[发明专利]模具

说明书

技术领域

本发明涉及一种模具，尤其是一种具有制造汽车底盘的控制臂的模具。

背景技术

就汽车零部件生产企业来说，控制臂是底盘零件中主要的零部件之一，翻边及精整模具工作状态极其严酷，瞬间冲击力大，凹凸模间尺寸配合度高，润滑与热传导性能差，导致模具因严重粘着磨损而过早失效，模具寿命及其低下，由此严重影响了生产的稳定性和产品的质量，是生产过程中的“瓶颈”问题。

模具大多数采用典型的冷作模具钢(Cr12MoV)，虽有良好的耐磨性，但难以满足在极其恶劣的工况条件下使用的性能。例如所制控制臂翻边类冲头寿命经几百次翻边即需修模，上千次翻边即将报废，而每天的产量均千件以上。模具表面渗氮处理略能缓解模具的修模次数，但往往因氮化温度难以控制(瞬间温度超过模具的回火温度)而降低模具整体硬度和强度，从而导致模具报废。

近十几年来，表面物理气相沉积技术逐渐开发并应用于刀具、转头等工具表面，例如Cr基涂层是目前人们最为关注的涂层用于转头等工具。从单一的硬涂层、梯度涂层、多组元涂层到21世纪的纳米涂层，日新月异，层出不穷。但还没有涂层实际应用于冷作模具表面的报道。影响涂层摩擦磨损的因素有很多，如涂层的制备方式、化学组分、微结构、涂层厚度、基体材料特性涂层与基体的结合力等。与刀具等工具不同，除了考虑涂层硬度、强度和耐磨性外，涂层与基体的结合力，以及涂层的摩擦学性能(摩擦、润滑与磨损)成为关键的性能指标，尤其在极其恶劣工况条件下服役的模具。

发明内容

基于此，本发明的目的在于优化冷作模具材料与表面涂层的组合，以获得综合性能(韧性、强度、耐磨性等)优异的模具。

一种模具，其特点是，以高强韧性冷作模具钢SDC99为基体材料，并在表面沉积Cr基耐磨减摩涂层CrTiAlN，其中，高强韧性冷作模具钢SDC99的化学成分(质量百分数)为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，耐磨减摩涂层CrTiAlN的化学成分(质量百分数)为Cr：74-76％，Ti：8-10％，Al：5-7％，N：8-10％以及微量Fe1％。

所述的模具，其进一步的特点是，采用溅射靶材表面等离子体密度高、涂层均匀且结合力强的非平衡磁控溅射工艺在基体材料表面沉积高强度、低摩擦系数的Cr基耐磨减摩涂层CrTiAlN。

所述的模具，其进一步的特点是，沉积CrTiAlN的温度接近于基体材料的回火温度。

所述的模具，其进一步的特点是，基体材料采用1050℃真空油淬和520℃高温回火热进行整体热处理。

所述的模具，其进一步的特点是，为汽车控制臂模具。

以往，控制臂翻边精整模以每分钟12次的速度冷冲控制臂零件，由于冷冲载荷高(630吨)，且凹模与凸模间隙极其小，冷冲时模具表面承受很大的摩擦应力，经约几百次冷冲翻边后，模具翻边直壁表面产生了严重的粘着磨损和冷冲件内孔表面拉毛、吸附而发生过早的模具失效，由此可见，模具表面低的粘着磨损性能很大程度上限制了冷冲模使用，或缩短了模具的实际使用寿命，前述模具采用优化的冷作模具材料与表面涂层的有效组合，克服了冷作模具材料表面摩擦学性能低，而硬涂层韧性差等不足之处，实现了高级别模具实用化，显著地提高了模具的使用寿命，降低了模具的制造成本，随着中国汽车产量的攀升，控制臂类相关模具将有巨大的使用量，运用本发明可数量级提高模具的使用寿命，对降本，提高产品质量，提高产品稳定性，环保节能等多方面有深远的意义，市场前景广阔。

具体实施方式

模具的基体材料采用高强韧性冷作模具钢SDC99为基体材料，其化学成分(质量百分数)为0.92％C，1.01％Si，0.27％Mn，9.50％Cr，1.94％Mo，0.88％V和0.12％Ni。较传统的Cr12MoV相比，降低了碳、铬的含量，提高了钼、钒的含量，减少并细化共晶碳化物，细化晶粒，改善了韧性。经过高温淬火和回火处理，表面硬度为HRC61-62(略低于工具钢)。

但是未经表面处理的SDC99钢，其表面硬度和强度难以满足模具表面的耐磨性，同时工件与模具组成的摩擦副，其粘着倾向大。通常，汽车底盘的控制臂翻边精整模经约几百次冷冲翻边后，模具翻边直壁表面产生了严重的粘着磨损和冷冲件内孔表面拉毛、吸附而发生过早的模具失效。

对于控制臂翻边精整模一类的模具，冷冲速度快(12次/分)，冷冲载荷高(630吨)，而且凹模与凸模间隙极其小，冷冲时模具表面承受很大的摩擦应力和热量。