摘要：本文分析了工件成型過程中表麵拉傷問題及其產生的原因，並對其解決方法進行了討論，介紹了表麵處理（lǐ）特別是TD覆層（céng）處（chù）理技術（shù）（簡稱TD處（chù）理）在此類模具上的應用。

關鍵詞：引伸模;成型模;拉傷（shāng）;TD覆層處（chù）理

1 工件拉傷問題（tí）

引伸（shēn）(拉延、拉伸)，彎曲、翻邊、薄板輥壓成（chéng）型（xíng）等類模具，其共同特點是工件在成型過程中，模（mó）具與被加工材料的接觸表麵要產生相對滑動。一（yī）般（bān）而（ér）言（yán），被加工（gōng）材料以各類鋼鐵材料及各（gè）類（lèi）鍍層鋼板居多，而模具一般由鋼鐵製（zhì）成（chéng）。此類工況（kuàng）存在的一個很大問題是成型過程（chéng）中，工件和模具表麵易產生拉傷，也有稱為拉毛、劃傷、或拉絲的。拉傷的後果是影響（xiǎng）產品的外（wài）觀和產品的質量。一些場合，工件表麵拉傷，即是廢品。拉傷嚴重時形成咬（yǎo）死現象，無法進行正常生（shēng）產（chǎn）。成型工作壓力比較大或奧氏體不鏽鋼類材（cái）料成型（xíng）時拉傷現象（xiàng）表現得尤為嚴重（chóng）。對於此（cǐ）種現象，目前國內還缺乏較係統的研究，對其解決方法的選擇缺乏有效的指（zhǐ）導原則，而國外則相反。本文結合筆者多年的科研（yán）和實踐經驗，就此問題進（jìn）行分析（xī），並對其解決方（fāng）法（fǎ）進行了較詳細的介紹。

2 工件拉傷問題的實質及解決拉傷問題的基本（běn）措施

工件成型過程中拉傷問題分以下兩種（zhǒng）狀況，一種情況是由於模具的宏觀機械凹凸不平或被成型材料與模具之間夾（jiá）雜其它硬質顆粒，都會在工件表麵形成機（jī）械（xiè）的切削。此種（zhǒng）情況在實際生產中可能會（huì）出現，其解決方法是（shì）完善模（mó）具設計和製模時對模具表麵（miàn）進（jìn）行仔細研磨加工，並加強生產環境的管理。本文以下主要討論另一種情況的（de）拉（lā）傷（shāng）問題。

另一種情況是由於工件表（biǎo）麵與模具表麵粘（zhān）著磨損[1]而形成的拉傷，也是生產中常見的又不容易解決的一種（zhǒng）狀況（kuàng），以下詳細分析粘著磨損的產生（shēng）及減少粘著磨損（sǔn）的一些基本措施。

成型類模（mó）具加工工（gōng）件時，模具與被加工材料表麵相互接觸並相（xiàng）對滑動，組成一對接觸副或摩擦副。由於材料表（biǎo）麵不可能是完全平整的，總存在可（kě）以測到的粗糙（cāo）度，所以真正的接觸隻發生在微觀接觸麵上。分析表明，微觀真實（shí）接觸麵積隻是名義上的幾何接觸麵積的一個小部分，由此微觀接觸麵範圍內產生很大的（de）機械應力（lì），這（zhè）些應力由於切向相對運動還會加強，以致受到負荷作（zuò）用的粗糙麵凸峰發生彈性或彈塑性變形，這（zhè）樣摩擦副雙方表麵的吸附層或反（fǎn）應層會遭到破（pò）壞，結果使暴露在表麵的原子（zǐ）鍵聯結或多或少地得到加強，這種現象（xiàng）稱為粘著（zhe）作用。當磨（mó）擦副發生相對運動時（shí），這種原子鍵又（yòu）會相互脫開，原子鍵脫開並（bìng）不一定（dìng）都在原（yuán）始微觀接觸處斷開，而（ér）有可（kě）能在（zài）磨擦副雙方表（biǎo）麵層附近斷開，其結果是材料從磨擦副的一（yī）方（fāng）轉移到磨擦副的另一方上去，這就是所謂的粘著（zhe）磨損[1]。實驗證（zhèng）明，出現粘（zhān）著磨損（sǔn）的磨擦副的表麵非常粗（cū）糙，並有拉傷（shāng），其程（chéng）度與法向力，磨擦副之間相對運動速（sù）度以及溫度等負荷參數有關（guān）。當以上負（fù）荷參數超過了臨界（jiè）值時，粘著磨損突然加劇，出（chū）現所謂（wèi）膠合現象，極端情況摩擦副間的相對運動停止，出現咬（yǎo）死現象。由上分析可見，工件成型時表麵出現拉傷或（huò）咬死現象就是粘著磨損所引起的結果。

