專利名稱：模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模具，尤其是一種具有制造汽車底盤的控制臂的模具。
背景技術(shù)：
就汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)來說，控制臂是底盤零件中主要的零部件之一，翻邊及精整模具工作狀態(tài)極其嚴(yán)酷，瞬間沖擊力大，凹凸模間尺寸配合度高，潤滑與熱傳導(dǎo)性能差， 導(dǎo)致模具因嚴(yán)重粘著磨損而過早失效，模具壽命及其低下，由此嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的質(zhì)量，是生產(chǎn)過程中的“瓶頸”問題。模具大多數(shù)采用典型的冷作模具鋼(Crl2MoV)，雖有良好的耐磨性，但難以滿足在極其惡劣的工況條件下使用的性能。例如所制控制臂翻邊類沖頭壽命經(jīng)幾百次翻邊即需修模，上千次翻邊即將報廢，而每天的產(chǎn)量均千件以上。模具表面滲氮處理略能緩解模具的修模次數(shù)，但往往因氮化溫度難以控制(瞬間溫度超過模具的回火溫度)而降低模具整體硬度和強度，從而導(dǎo)致模具報廢。近十幾年來，表面物理氣相沉積技術(shù)逐漸開發(fā)并應(yīng)用于刀具、轉(zhuǎn)頭等工具表面，例如Cr基涂層是目前人們最為關(guān)注的涂層用于轉(zhuǎn)頭等工具。從單一的硬涂層、梯度涂層、多組元涂層到21世紀(jì)的納米涂層，日新月異，層出不窮。但還沒有涂層實際應(yīng)用于冷作模具表面的報道。影響涂層摩擦磨損的因素有很多，如涂層的制備方式、化學(xué)組分、微結(jié)構(gòu)、涂層厚度、基體材料特性涂層與基體的結(jié)合力等。與刀具等工具不同，除了考慮涂層硬度、強度和耐磨性外，涂層與基體的結(jié)合力，以及涂層的摩擦學(xué)性能(摩擦、潤滑與磨損)成為關(guān)鍵的性能指標(biāo)，尤其在極其惡劣工況條件下服役的模具。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明的目的在于優(yōu)化冷作模具材料與表面涂層的組合，以獲得綜合性能(韌性、強度、耐磨性等)優(yōu)異的模具。一種模具，其特點是，以高強韌性冷作模具鋼SDC99為基體材料，并在表面沉積Cr 基耐磨減摩涂層CrTiAIN，其中，高強韌性冷作模具鋼SDC99的化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為 0. 92% C, 1. 01% Si，0. 27% Mn, 9. 50% Cr, 1. 94% Μο,Ο. 88% V,0. 12% Ni 以及 Fe 余量，耐磨減摩涂層CrTiAlN的化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為Cr :74-76%，Ti :8-10%, Al :5-7%,N 8-10%以及微量Fel %。所述的模具，其進(jìn)一步的特點是，采用濺射靶材表面等離子體密度高、涂層均勻且結(jié)合力強的非平衡磁控濺射工藝在基體材料表面沉積高強度、低摩擦系數(shù)的Cr基耐磨減摩涂層CrTiAIN。所述的模具，其進(jìn)一步的特點是，沉積CrTiAlN的溫度接近于基體材料的回火溫度。所述的模具，其進(jìn)一步的特點是，基體材料采用1050°C真空油淬和520°C高溫回火熱進(jìn)行整體熱處理。
所述的模具，其進(jìn)一步的特點是，為汽車控制臂模具。以往，控制臂翻邊精整模以每分鐘12次的速度冷沖控制臂零件，由于冷沖載荷高 (630噸)，且凹模與凸模間隙極其小，冷沖時模具表面承受很大的摩擦應(yīng)力，經(jīng)約幾百次冷沖翻邊后，模具翻邊直壁表面產(chǎn)生了嚴(yán)重的粘著磨損和冷沖件內(nèi)孔表面拉毛、吸附而發(fā)生過早的模具失效，由此可見，模具表面低的粘著磨損性能很大程度上限制了冷沖模使用，或縮短了模具的實際使用壽命，前述模具采用優(yōu)化的冷作模具材料與表面涂層的有效組合， 克服了冷作模具材料表面摩擦學(xué)性能低，而硬涂層韌性差等不足之處，實現(xiàn)了高級別模具實用化，顯著地提高了模具的使用壽命，降低了模具的制造成本，隨著中國汽車產(chǎn)量的攀升，控制臂類相關(guān)模具將有巨大的使用量，運用本發(fā)明可數(shù)量級提高模具的使用壽命，對降本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，環(huán)保節(jié)能等多方面有深遠(yuǎn)的意義，市場前景廣闊。
