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PVD纳米涂层在汽车制造业上的应用

发布时间:2018-08-14浏览次数:3

PVD纳米涂层在汽车制造业上的应用

汽车模具最主要的组成部分就是覆盖件模具,是制造汽车上所有零件的模具总称。国内汽车产业的腾飞给汽车模具带来广阔的发展空间,也对汽车模具有更高的要求。 

 

1.一种涂层就可解决所有切削问题的观点已经被否决

近些年,中国汽车制造业的迅猛发展同样也惠及到为汽车制造业提供配套的刀具行业以及刀具制造中不可缺少的刀具涂层制造业。汽车制造业是中国制造业中最早接受pvd涂层的领域。

为了适应汽车制造业的高速发展,刀具涂层也不断地涌现出新的涂层品种、改善涂层品质以及更加具有针对性地个性化涂层开发。现在的刀具涂层不仅品种丰富,而且专业性更强,过去那种认为一种涂层就可解决所有切削应用的观点已逐渐被更加科学地应用选择合适的涂层的行为所替代,这也是国内汽车行业对其刀具涂层选择和应用逐渐成熟的一个重要标志。

 

2.为什么说模具必须要涂层?

随着汽车行业竞争的日益激烈和经济状况的日益恶劣,汽车零件生产厂家对生产成本的关注与日俱增。零件生产成本的很大一部分来自于工具的成本,而模具则是其中一个非常重要的部分。模具因其生产周期长,加工精度高而使其造价高昂,所以生产厂家总是希望模具使用寿命能够足够长,同时好的模具在加工产品过程中应该能够确保产品表面品质优异。合理应用表面处理技术以获得高精度模具表面,是提高产品精度及表面质量的必要条件。

在众多的表面处理方法中,PVD涂层无疑是解决以上问题的首选方法。PVD涂层技术是最新最先进的表面工程技术之一,它是把电弧放电作为金属蒸发源的表面涂层技术。由于电弧离子镀技术具有镀膜速度高,膜层致密,膜的附着力好等特点,使电弧离子镀层在模具的超硬镀膜领域的应用越来越广泛,并将占据越来越重要的地位。

从成本的角度考虑,花费在PVD涂层的投入不到模具成本的十分之一,却能够得到寿命和被加工零件表面品质的显著提升。 

 与传统的表面热处理方式相比,一般PVD涂层的表面硬度要高数倍至数十倍以上,这就使得经过PVD处理的模具寿命会在原来的基础上提高数倍至数十倍以上。从使用寿命的角度上看,工具的成本得以很大程度的降低。由于模具寿命的提高,机器因更换模具而停机对产能的影响也大为降低。一般PVD涂层由于其本身特点,其摩擦系数要远小于普通金属材料。例如,经过表面抛光的金属材料的表面摩擦系数一般在0.9左右,而PVD涂层材料对钢材的摩擦系数在0.1~0.6之间。不同涂层较小的摩擦系数使经PVD处理的模具在加工过程中与被加工零件的表面摩擦降低,零件表面品质远好于没有涂层模具所生产的零件。

                                                       

3.模具的磨损机理决定了涂层的应用类型

模具因为类型不同,生产的产品不同,失效形式也不同。如冲裁模在正常使用过程中,模具因摩擦生产的刃口磨损是主要的失效形式,磨损机理上分析,凸凹模的磨损主要是粘附磨损和磨料磨损。

 PVD涂层特征: 高硬度 、高耐磨性 、低摩擦系数 、高密度的组织 、化学稳定性

 

4.市场上常见的涂层类型

目前,市场上常见的刀具涂层种类首推氮化铝钛TiAlN。究其原因,TiAlN具有更高的硬度和更好的高温工作性能,可用于切削更硬的合金钢,并且适合高速和干式切削,这对追求高效率的现代汽车制造业尤为重要。以TiAlN为主要成分的TiAlN复合涂层,与单一的TiAlN涂层相比,具有更高的厚度和更好的与刀具基体结合力,因此这种涂层适用于重切削。

相比之下,TiN涂层由于耐热温度(一般在600oc以下)和硬度较低(一般在hv2000以下),目前大多只应用于低速和小批量切削加工中。

 

虽然TiAlN在碳钢和合金钢类的切削中可表现出杰出的性能,但在有色金属如铝合金的切削上却毫无优势可言。实际切削表明,带TiAlN涂层的刀具,如果应用于铝合金的切削加工,不仅不能提高加工性能,反而会因排屑不畅造成刀具提早报废,同时还会产生加工面粗糙度增加等缺陷。对此,目前欧美企业广泛采用了新一代涂层来解决这类加工难题,这些已经市场化的涂层即为类金刚石涂层(DLC涂层)和以氮化镐为基础的不含铝的涂层——ZrN复合涂层。

 


汽车冲压成型模具(TiN,TiCN): 

解决粘料磨损,提高模具寿命; 

避免产品拉伤,提高生产效率; 

汽车压铸模具(AlCrN,AlTiN): 

解决铝合金压铸的粘料烧附、冲蚀问题; 

防止模具受热开裂,变形等; 

汽车锻造模具(AlCrN,TiAlN-ML): 

解决粘料磨损,提高模具寿命; 

解决热裂纹问题。