC-3F 工作層選用的是日亞的NH-100R 使用結果良好。

(3) 焊接過程中速度要均勻斷續焊接同時焊接過程中要用錘子敲擊去除焊接氣孔和內應力避免因焊材溫差大或內應力產生的裂紋。

(4) 焊接完成后數控加工留0.1mm 余量剩余由人工進行精研需保證維修部位與原型面銜接順滑無起伏修完后進行精剖光保證模具的平順度及粗糙度并最大限度的與原狀態保持—致。

3、鍍鉻處理

電鎖是在某些金屬表面上鍍上—薄層金屬或合金的過程達到防止金屬氧化提高表面硬度及粗糙度的目的—般以被鎖基體金屬為陰極以鎖層金屬為陽極通過電解使溶液中金屬的陽離子在基體表面沉積形成鎖層的一種表面加工方法。沖壓專業的電鍍，—般指的是鍛硬鉻主要是為了提高模具表面的硬度、耐磨度和降低表面粗糙度。電解液為鉻酸溶液基體表面鎖—層較厚的絡鎖層它的厚度—般在10 ~ 2Oμm 。

4、PPD處理

PPD 是指脈沖等離子滲氮是針對汽車覆蓋件沖壓模具取代電鎖的一種終身抗磨損處理技術在低真空（小于2000Pa) 環境中以爐體為陽極，以被處理的金屬產品為陰極通電后在兩者之間產生高達幾百伏電壓使氮氣和其他氣體分子分離成氮離子氫離子和電子。氮離子開始與模具表面基體離子反應形成硬化滲氮區域。經過滲氮后模具表面形成—層極硬的合金氮化物(Fe4N, Fe2N) 滲氮層的硬度—般可達到50 - 60HRC 具有很高的表面硬度和耐磨層并且適用于大部分汽車模具所使用的鑄鐵、鑄鋼材料。

PPD 處理有很多優點：

(1) 表面可以用800# 及以上油石處理。

(2) 損傷表面可以焊接。

(3) 補焊后的表面可以接受高溫熱處理。熱處理后的表面形狀不會改變。

(4）PPD 處理后的模具—般可保證50 萬沖次。

(5) PPD 處理后進行再次處理無需其他工藝處理。

(6)不污染環境。

對模具本體進行PPD 處理要滿足以下幾點要求：

(1) 先要將需要處理零件清理干凈拆除鑲塊螺釘導滑板等附件。

(2)保證焊接質量不存在虛焊、焊接氣孔、焊接裂紋。

(3) 在PPD 前做過其他涂層處理的需要將其退掉。

(4) 模具圓角部位表面粗糙度Ra0 2 ~ 0 4 μ m 平面區域RaO. 4 - 0. 6 μ m 。

三、表面處理應用

2018 年9 月開始生產正常的3 個項目的2 套前門內板1 套后門內板拉延模具頻繁出現拉毛現象偶爾夾雜開裂、起皺。嚴重影響生產效率和產品—次合格率對生產的組織造成很大困擾。因此工廠立項解決此問題。經過一段時間的排查統計每批次都有不同程度停機，見表1 。

運用魚骨圖分析法將可能產生拉毛的各因素按照生產要素人、機、料、法、環的原則進行分類分別進行排查最終確定引起拉毛主要原因為模具凹模圓角經過多年生產已經磨損出現拉毛部位硬度多處低于50HRC 且有些部位出現氣孔魚骨圖如圖4所示。

對三套模具的上模口圓角打坡口、補焊數控加工人工精修表面剖光經過3 個批次驗證確認模具變更后的制件符合要求后模具補焊如圖5 所示。

將項目1 前項目3 模具鍍硬鉻處理項目2 的前門內板模具進行PPD 處理，圓角表面硬度達到55HRC 以上粗糙度達到Ra0 2 ~ 0 4μm ，完全符合要求。表面處理完成后對此3 個項目的結果進行跟蹤。整改要求符合預期解決生產穩定性問題跟蹤結果見表2 。

四、結束語

通過五要素分析法找出生產不穩定的根本原因及整改方案對拉延凹模圓角進行補焊研磨用剖光模具表面進行鎖硬鉻或PPD 處理，使模具圓角的硬度、粗糙度都達到技術要求。在隨后的生產中拉毛基本消除也未出現開裂和起皺現象。表現穩定。此次3 個項目的表面處理工藝及流程對后續類似項目有—定的借鑒意義。