具體實施例方式模具的基體材料采用高強韌性冷作模具鋼SDC99為基體材料，其化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為 0. 92% C, 1. 01% Si，0. 27% Mn,9. 50% Cr, 1. 94% Μο,Ο. 88% V 和 0. 12% Ni。 較傳統(tǒng)的Crl2MoV相比，降低了碳、鉻的含量，提高了鉬、釩的含量，減少并細(xì)化共晶碳化物，細(xì)化晶粒，改善了韌性。經(jīng)過高溫淬火和回火處理，表面硬度為HRC61-62(略低于工具鋼)。但是未經(jīng)表面處理的SDC99鋼，其表面硬度和強度難以滿足模具表面的耐磨性， 同時工件與模具組成的摩擦副，其粘著傾向大。通常，汽車底盤的控制臂翻邊精整模經(jīng)約幾百次冷沖翻邊后，模具翻邊直壁表面產(chǎn)生了嚴(yán)重的粘著磨損和冷沖件內(nèi)孔表面拉毛、吸附而發(fā)生過早的模具失效。對于控制臂翻邊精整模一類的模具，冷沖速度快(12次/分)，冷沖載荷高(630 噸)，而且凹模與凸模間隙極其小，冷沖時模具表面承受很大的摩擦應(yīng)力和熱量。發(fā)明人根據(jù)涂層與模具間的摩擦副原則，嘗試了采用濺射靶材表面等離子體密度高、涂層均勻且結(jié)合力強的非平衡磁控濺射技術(shù)，在基體材料表面沉積高強度、低摩擦系數(shù)的Cr基耐磨減摩涂層(CrTiAlN)。但是，耐磨減摩涂層(CrTiAlN)作用得以充分發(fā)揮，很大程度上取決于涂層與基體材料的結(jié)合力，這與模具基體材料力學(xué)性能匹配息息相關(guān)。對于控制臂翻邊精整模一類的模具，在服役過程中，基體材料不能支撐涂層的話，反而加速模具的失效。因此發(fā)明人以高強韌性冷作模具鋼SDC99為基體材料，組合與表面沉積的耐磨減摩涂層(CrTiAlN)來研制控制臂翻邊精整模的模具?；w材料首先采用1050°C真空油淬和 520°C高溫回火熱處理對進(jìn)行整體熱處理，處理后的硬度為HRC61-62，然后采用濺射靶材表面等離子體密度高、涂層均勻且結(jié)合力強的非平衡磁控濺射技術(shù)，在基體材料表面沉積高強度、低摩擦系數(shù)的Cr基耐磨減摩涂層(CrTiAlN)，并通過OEM自動調(diào)節(jié)N氣氛，以及靶偏流調(diào)節(jié)CrTiAlN的化學(xué)成分，調(diào)整后的合適成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為Cr :74-76%,Ti :8-10%, 八1:5-7%，^8-10(%以及微量!^1(%)。沉積溫度接近于基體材料的回火溫度。表面硬度高達(dá)2600Hv，摩擦系數(shù)為0. 10 0. 12。由于SDC99為基體材料具有高的強韌性，其表面沉積磨減摩涂層CrTiAIN。因此模具在高載荷，快速沖擊的工況條件下，當(dāng)涂層與基體受外力作用時，基體材料能有效吸收沖擊功，以及高的硬度(HRC61-6》有效地增加抗彈性變形和塑性變形的能力，縮短了涂層的彈性模量和模具基材彈性模量的差值，減少了涂層內(nèi)部拉伸應(yīng)力，增加了涂層在服役過程中承載能力和與基體的結(jié)合力。有效地發(fā)揮地涂層耐粘著磨損的能力，極大地延長了模具實際使用壽命。 在發(fā)明人的試驗中，采用前述的高強韌性冷作模具鋼表面沉積了磨減摩涂層 (CrTiAlN)涂層后，控制臂翻邊精整模，在轎車底盤廠630噸冷壓機(jī)實際應(yīng)用過程中，模具展現(xiàn)出極好的耐磨性、耐粘著性，模具壽命有了數(shù)量級(50倍)的提高。
權(quán)利要求
1.一種模具，其特征在于，以高強韌性冷作模具鋼SDC99為基體材料，并在表面沉積Cr 基耐磨減摩涂層CrTiAIN，其中，高強韌性冷作模具鋼SDC99的化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為 0. 92% C, 1. 01% Si，0. 27% Mn, 9. 50% Cr, 1. 94% Μο,Ο. 88% V,0. 12% Ni 以及 Fe 余量，耐磨減摩涂層CrTiAlN的化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為Cr :74-76%，Ti :8-10%, Al :5-7%,N 8-10%以及微量Fel %。
2.如權(quán)利要求1所述的模具，其特征在于，采用濺射靶材表面等離子體密度高、涂層均勻且結(jié)合力強的非平衡磁控濺射工藝在基體材料表面沉積高強度、低摩擦系數(shù)的Cr基耐磨減摩涂層CrTiAIN。
3.如權(quán)利要求1所述的模具，其特征在于，沉積CrTiAlN的溫度接近于基體材料的回火溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的模具，其特征在于，基體材料采用1050°C真空油淬和520°C高溫回火熱進(jìn)行整體熱處理。
5.如權(quán)利要求1所述的模具，其特征在于，為汽車控制臂模具。
全文摘要
一種模具，具有優(yōu)異的綜合性能，其以高強韌性冷作模具鋼SDC99為基體材料，并在表面沉積Cr基耐磨減摩涂層CrTiAlN，其中，高強韌性冷作模具鋼SDC99的化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為0.92％C，1.01％Si，0.27％Mn，9.50％Cr，1.94％Mo，0.88％V，0.12％Ni以及Fe余量，耐磨減摩涂層CrTiAlN的化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為Cr74-76％，Ti8-10％，Al5-7％，N8-10％以及微量Fe1％。
文檔編號C22C38/46GK102397994SQ201010278570
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者萬紫, 孫保良, 施雯 申請人:上海匯眾汽車制造有限公司