要減少粘著磨損目前還缺乏統一的選擇判據，大多需要依靠經驗知識（shí）來確定，以下是（shì）減少粘磨損所采（cǎi）取的一些基本措施。

1)盡（jìn）量減少接觸副之間的負荷，包括機械與熱負（fù）荷;

2)避免采用金屬配對副，而可采用陶瓷與陶瓷，塑料（liào）與塑料，塑料（liào）與金（jīn）屬，陶瓷與金屬或（huò）塑料與陶瓷配對副（fù）來代替;

3)當使用金屬配對副時，應優先采用體心（xīn）立方或六方體結（jié）構的材料，避（bì）免采用麵心立方結構的材料;

4)采用非均質組織的材料（liào）;

5)采用（yòng）潤滑油膜使接觸副隔開;

6)采用有EP(極壓)添加劑的潤滑油，使接觸副表麵（miàn）上形成保護性的吸附層或反應層。

具體到成型模具與工件原材料或半成（chéng）品這對接觸副，由於（yú）成型（xíng）負荷和所成型材料千差萬別，采用何（hé）種或幾種措施來解決工（gōng）件的拉傷問題，除要考慮效果的有效性（xìng）外，還必須（xū）考慮產品的批量大小，實現的難易程度及其經濟性等方（fāng）麵的（de）問題，以下予以詳細（xì）討論（lùn）。

3 解決工件拉傷（shāng）問題的一些方法

解（jiě）決工件成型過程中的拉傷問題應依（yī）照減小粘著磨損的基本原則，通過改變接觸副的性質，來改（gǎi）善或解決工（gōng）件的拉傷問題。以下就構（gòu）成此對接觸副的三方，即被（bèi）成型工件的原材料方麵，工件與模具之間（jiān），模具方麵分（fèn）別予以分析。

3.1 被成型工件的原材料方麵

通過對原材料（liào）進行表麵處理，如對原材料進（jìn）行磷化，噴塑或其（qí）它表麵處理，使被成型材料表麵形成一層非金屬膜層，可以（yǐ）大大減輕或消除工件的拉傷問題，這種方法往往成（chéng）本較高，並需要添加（jiā）另外的生產設備和增加生（shēng）產工序，盡管這種方（fāng）法有（yǒu）時有些效（xiào）果，實際生產中應用（yòng）卻很少。

3.2 工（gōng）件與模具之間

在模具與成型材料之間加一（yī）層PVC之類的薄膜（mó），有時也可以解決工件的拉傷問題，對（duì）於（yú）生產（chǎn）線，通過（guò）機構可以達到連續（xù）供給薄膜，而（ér）對於周期生產的衝壓設備，每生產一件工件需加一張薄膜，影響生產效（xiào）率，此種方法一般成本也很高，還會產生一大堆廢料（liào），對於小批量的大型工件的生產采用此種方法是可取（qǔ）的。

在一些成型負荷很小的場合，有時通過（guò）添加潤滑油或加EP(極壓)添加劑的（de）潤滑油就可以解決工件的拉傷問題。

3.3 模具方麵

具並成（chéng）功解決工件拉傷問題的報道。由於其性脆，成本高，不可（kě）能大批量推廣應用。

對於生產批量很（hěn）小而形狀簡單的大型引（yǐn）伸類模（mó）具，也有采用（yòng）橡膠等高分（fèn）子類材料製作模具的報道，此類模具不會拉傷（shāng）工件（jiàn）表麵，但實際應用很少。

3.3.2 模（mó）具表麵處理

通過對模具（jù）進行（háng）表麵處理特別是對模（mó）具進行表麵（miàn）超硬化處理是解決工件表麵拉（lā）傷問題經濟而有效（xiào）的方法。表麵處理方法有多種，比較常用的有：鍍層方麵（miàn），有（yǒu）鍍硬鉻，化學鍍鎳磷（lín），刷鍍特種合金等;化學熱處理方麵有（yǒu）各類滲氮，滲硼，滲硫等;表麵超硬（yìng）化處理方麵有化學氣相沉積（jī）(CVD)，物理氣相沉積(PVD)，物理化學（xué）氣相沉積(PVD)，TD覆層處理。

