车身覆盖件与结构件模具的涂层应用.pdf

1、 车身覆盖件与结构件模具的涂层应用 欧瑞康巴尔查斯涂层（苏州）有限公司 沈雷 中国区模具涂层经理 BALINIT 涂层技术针对车身覆盖件的外板件 /内板件 /结构件以及热冲压成型模具等应用领域的广泛应用 引言： 伴随着中国汽车模具行业的高速发展 ， 金属表面处理技术尤其是 PVD涂层技术在汽车覆盖件模具行业得到了越来越广泛的应用 。 针对汽车外板件 ， 内板件 ， 结构件以及热冲压成型等模具的不同应用需求 ，欧瑞康巴尔查斯作为全球 PVD涂层技术和市场的领导者 ， 开发了一系列最新 PVD涂层技术以适应汽车覆盖件模具市场的需要 。 Page 2 save space Oerlikon Balz

2、ers, Oct 2012 Company Overview Six core competencies 公司概况 -六大核心竞争力 Oerlikon Textile Oerlikon Advanced Technologies Oerlikon Drive Systems Oerlikon Coating Oerlikon Solar Oerlikon Vacuum Page 3 Confidential save space Oerlikon Balzers, Oct 2012 Key data for Oerlikon Balzers 欧瑞康巴尔查斯的关键数据 Unique compan

3、y with global network for coating service 唯一拥有全球涂层服务网络的公司 Nearly 90 coating centers in more than 30 countries 在超过 30个国家有接近 90个涂层中心 CHF 484 million sales in 2011 2011年销售额为四亿捌千四百万瑞士法郎 About 3000 employees worldwide 全球约有 3000名员工 About 30% global market share (job coating) 全球市场占有率约为 30%（涂层服务） Approximat

4、ely 3.5 times bigger than the No. 2 约是排名第二的公司的 3.5倍 More than 550 coating systems in operation 有超过 550个涂层设备在运行中 Page 4 save space Oerlikon Balzers, Oct 2012 Close to you anywhere in the world 靠近您 -我们在您身边 America美洲 Argentina阿根廷 Brazil巴西 Canada加拿大 Mexico墨西哥 USA美国 Europe欧洲 Liechtenstein 列支敦士登 Austria奥地

5、利 Benelux比荷卢 Czech Rep.捷克 Finland芬兰 France法国 Germany德国 Great Britain英国 Hungary匈牙利 Asia亚洲 China中国 India印度 Indonesia印度尼西亚 Japan日本 Korea韩国 Singapore新加坡 Thailand泰国 Malaysia马来西亚 Italy意大利 Poland波兰 Portugal葡萄牙 Romania罗马尼亚 Russia俄罗斯 Spain西班牙 Sweden瑞典 Switzerland瑞士 Turkey土耳其 21 Centres 21个涂层中心 28 Centres 28个

6、涂层中心 39 Centres 39个涂层中心 Page 5 Confidential save space Oerlikon Balzers, Oct 2012 Cutting Tools 切 削刀具 Forming Tools 成型模具 Components 零部件 Low pressure nitriding 低压渗氮 ePD 嵌入式 PVD BCN coating centers 巴尔查斯中国涂层中心分布 Tianjin Jinan Wenling Dongguan Chongqing Xian Hanzhong Chengdu Suzhou Xinjiang Yunnan Shanx

7、i Hainan Anhui Guizhou Shanghai Henan Inner Mongolia Jiangsu Zhejiang Gansu Sichuan Ningxia Hebei Heilongjiang Jilin Liaoning Guangdong Hubei Hunan Shaanxi Guangxi Jiangxi Fujian Shandong Qinghai Xizang Wuhan 1 2 3 4 5 Oerlikon Balzers Coating (Dongguan) Co., Ltd SOP Oct. 2008 东莞 6 Oerlikon Balzers

8、Coating (Xian) Co., Ltd SOP Dec. 2008 西安 7 Oerlikon Balzers Coating (Wenling) Co., Ltd SOP Feb. 2009 温岭 Oerlikon Balzers Coating (Suzhou) Co., Ltd SOP April 2004, 苏州 Oerlikon Balzers Coating (Hanzhong) Co., Ltd In-house center SOP Dec.2005 汉中 Oerlikon Balzers Coating (Tianjin) Co., Ltd SOP Nov.2006

