PVD涂层技术在冲压/成型模具中的应用

浦胜义

（蓬莱金福不锈钢制品有限公司,山东 蓬莱 265600）

在工业快速发展的影响下，行业对模具的要求也随之不断的提升，尤其是针对寿命、精度、耐磨损、抗高温性以及防腐蚀等方面。经过大量的实践发现，要实现对模具性能的提升，最正确且有效的方式，除了选择合理的材料和正确的加工之外，关键在于科学合理的表面处理与热处理。

1 PVD涂层技术

离子镀膜（PVD镀膜）技术其具体的原理主要是指，在真空的环境下，运用大电流、低电压的电弧放电技术，通过合理运用气体放电，即可促使靶材迅速蒸发，蒸发气体与物质均能够被迅速电离，再通过对电场的加速，从而促使各种反应产物和蒸发物质能够大量聚集在工件之上。PVD离子镀膜因其所具备的各项特点，其与真空蒸发镀膜比较，存在以下优点：（1）离子具有较好的绕射性能，可对各种复杂的镀形状工件进行处理；（2）工件与膜层表面具有较强的结合力，故具有更高的耐磨性和持久性；（3）其所能够镀膜的种类非常繁多；（4）膜层具有较快的沉积速率，并且有着较高的生产效率；（5）具有较为稳定的膜层性能，其安全性也非常高[1]。

PVD技术更多的适用于成型、冲压、拉伸等模具，车刀、钻头等刀具以及精密零配件等。在对模具进行涂层技术的处理之后，可促使抗磨力、硬度得到有效提升，同时还可促使摩擦系数降低，从而促使工件的使用寿命得以延长，通常情况下，与未处理过的工件比较，其寿命能够增加3-10倍。截至目前为止，较常见的涂层主要包括：TiCN、CiN等，各种涂层处理技术，其所具备的用途和特性有明显差异。

2 PVD在冲压/成型模具上的应用

冲压/成型模具表面若失效，那么其通常表现为磨损、腐蚀、开裂以及变形等。为了有效防止模具的使用寿命缩短，在对模具进行处理时，其相对运动件表面和中型腔的表面均需要达到相应的要求，必须具有较高的润滑性和硬度，从而促使其能够更好的实现对磨损的减弱，提升耐磨性能，达到更好的抗疲劳效果与防腐蚀效果，PVD涂层处理技术的运用，就能够促使模具存在的上述问题得到有效解决。

有研究者运用低温离子渗碳、非平衡磁控溅射Ti/TiN以及PVD Ti/TiN对Cr12MoV冷作模具钢表面实施复合处理后，模具的表面耐磨性能与负荷能力因PVD Ti/TiN涂层的作用而实现了有效强化，而当模具表面在接受离子渗碳的处理后，再通过PVD Ti/TiN的符合处理，则更好的实现了对其符合性能的有效强化。在进行复合处理过程中，首先运用离子渗碳对中间薄层实施相应的处理，这就使得Ti/TiN能够获得较好的支撑力，从而更好的实现对冷作模具寿命的提升。该项技术充分表明，在对表面硬度相对较差的模具进行处理时，首先可对其实施离子渗碳处理，再对其做出相应的PVD涂层处理，通过这种综合干预方法，可更好的实现对涂层使用寿命的有效提升。

有研究者在ASSAB 635冷作模具钢的制作过程中，分别运用PECVD DLC涂层处理技术与PVD CrTiN涂层处理技术，再基于此处理后对模具实施镀铬工艺的压印试验。根据表面来看，CRTiN涂层模具压印的银币表面，其镀铬的模具和表面质量均更加的接近，但在接受DLC涂层处理后，其模具在进行压印时，银币表面表现出非常明显的发黑现象，这主要是由于涂层被转移至了银币的表面上，但这也充分证实了DLC涂层的韧性相对较差且硬度相对较高。通过对银币进行压印处理之后，其镀铬模具的作用也因此随之失效；在进行1000枚银币的压印处理后，CRTiN涂层仍然表现出较佳的特性，并未出现任何涂层剥裂的现象，相较于镀铬模具，其寿命也能够实现更好的提升，达到2倍及以上。除此之外，另有研究者在对银币表面进行处理时，以离子镀法在其表面镀上了一层TiN，并且经过试验对比证实，经过该项技术处理后的印模，其寿命较之未涂层的印模提升了3倍左右[2]。

由于DLC涂层的摩擦系数非常低，并且具有较好的润滑性能，并且具有较好的耐磨性、较高的硬度以及较好的耐蚀性等，故被广泛应用各种复合管成型模具，其使用寿命也因此提升了3倍以上。除此之外，通过对半导体封装模具进行该应用，其寿命因此提升了近10倍左右；通过对光盘模具进行运用，其寿命可因此提升400万次；通过对空调器翻遍凸模的有效运用，则能够使得其寿命可因此提升至少3倍，而冲压的件数也能够因此至少提升800万次。

有研究者通过对TiN与多弧离子镀膜法所制备的N复合涂层两种方法的实施效果进行比较，结果发现，后者处理后的电池外壳成形凸模的硬度明显更高，并且其耐磨性也与ZrN相当。另通过对凸膜寿命进行研究，多弧离子镀膜法所制备的N复合涂层相较于未实施镀膜处理的凸膜，其寿命因此提升了至少4倍。

在对冲裁、冲压类模具进行涂层处理时，有研究者采取了新型斜冲击滑动试验，通过该试验主要对汽车冲压件冲压模具材料承受循环冲击以及滑动力合成状态进行了模拟处理，TiN涂层模具会表现出明显的磨损。而针对高强度钢材实施有限元软件的分析冲裁处理期间，经由抗磨减摩角度来实现对PVD涂覆的模拟处理，Graphit-iC类石墨涂层、MoST以及CrMoN可促使冷作模具钢寿命对涂层的影响随之减弱，根据研究结果显示，通过对减摩涂层的运用，可促使模具的等效应力出现不同程度的减弱，从而更好的实现对高强度钢冲裁模具寿命的有效提升。

精冲是一种具有较高质量、较高效率以及较高附加值的精密塑性成形工艺，可以说通过一次冲裁即可获得较高质量的零件，精冲模具发生失效，同时表现为以下形式，包括模具断裂、过量磨损以及塑性变形。TiAIN和TiN涂层由于具有较高的耐腐蚀热稳定性和良好的耐磨性，故在精冲行业得到了广泛运用。

3 总结

综上所述，PVD涂层技术因其本身所具备的性能，故在冲压/成型模具得到了广泛运用，且获得了行业的共同认可。下一步应当进一步加强对PVD涂层技术的研究，拓宽其应用范围，更好的提升模具质量。

[1]蔡平,金铮,沈阳.PVD刀具涂层技术发展趋势[J].科技展望,2016,26(25):76.

[2]张而耕,朱州,张体波.超硬纳微米PVD涂层技术在刀具领域的应用及研究进展[J].表面技术,2015,44(04):89-96,108.