電鍍（dù）、化學鍍、刷鍍是通過電化學或化（huà）學反應的方法（fǎ），於工件表麵形成合金鍍層，工藝不同，合金鍍層性能各異。就耐（nài）磨抗咬合用途，目前應用較多的是鍍硬鉻、化學鍍鎳（niè）磷、刷鍍鎳鎢合（hé）金等。對於成（chéng）型負荷（hé）較輕，或大型模具采用這（zhè）些方法有時（shí）可以取得一定的效果（guǒ）。這類表麵處理存在的問（wèn）題是一方麵（miàn）由於表麵硬化（huà）層的硬度相比（bǐ）而言較低，容（róng）易出現磨損，而鍍層一旦磨損，拉傷又會（huì）出現;另一方麵，也是不足的一點是，鍍層與基體材料機械結合，在負荷較大（dà）的場合，有時使用幾次（cì）鍍層就會剝落，而鍍層一旦剝落，其功效也就失去。

化學熱（rè）處理是將工件放（fàng）入含某種或某幾種化學元素的介（jiè）質中加熱保溫，通過工件與介質的物理化（huà）學作用，這種或這幾種元素滲入工件表麵，然後以適當的方式（shì）冷卻，從而改（gǎi）變了工件表麵的成（chéng）分和組織（zhī）結構，並賦予工件不同的物理，化學和機械（xiè）性能。化學熱處理的種類很多，根據所滲元素分類為：各種滲碳，各種滲氮，各種氮碳（tàn）或碳氮共滲，滲硼，滲硫，滲鋁，滲鋅，滲其它各種金屬等。以耐磨，減摩，抗拉傷為目的的（de）化學熱處理目前常用的是：滲碳，滲（shèn）氮，滲硼，滲硫幾種。

采（cǎi）用合適的模具材料輔以氮化，滲硼等

因此後續工序要求嚴格，稍有不慎，表麵（miàn）硬化層就會遭受破壞，嚴重（chóng）製約了其在鋼模上的應用，而（ér）主要應用於硬質合金等無相變的材料。此（cǐ）外，CVD處理過程中的排放物對環境汙染較大。

TD覆層處理是熱擴散法碳化物覆層處理Thermal Diffision Carbide Coating Process的簡稱，國內又名熔鹽滲（shèn）金屬，滲釩等，其原理是通過熱擴散作用於工件表麵（miàn）形（xíng）成一層數（shù）微米至數十微米（mǐ）的碳（tàn）化釩覆層。TD覆層處理（lǐ）的主要特點（diǎn）是：其一，覆層硬度高，HV可達3000左右（yòu），具有極高的耐磨，抗拉傷，耐蝕等性能;其二，由於是通過擴散形成的，所以覆層與基（jī）體具有冶金結合，這一點對在成型類模具（jù）上的應用極其重要;其三，TD覆層處理後可以直接進行淬火，這一點特別適合於（yú）各類模具鋼材（cái）;其（qí）四，TD覆層（céng）處理可以重複進行。大量的實踐證明，在成型（xíng）類模具上采用該技術具（jù）有其它表麵處理無法比（bǐ）擬的使用（yòng）效果，在一些場合具有比硬質合金更好（hǎo）的（de）效果。由於TD覆層處理技（jì）術的（de）設備相對而言比較簡單，成（chéng）本較低，無公害，目（mù）前該技術在日本、美國等國都已得到廣泛（fàn）的應用。國內七十年代即已開始研究該技術，