9、天津 Oerlikon Balzers Coating (Chengdu) Co., Ltd SOP Nov.2007 成都 8 Oerlikon Balzers Coating (Chongqing) Co., Ltd SOP Mar. 2011 重庆 9 Oerlikon Balzers Coating (Jinan) Co., Ltd SOP Aug. 2011 济南 10 Oerlikon Balzers Coating (Wuhan) Co., Ltd SOP Oct. 2012 武汉 Re-grinding (start in 2013) 修磨 PPD (start in end

10、of 2013) Page 6 Changchun save space Oerlikon Balzers, Oct 2012 Oerlikon Balzers Market Segments 欧瑞康巴尔查斯市场细分 Embedded PVD Technology 嵌入式 PVD涂层 Business Lines 事业线 Tools工具 Components零部件 Cutting Tools 切削刀具 Forming Tools 成型模具 Precision Components 精密零部件 Automotive 汽车零部件 Design Parts联涂 Market Segment 市场细分

11、 Page 7 Confidential 板材 涂层 模具钢 机加工工艺与表面处理 热处理 影响模具寿命的几大因素 板材 涂层 模具钢 机加工工艺与表面处理 热处理 影响模具寿命的几大因素 Page 10 Oerlikon Balzers / June 2010 PVD 涂层 - BALINIT Coating Substrate 只有几微米的涂层厚度，硬度可高达HV3000以上 PVD = Physical Vapour Deposition 物理气相沉积 BALINIT 涂层原理 Page 11 Oerlikon Balzers / June 2010 Tools Gas Tools Ga

12、s Gas Tools Gas Arc 电弧放电 Sputtering 溅射 Evaporation 蒸镀 BALINIT A BALINIT B BALINIT C BALINIT C STAR BALINIT D BALINIT CNI BALINIT DLC BALINIT DLC STAR BALINIT ALCRONA PRO BALINIT ALDURA BALINIT ALNOVA BALINIT CAST BALINIT CAST BALINIT CROVEGA BALINIT DIAMOND BALINIT FUTURA TOP BALINIT FUTURA NANO BAL

13、INIT HARDLUBE BALINIT HELICA BALINIT LUMENA BALINIT MICRAN BALINIT TRITON BALINIT X.CEED BALINIT X.CELL BALINIT 涂层种类 - 统一品牌的多面手 BALINIT 涂层：冲压模具 2300 0,4 3000 0,4 3400 0,4 3200 0,4 TiN AlCrN CrN 1750 0,4 3 - 4 3 - 4 8 - 12 3 -5 4 - 10 600 金黄 单层 400 多层 800 纳米结构 1100 蓝灰 单层 700 银灰 单层 - 2,5 - 4,0 - 1,5 -

14、 3,0 - 1,5 维氏微硬度 (HV 0,05) 与钢之间的摩擦系数 (干性 ) 涂层 厚度 (m) 最高工作温度 (C) 颜色 结构 内应力 (GPa) BALINIT Xcell (DCN) BALINIT A BALINIT B BALINIT LUMENA BALINIT ALCRONA-Pro TiAlN 紫灰 TiCN 蓝灰 BALINIT 涂层在汽车冲压模具领域的应用 * * * * * * * * * * * * * * * * 抗粘着磨损 抗负载 抗磨粒磨损 抗冲击载荷 红硬性 改善板料流动性 化学稳定性 抗热疲劳 BALINIT X-Cell BALINIT LUMEN

15、A BALINIT ALCRONA * * * * * * * * BALINIT ALCRONA BALINIT LUMENA BALINIT X-Cell Punching Triming Fine blanking Stamping Al-die casting (core pins) Heavy“ metal sheet forming HSS sheet forming Al-die casting (cavities & cores) Soft“ metal sheet forming Stainess steel / Zn or Al coated steel / Au / Al

16、 sheet forming Available coatings with potential forming tools applications 钣金材料 涂层 模具材料 表面处理 热处理 影响模具寿命的几大因素 冷作钢 2400 MPa 高速钢 3000 MPa 粉末冶金高速钢 3200 MPa 粉末冶金高速钢 2 3500 MPa 硬质合金 3500-4500 MPa 层状铸铁 325 MPa 球墨铸铁 540 MPa 铸钢 2000 MPa 模具材料的抗压强度 热处理 SKD11的回火 45 50 55 60 65 100 150 200 250 300 350 400 450 5

17、00 550 600 回火温度 C 淬火温度： 1030C 1070C 涂层温度 : BALINIT A BALINIT B BALINIT D BALINIT FUTURA NANO BALINIT ALCRONA BALINIT LUMENA 硬度（HRC）热处理 淬火与回火 1次淬火 + 3次回火 回火 淬火 温度 淬火温度 回火温度 室温 t1 = 淬火保温时间 t3 = 回火保温时间 t3 一次回火 时间 t3 二次回火 t3 三次回火 t1 板材 涂层 模具钢 机加工工艺与表面处理 - 抛光 热处理 影响模具寿命的几大因素 关于拉延模具中普遍存在的表面拉伤问题 ， 其主要原因一是因

