CN104233167A - 汽车模具表面的热喷涂改质处理方法 - Google Patents

汽车模具表面的热喷涂改质处理方法 Download PDF

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欧桃平
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向军
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俞立新
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Abstract

本发明公开了一种汽车模具表面的热喷涂改质处理方法，即本方法首先对汽车模具表面进行探伤、烘烤和擦拭预处理，非喷涂面采用工装保护；待喷涂面进行喷砂粗化处理，使其露出均质的金属本色并表面粗糙度控制在Ra6-8μm；采用热喷涂工艺在待喷涂面制备金属陶瓷类涂层，并采用机械手编程自动和手工两种方式相结合实施喷涂；采用抛磨盘对喷涂区域进行打磨处理，使最终热喷涂涂层厚度控制在0.06-0.10mm，粗糙度Ra<0.8μm。本方法克服了传统模具表面处理方法的缺陷，经本方法处理汽车模具表面硬度、耐磨性、耐蚀性等综合性能优异，有效提高模具的使用寿命，降低修模频率，降低生产成本。

Description

汽车模具表面的热喷涂改质处理方法
技术领域
本发明涉及一种汽车模具表面的热喷涂改质处理方法。
背景技术
随着汽车工业的快速发展，对汽车模具的精度、寿命等要求越来越高。新车型研发需求不断增加，每开发一款新车型，大约80%模具需新开发，在新车型开发费用中，约60%用于车身和冲压工艺及装备的开发。其中汽车模具生产工艺要求、技术含量高，导致高的生产成本，因此要求汽车模具有尽可能高的使用寿命。在未经表面处理的汽车模具投入生产后，模具表面极易拉伤，需反复修模，既增加维修保养工作量，影响生产进程，又由于表面粗糙度、精度等降低，影响产品质量，因此必须通过汽车模具表面改质处理的方法提高汽车模具的使用寿命。
目前汽车模具的表面改质处理方法主要有表面淬火、渗氮、电镀、TD处理等。作为传统表面处理的淬火、渗氮工艺，虽成本较低，能一定程度上提高模具的耐磨性，但对材质要求高，易引起热变形；电镀处理的方法耐磨性较好，镀层较均匀，但施工复杂、不易修模，电镀铬会造成环境污染；TD处理为热扩散法碳化物覆层处理，是一种通过高温扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物覆层，该覆层具有极高的硬度，且与母体材料冶金结合，TD处理后模具表面硬度高、耐磨性好，但其对模具设计、模具材质要求高，处理成本高，且易引起热变形,不易修模。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车模具表面的热喷涂改质处理方法，利用本方法克服了传统模具表面处理方法的缺陷，经本方法处理汽车模具表面硬度、耐磨性、耐蚀性等综合性能优异，有效提高模具的使用寿命，降低修模频率，降低生产成本。
为解决上述技术问题，本发明汽车模具表面的热喷涂改质处理方法包括如下步骤：
步骤一、喷涂前准备：对汽车模具表面进行着色探伤，确保无裂纹，采用氧乙炔火焰烘烤并用丙酮擦拭待喷涂面以去除油脂，采用工装保护汽车模具的非喷涂面； 
步骤二、喷砂处理：对汽车模具待喷涂面进行喷砂粗化处理，喷砂材料为46-120#白刚玉，使待喷涂面露出均质的金属本色，并表面粗糙度控制在Ra6-8μm；
步骤三、热喷涂涂层制备：采用热喷涂工艺在汽车模具待喷涂面制备金属陶瓷类涂层，金属陶瓷类粉末于120-150℃预热120-150min并烘干粉末，将汽车模具平放于喷涂房地面，喷枪垂直于待喷涂面实施喷涂；
步骤四、热喷涂涂层打磨处理：使用60-1200目数抛磨盘对汽车模具喷涂区域进行打磨处理，使最终热喷涂涂层厚度控制在0.06-0.10mm，粗糙度Ra<0.8μm。
进一步，上述热喷涂工艺是高速火焰喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂。
进一步，上述金属陶瓷涂层的材料是含有10-30wt%Co、Cr、Ni、CoCr、NiCr或CoCrNi的WC基材料或含有20-30wt%NiCr的Cr3C2基材料。
进一步，上述金属陶瓷类涂层采用机械手编程自动和手工两种方式相结合实施喷涂，先喷涂模具的拉延圆弧角区域，再喷涂模具的平面和型腔面，反复交替，喷涂每遍后测量并控制模具的表面温度<80℃、表面涂层厚度均匀性<0.05mm。
进一步，上述喷枪装配有适合手工喷涂的急停装置，在控制室的开关切换到手工喷涂时，所述喷枪的关停由操作人员控制。
进一步，上述汽车模具包括整体式模具或分体式模具。