成型類模具加工工件時（shí），模具與被加工材料表麵相互接觸並相對滑動，組成一對接觸副或摩擦副。由於材料表麵不可能是完全平整的（de），總存在可以測到的粗糙度，所以真正的接觸隻發生（shēng）在微（wēi）觀接觸麵上。分析表明，微觀真實接觸麵積隻是名義上的幾何接觸麵積的一個小部分，由此微觀（guān）接觸麵範圍內產生很大的機械（xiè）應力，這些應力由於切向相對運動（dòng）還會加強，以致受到負荷（hé）作用的（de）粗糙麵凸峰發生彈性或彈塑（sù）性（xìng）變形，這樣摩（mó）擦副雙方表（biǎo）麵的吸附層或反應層會遭（zāo）到破壞，結果使暴露在表麵的原子鍵（jiàn）聯結或多或少地得到加強，這種現（xiàn）象稱為粘著作用。當磨擦副發生相對運動時，這種原子鍵又會相（xiàng）互脫開，原子鍵脫開並不一定都在原始微觀接觸處斷開，而有可能在磨擦（cā）副雙方表麵（miàn）層附近斷開，其結果是材料從磨擦副的一（yī）方轉（zhuǎn）移到磨擦副的（de）另一方上去，這就是所謂的粘著磨損[1]。實驗證明，出現（xiàn）粘著磨損的磨擦副的表麵非常粗糙，並有拉傷，其程（chéng）度與法向（xiàng）力，磨擦副之間（jiān）相對運動（dòng）速度以及（jí）溫度等負荷參數有關。當以上負荷參數超過了臨界值時，粘（zhān）著磨損突然加劇（jù），出現所謂膠合現象（xiàng），極（jí）端情況摩擦副間的相對（duì）運動停止，出現（xiàn）咬死現象。由上分析（xī）可見，工件成型時表麵出現拉傷或咬死現象就是粘著磨損所引起的結果。

要（yào）減少粘（zhān）著磨損目前（qián）還缺乏統一的選擇判據，大多需要（yào）依靠（kào）經驗（yàn）知識來確定，以下是減少（shǎo）粘磨損所采取的一些基本措施（shī）。

1)盡量（liàng）減少接觸副之間的負荷，包括機械與（yǔ）熱負荷;

2)避免（miǎn）采用（yòng）金屬配對副，而可采用陶瓷與陶瓷，塑料與塑料，塑料與金屬，陶瓷與（yǔ）金屬或塑料與陶瓷（cí）配對副來代替;

在模具方（fāng）麵，通過改變模具材料或對模具進行表麵處理（lǐ），使被成型材料與模具這對（duì）接觸副性（xìng）質發生改變，實踐表明，這是解決拉傷問題經（jīng）濟而有效的方法，也是目前廣泛采用的方法。

3.3.1模（mó）具材料方麵

要是被加工的（de）材（cái）料是鋼鐵材料，無論（lùn）采用何種模具鋼或鑄鐵，在沒有（yǒu）采用合適的表麵處理情況下，一般都很難解決工件的拉（lā）傷問題。

從模具材料入手解決工件的拉傷問題，人們可以采用硬質合金(江浙和（hé）廣東稱之為鎢鋼)，一般情況下，由這種材料（liào）製作的模具抗拉傷性能很高，存在的問題是材料成本高，不易加工，對於較大型的模具，由於燒製大型硬質合金塊較困難，即使燒製成功（gōng），加工過（guò）程中也有可能出現開裂，成材率低，有些幾乎難以成型。此外硬質合金性脆（cuì），搬運、安裝，使用過程中都要（yào）極其小（xiǎo）心，稍有不（bú）慎就有可能出現崩塊或開裂而報廢。另外，由於硬質合金的組織結構（gòu）是由硬（yìng）質的碳化鎢顆粒和軟的粘結相鈷所組成，硬質碳化鎢顆粒的耐磨抗咬合性能（néng）很高，而鈷相由於硬（yìng）度很低，耐磨性能較差，使用過程中鈷相會優先磨損，使（shǐ）模具表麵形成（chéng）凹凸不平，如此生產（chǎn）出來的工件表麵也會出現拉痕，此時需對（duì）模具表麵進行拋光，研磨方可進行再生產。對於奧氏體不鏽鋼工件，由於（yú）其麵心立（lì）方結構也（yě）容易與鈷相形（xíng）成咬合而使工件的表麵出現拉傷。

采用合適的（de）銅基（jī）合金，也可解決工件的拉傷問題，但銅基合金一般硬度較低，易出現磨損超差，在大批量生產的情況下，這種材料的性價比較低。

對於（yú）較大（dà）型的模具，如汽車覆蓋件的成型模具，大量采用了合金鑄（zhù）鐵，鑄鐵隻能減（jiǎn）輕工件的（de）拉傷，無法消除拉傷問題，要徹底（dǐ）解決拉傷（shāng）問題需輔以氮化，鍍硬鉻（gè）等表麵處理。但如此製（zhì）作的模（mó）具往往壽命比較（jiào）短，在使（shǐ）用一段時間後，如出現拉傷，又需修模並重新（xīn）進行（háng）表麵處理。