18、为钢板与模具表面之间夹杂的一些硬质颗粒杂质所导致的磨粒型磨损 ， 二是因为钢板与模具这对金属间摩擦副因表面凸凹不平产生机械咬合而导致的粘着型磨损 。 针对磨粒型磨损 ， 最主要是通过增加模具工作面表面硬度从而有效抵抗硬质颗粒对模具表面的磨损；再有就是要提高钢板 ，模具 ， 以及润滑液的洁净度 ， 以减少杂质颗粒的产生 。 模具表面拉伤 磨粒型磨损 对于粘着性磨损或冷焊效应，模具表面和钢板表面产生机械咬合的主要原因是因表面的凸凹不平，模具表面与钢板表面实际接触的只是凸起的波峰部位，其实际接触面积要远远小于理论接触面积，这就大大增强了单位面积的压强，而此压强一旦超过钢板的抗拉强度，就会把钢板表面凸

19、起的波峰位置的材料拉扯下来粘着在模具表面。在接下来的冲压生产过程中，一方面这种粘着会像滚雪球一样越滚越大，另一方面会因模具和钢板的挤压造成粘料本身的晶格滑移错位而导致冷作硬化，从而最终在模具表面形成又大又硬的积瘤，对钢板表面和模具表面造成拉伤。 模具表面拉伤：粘着性磨损 所以，解决粘着性磨损或冷焊的最关键之处在于减小模具的表面粗糙度，减少模具表面的凸凹不平从而增大模具表面和钢板的实际接触面积，降低接触部位的单位面积的压强。一旦此压强小于钢板的抗拉强度，就不容易把钢板表面凸起的波峰位置拉扯下粘料来。 另一方面，因为钢与钢之间的摩擦系数在某一特定的表面粗糙度区间可以降到最低，通过抛光减小模具的表面

20、粗糙度也可以显著降低模具与钢板之间的摩擦系数。 模具表面拉伤与模具表面粗糙度 试验表明 ， 钢与钢之间的摩擦系数在表面粗糙度 Rz=1um时达到最低 ， 表面粗糙度太高则会增大机械咬合 ， 太低则会因摩擦副之间产生真空吸附从而导致摩擦系数急剧增大 。 表面粗糙度与摩擦系数 Ra 1.6 Ra 0.2 Ra 0.1 Ra 0.05 表面粗糙度与摩擦系数的关系曲线图 但目前国内的汽车覆盖件模具企业普遍来说因为要赶工期或限于自身的抛光能力 ， 其模具的最终表面粗糙度一般来说都在 Ra0.8um以上 。 针对国内模具市场这一普遍状况 ， 欧瑞康巴尔查斯配备了专业的模具抛光团队为客户的模具提供 PVD涂

21、层前后的抛光服务 ， 使最终交货时模具工作面的表面粗糙度达到 Ra0.08-0.15um。 内板件 /结构件 镶拼冷作工具钢类模具 - 通过抛光改善模具工作面表面粗糙度 内板件 /结构件 镶拼冷作工具钢类模具 - 通过抛光改善模具工作面表面粗糙度 模具抛光后工作面表面粗糙度可达到 Ra0.08-0.15um 板材 涂层 模具钢 机加工工艺与表面处理 热处理 影响模具寿命的几大因素 高强度板：抗拉强度与延伸率 Advanced Ultra High Strength Steels (AHSS) High Strength Steels 抗拉强度 MPa 延伸率%SSAB 1）外板件 整体铸铁类模具 2）内板件 /结构件 镶拼冷作工具钢类模具 3）热冲压成型类模具 Page 29 BALINIT 涂层技术针对车身覆盖件的外板件 /内板件 /结构件以及热冲压成型模具等应用领域的广泛应用 外板件 整体铸铁类模具 目前汽车覆盖件外板件因工件形状一般都相对简单且目前大多只采用普通钢板 ， 钢材的抗拉强度不高且延展性较好 ， 因而对模具的整体要求相对来说并不太高 ， 模具大多采用整体结构 ， 模具材料一般采用球墨铸铁等铸铁类材料 。 因其整体模具尺寸较大 ， 通常都超过了 PVD或 TD设备所能处理的极限尺寸 ， 其表面处理目前大多采用镀硬铬工艺或氮化工艺 。 Page 30