进一步，上述热喷涂涂层的热喷涂工艺参数为：氧气1800-2000scfh、煤油5.2-6.0gph、送粉气18-25scfh、送粉率100-120g/min、枪距300-400mm，涂层厚度为0.12-0.15mm，喷涂用喷枪火焰对待喷涂面预热一遍，再进行喷涂。
由于本发明汽车模具表面的热喷涂改质处理方法采用了上述技术方案，即本方法首先对汽车模具表面进行探伤、烘烤和擦拭预处理，非喷涂面采用工装保护；待喷涂面进行喷砂粗化处理，使其露出均质的金属本色并表面粗糙度控制在Ra6-8μm；采用热喷涂工艺在待喷涂面制备金属陶瓷类涂层，机械手编程自动喷涂和手工喷涂两种方法相结合实施喷涂；采用抛磨盘对喷涂区域进行打磨处理，使最终热喷涂涂层厚度控制在0.06-0.10mm，粗糙度Ra<0.8μm。本方法克服了传统模具表面处理方法的缺陷，经本方法处理汽车模具表面硬度、耐磨性、耐蚀性等综合性能优异，有效提高模具的使用寿命，降低修模频率，降低生产成本。
具体实施方式
本发明汽车模具表面的热喷涂改质处理方法包括如下步骤：
步骤一、喷涂前准备：对汽车模具表面进行着色探伤，确保无裂纹，采用氧乙炔火焰烘烤并用丙酮擦拭待喷涂面以去除油脂，采用工装保护汽车模具的非喷涂面； 
步骤二、喷砂处理：可采用自动喷砂机对汽车模具待喷涂面进行喷砂粗化处理，喷砂材料为46-120#白刚玉，使待喷涂面露出均质的金属本色，并表面粗糙度控制在Ra6-8μm；
步骤三、热喷涂涂层制备：采用热喷涂工艺在汽车模具待喷涂面制备金属陶瓷类涂层，金属陶瓷类粉末于120-150℃预热120-150min并烘干粉末，将汽车模具平放于喷涂房地面，喷枪垂直于待喷涂面实施喷涂；
步骤四、热喷涂涂层打磨处理：使用60到1200目数范围的不同目数抛磨盘对汽车模具喷涂区域进行打磨处理，使最终热喷涂涂层厚度控制在0.06-0.10mm，粗糙度Ra<0.8μm。
进一步，上述热喷涂工艺可采用高速火焰喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂工艺。
进一步，上述金属陶瓷涂层的材料是含有Co、Cr、Ni、CoCr、NiCr或CoCrNi的WC基材料或含有20-30wt%NiCr的Cr3C2基材料。WC基材料中Co、Cr、Ni、CoCr、NiCr或CoCrNi的含量分别为10-30wt%。
进一步，上述金属陶瓷类涂层采用机械手编程自动和手工两种方式相结合实施喷涂，先喷涂模具的拉延圆弧角区域，再喷涂模具的平面和型腔面，反复交替，喷涂每遍后测量并控制模具的表面温度<80℃、表面涂层厚度均匀性<0.05mm。
进一步，上述喷枪装配有适合手工喷涂的急停装置，在控制室的开关切换到手工喷涂时，所述喷枪的关停由操作人员控制。
进一步，上述汽车模具包括整体式模具或分体式模具。
进一步，上述热喷涂涂层的热喷涂工艺参数为：氧气1800-2000scfh、煤油5.2-6.0gph、送粉气18-25scfh、送粉率100-120g/min、枪距300-400mm，涂层厚度为0.12-0.15mm，喷涂前用喷枪火焰对待喷涂面预热一遍，再进行喷涂。
本方法实际应用时，针对某汽车后地板凹模，模具材质为Cr12MoV，冲压1.2mm厚板，原采用模具表面淬火处理方法，该模具每300冲次即需要修模，50000冲次后表面有大量凹坑出现，已不能使用。为提高该模具的使用寿命，降低修模频率，采用热喷涂的超音速火焰喷涂工艺对该模具进行表面处理，在模具表面制备陶瓷类或金属陶瓷类涂层。
具体步骤如下：
1、喷涂前准备：对汽车后地板凹模表面进行着色探伤，确保无裂纹；烘烤并用丙酮擦拭待喷涂面去除油脂；工装保护非喷涂面。
2、喷砂处理：采用自动喷砂机对汽车后地板凹模待喷涂面进行喷砂粗化处理，喷砂材料为60#白刚玉，使其露出均质的金属本色，表面粗糙度控制在Ra7-8μm。
3、涂层制备：采用高速火焰喷涂工艺在模具表面制备WC-12Co涂层。将汽车后地板凹模平放于喷涂房地面，喷枪垂直于喷涂面实施喷涂。将WC-12Co粉末于120℃预热120min，烘干粉末，喷涂的工艺参数：氧气1950scfh，煤油5.9gph，送粉气23scfh，送粉率105g/min，枪距360mm，涂层厚度0.15mm；喷涂前用喷枪火焰预热模具表面一遍，再进行喷涂，并注意喷涂过程中每遍间的冷却,模具的表面温度<80℃。
4、打磨处理：使用180#、320#和800#不同目数抛磨盘对模具喷涂区域进行打磨处理，尤其注意压料筋、刃壁等特殊形状处的打磨，使最终涂层厚度控制在0.06-0.8mm，粗糙度Ra<0.8μm。
采用超音速火焰喷涂工艺在汽车后地板凹模上制备WC涂层，并经过打磨处理后，表面涂层平均显微硬度HV0.21150，孔隙率<1%，耐磨性、耐蚀性等综合性能良好，有效解决了模具拉毛、磨耗、烧结等问题，修模时间由原来的每300冲次降低为每3000冲次，使用寿命由原来的50000冲次提高到150000冲次，模具的使用寿命提高了2倍。

