PVD涂層技術在沖壓/成型模具中的應用

浦勝義

（蓬萊金福不銹鋼制品有限公司,山東 蓬萊 265600）

在工業快速發展的影響下，行業對模具的要求也隨之不斷的提升，尤其是針對壽命、精度、耐磨損、抗高溫性以及防腐蝕等方面。經過大量的實踐發現，要實現對模具性能的提升，最正確且有效的方式，除了選擇合理的材料和正確的加工之外，關鍵在于科學合理的表面處理與熱處理。

1 PVD涂層技術

離子鍍膜（PVD鍍膜）技術其具體的原理主要是指，在真空的環境下，運用大電流、低電壓的電弧放電技術，通過合理運用氣體放電，即可促使靶材迅速蒸發，蒸發氣體與物質均能夠被迅速電離，再通過對電場的加速，從而促使各種反應產物和蒸發物質能夠大量聚集在工件之上。PVD離子鍍膜因其所具備的各項特點，其與真空蒸發鍍膜比較，存在以下優點：（1）離子具有較好的繞射性能，可對各種復雜的鍍形狀工件進行處理；（2）工件與膜層表面具有較強的結合力，故具有更高的耐磨性和持久性；（3）其所能夠鍍膜的種類非常繁多；（4）膜層具有較快的沉積速率，并且有著較高的生產效率；（5）具有較為穩定的膜層性能，其安全性也非常高[1]。

PVD技術更多的適用于成型、沖壓、拉伸等模具，車刀、鉆頭等刀具以及精密零配件等。在對模具進行涂層技術的處理之后，可促使抗磨力、硬度得到有效提升，同時還可促使摩擦系數降低，從而促使工件的使用壽命得以延長，通常情況下，與未處理過的工件比較，其壽命能夠增加3-10倍。截至目前為止，較常見的涂層主要包括：TiCN、CiN等，各種涂層處理技術，其所具備的用途和特性有明顯差異。

2 PVD在沖壓/成型模具上的應用

沖壓/成型模具表面若失效，那么其通常表現為磨損、腐蝕、開裂以及變形等。為了有效防止模具的使用壽命縮短，在對模具進行處理時，其相對運動件表面和中型腔的表面均需要達到相應的要求，必須具有較高的潤滑性和硬度，從而促使其能夠更好的實現對磨損的減弱，提升耐磨性能，達到更好的抗疲勞效果與防腐蝕效果，PVD涂層處理技術的運用，就能夠促使模具存在的上述問題得到有效解決。

有研究者運用低溫離子滲碳、非平衡磁控濺射Ti/TiN以及PVD Ti/TiN對Cr12MoV冷作模具鋼表面實施復合處理后，模具的表面耐磨性能與負荷能力因PVD Ti/TiN涂層的作用而實現了有效強化，而當模具表面在接受離子滲碳的處理后，再通過PVD Ti/TiN的符合處理，則更好的實現了對其符合性能的有效強化。在進行復合處理過程中，首先運用離子滲碳對中間薄層實施相應的處理，這就使得Ti/TiN能夠獲得較好的支撐力，從而更好的實現對冷作模具壽命的提升。該項技術充分表明，在對表面硬度相對較差的模具進行處理時，首先可對其實施離子滲碳處理，再對其做出相應的PVD涂層處理，通過這種綜合干預方法，可更好的實現對涂層使用壽命的有效提升。

有研究者在ASSAB 635冷作模具鋼的制作過程中，分別運用PECVD DLC涂層處理技術與PVD CrTiN涂層處理技術，再基于此處理后對模具實施鍍鉻工藝的壓印試驗。根據表面來看，CRTiN涂層模具壓印的銀幣表面，其鍍鉻的模具和表面質量均更加的接近，但在接受DLC涂層處理后，其模具在進行壓印時，銀幣表面表現出非常明顯的發黑現象，這主要是由于涂層被轉移至了銀幣的表面上，但這也充分證實了DLC涂層的韌性相對較差且硬度相對較高。通過對銀幣進行壓印處理之后，其鍍鉻模具的作用也因此隨之失效；在進行1000枚銀幣的壓印處理后，CRTiN涂層仍然表現出較佳的特性，并未出現任何涂層剝裂的現象，相較于鍍鉻模具，其壽命也能夠實現更好的提升，達到2倍及以上。除此之外，另有研究者在對銀幣表面進行處理時，以離子鍍法在其表面鍍上了一層TiN，并且經過試驗對比證實，經過該項技術處理后的印模，其壽命較之未涂層的印模提升了3倍左右[2]。

由于DLC涂層的摩擦系數非常低，并且具有較好的潤滑性能，并且具有較好的耐磨性、較高的硬度以及較好的耐蝕性等，故被廣泛應用各種復合管成型模具，其使用壽命也因此提升了3倍以上。除此之外，通過對半導體封裝模具進行該應用，其壽命因此提升了近10倍左右；通過對光盤模具進行運用，其壽命可因此提升400萬次；通過對空調器翻遍凸模的有效運用，則能夠使得其壽命可因此提升至少3倍，而沖壓的件數也能夠因此至少提升800萬次。

有研究者通過對TiN與多弧離子鍍膜法所制備的N復合涂層兩種方法的實施效果進行比較，結果發現，后者處理后的電池外殼成形凸模的硬度明顯更高，并且其耐磨性也與ZrN相當。另通過對凸膜壽命進行研究，多弧離子鍍膜法所制備的N復合涂層相較于未實施鍍膜處理的凸膜，其壽命因此提升了至少4倍。

在對沖裁、沖壓類模具進行涂層處理時，有研究者采取了新型斜沖擊滑動試驗，通過該試驗主要對汽車沖壓件沖壓模具材料承受循環沖擊以及滑動力合成狀態進行了模擬處理，TiN涂層模具會表現出明顯的磨損。而針對高強度鋼材實施有限元軟件的分析沖裁處理期間，經由抗磨減摩角度來實現對PVD涂覆的模擬處理，Graphit-iC類石墨涂層、MoST以及CrMoN可促使冷作模具鋼壽命對涂層的影響隨之減弱，根據研究結果顯示，通過對減摩涂層的運用，可促使模具的等效應力出現不同程度的減弱，從而更好的實現對高強度鋼沖裁模具壽命的有效提升。

精沖是一種具有較高質量、較高效率以及較高附加值的精密塑性成形工藝，可以說通過一次沖裁即可獲得較高質量的零件，精沖模具發生失效，同時表現為以下形式，包括模具斷裂、過量磨損以及塑性變形。TiAIN和TiN涂層由于具有較高的耐腐蝕熱穩定性和良好的耐磨性，故在精沖行業得到了廣泛運用。

3 總結

綜上所述，PVD涂層技術因其本身所具備的性能，故在沖壓/成型模具得到了廣泛運用，且獲得了行業的共同認可。下一步應當進一步加強對PVD涂層技術的研究，拓寬其應用范圍，更好的提升模具質量。

[1]蔡平,金錚,沈陽.PVD刀具涂層技術發展趨勢[J].科技展望,2016,26(25):76.

[2]張而耕,朱州,張體波.超硬納微米PVD涂層技術在刀具領域的應用及研究進展[J].表面技術,2015,44(04):89-96,108.