在模具材料方麵，也有（yǒu）采（cǎi）用陶瓷製作模

化學熱處理往往具有較常規鋼製模具高得多的（de）抗拉傷性能。在缺（quē）乏其它（tā）表麵處理工藝方法的情況下，這不適為一種較（jiào）好的選擇（zé），也是我國（guó）較常用的方法。就氮化處理而言（yán），氮化的化合物層具有很高的抗拉傷性能，但由於其（qí）硬化效果有限（xiàn）(一（yī）般HV1200以下)，且（qiě）化（huà）合物層較薄(十微米左右)，其耐磨性有（yǒu）限，而化合物層一旦磨損，拉傷又會出現，所（suǒ）以在大批量生產過程（chéng）中氮化處理往往還無法滿（mǎn）足生產要求;就滲硼工藝而言，其硬（yìng）化（huà）層硬度可達HV1800，耐磨性較（jiào）高，但依據筆者的經驗，滲硼質量的穩定性和滲硼（péng）工件變形較大以及滲硼層抗拉（lā）傷性能相比而言較差是製約該（gāi）技術在成（chéng）型類模具上應用的幾個（gè）重（chóng）要因素。滲（shèn）硫技術具有較高的減（jiǎn）摩性能，在一些場合也取得了較好的效果（guǒ），但（dàn）對（duì）於（yú）負荷較大的（de）成型類模具，效果有限。

表麵超硬化處理是指化（huà）學氣相沉積(CVD)，物理氣相沉積(PVD)，物理（lǐ）化學氣相沉積(PVD)，TD覆層處理。這幾種表麵處理的共同特點是都可以在工（gōng）件（jiàn）表麵形成HV2000以上（shàng）的硬化層，並具（jù）有極高的耐磨（mó）抗咬合等性能。實（shí）踐證明（míng），化學氣相沉積(CVD)，TD覆層處理技術是（shì）目前解決工件拉傷問題效果好的方法，而物理氣相沉積(PVD)，物理化學（xué）氣相沉積(PCVD)，雖然其表麵硬度也可達到HV2000—3000，甚至更高，表（biǎo）麵層硬化層也具有極高的（de）耐磨，抗拉傷性能，但（dàn）由於其膜基結合力較CVD和TD覆層處理差距較（jiào）大（dà），往往在使用過程中過早脫落，發揮不出表麵（miàn）超硬化層的性能特（tè）點，因此這兩種方法除在載荷較小的情況下（xià）有可能具有效果外，一般的成型類模具（jù）很難有滿意的效果。

化學氣相沉積（jī）(CVD)沉積的碳化鈦(Tic)或碳氮化（huà）鈦(TiNC)之類的（de）材料，具有極高的硬度(HV3000以上)，加（jiā）上其膜基結合力很（hěn）高，具有（yǒu）比一般模具材料或（huò）其它表麵處理高得多的耐磨（mó），抗拉傷性能，能夠數倍（bèi）至幾十倍地提高（gāo）模具的使用壽命。其缺點是處理溫（wēn）度高，工件變（biàn）形大，工（gōng）件CVD處理完以後，需另外重新加熱淬火（huǒ），而表麵沉積層在空氣中於400—500℃以上的溫度下加熱會氧化，

到目前已有數十家單位對該技術進行過研究，大多技術（shù）不過關。筆（bǐ）者（zhě）通過十餘年的科（kē）研和實踐，已使該技術達到長期穩定生產的要求，並已成功（gōng）應用到汽車、家電、五金、製管、冶金等（děng）行業的引伸、彎曲、翻邊、輥壓成型、冷（lěng）鐓、粉末冶金等類模具上，取得了（le）極優異的使用效果。

綜上所述，解決工件拉傷問題的（de）方法很多，對於具（jù）體的（de）個案，應根（gēn）據工件和載荷大小，生（shēng）產批量，被加工材料（liào）的種類等情況選擇相應的方法。在所有解決拉（lā）傷問題的方法中，以硬質合金為模具材（cái）料，和對模具進（jìn）行化學氣相沉積(CVD)，TD覆層處理為好。其中又以TD覆層處理性價比高。

4 結束語

工件（jiàn）拉傷問題是粘著磨損的結果，解決工件拉傷問題的（de）方（fāng）法較多，應根據具體情況予以選擇，一般情況下，采用硬質合金為模具材料，對模具進行化學氣相沉（chén）積和TD處理是解（jiě）決模具（jù）拉（lā）傷問題（tí）有效的（de）方法。

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參考（kǎo）文獻（xiàn）：

[1]【德】哈比希KH。材（cái）料的磨損與硬度[M].

北京機械工業出版（bǎn）社，1987