Claims (7)

1.一种汽车模具表面的热喷涂改质处理方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、喷涂前准备：对汽车模具表面进行着色探伤，确保无裂纹，采用氧乙炔火焰烘烤并用丙酮擦拭待喷涂面以去除油脂，采用工装保护汽车模具的非喷涂面；
步骤二、喷砂处理：对汽车模具待喷涂面进行喷砂粗化处理，喷砂材料为46-120#白刚玉，使待喷涂面露出均质的金属本色，并表面粗糙度控制在Ra6-8μm；
步骤三、热喷涂涂层制备：采用热喷涂工艺在汽车模具待喷涂面制备金属陶瓷类涂层，金属陶瓷类粉末于120-150℃预热120-150min并烘干粉末，将汽车模具平放于喷涂房地面，喷枪垂直于待喷涂面实施喷涂；
步骤四、热喷涂涂层打磨处理：使用60-1200目数抛磨盘对汽车模具喷涂区域进行打磨处理，使最终热喷涂涂层厚度控制在0.06-0.10mm，粗糙度Ra<0.8μm。
2.根据权利要求1所述的汽车模具表面的热喷涂改质处理方法，其特征在于：所述热喷涂工艺是高速火焰喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂。
3.根据权利要求1或2所述的汽车模具表面的热喷涂改质处理方法，其特征在于：所述金属陶瓷涂层的材料是含有10-30wt%Co、Cr、Ni、CoCr、NiCr或CoCrNi的WC基材料或含有20-30wt%NiCr的Cr3C2基材料。
4.根据权利要求3所述的汽车模具表面的热喷涂改质处理方法，其特征在于：所述金属陶瓷类涂层采用机械手编程自动和手工两种方式相结合实施喷涂，先喷涂模具的拉延圆弧角区域，再喷涂模具的平面和型腔面，反复交替，喷涂每遍后测量并控制模具的表面温度<80℃、表面涂层厚度均匀性<0.05mm。
5.根据权利要求4所述的汽车模具表面的热喷涂改质处理方法，其特征在于：所述喷枪装配有适合手工喷涂的急停装置，在控制室的开关切换到手工喷涂时，所述喷枪的关停由操作人员控制。
6.根据权利要求4所述的汽车模具表面的热喷涂改质处理方法，其特征在于：所述汽车模具包括整体式模具或分体式模具。
7.根据权利要求4所述的汽车模具表面的热喷涂改质处理方法，其特征在于：所述热喷涂涂层的热喷涂工艺参数为：氧气1800-2000scfh、煤油5.2-6.0gph、送粉气18-25scfh、送粉率100-120g/min、枪距300-400mm，涂层厚度为0.12-0.5mm，喷涂前用喷枪火焰对待喷涂面预热一遍，再进行喷涂。
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