CN204817678U - 一种金属拉伸模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种金属拉伸模具，属于表面处理技术领域，它解决了现有技术中金属拉伸模具表面硬度低和耐摩擦性差及产品拉伤的问题。本金属拉伸模具包括模架、凹模和凸模，凹模和凸模的作用面上分别依次设有过渡层、结合层、高硬度减磨层，高硬度减磨层为类金刚石薄膜层(DLC)。本金属拉伸模具通过真空离子镀膜将DLC镀覆于凹模和凸模的作用面上，提高了其硬度和耐摩擦性能，另外，采用PVD处理技术，在基底和DLC涂层之间形成冶金结合层，解决涂层结合力差的问题。本实用新型DLC涂层的硬度大于3000Hv，结合力大于120N，与钢的干摩擦系数低于0.1。模具的使用寿命普遍提高3-5倍，产品质量也明显改善。

Description

一种金属拉伸模具

技术领域

本实用新型属于表面处理技术领域，涉及一种模具，特别是一种金属拉伸模具。

背景技术

模具是现代先进制造的重要工装治具，大量用于机械制造、电子、汽车、生活用品等领域。金属拉伸模具是一类大量使用的金属冷成型治具，困扰实际生产的问题是工件拉伤。模具与被加工材料的接触表面要产生相对滑动，工件和模具表面易产生拉伤，也有称为拉毛、划伤。拉伤的后果是影响产品的外观和产品质量，无法进行正常生产。产生这种缺陷的原因一是由于模具凸、凹模表面的宏观机械凹凸不平或被成形材料与模具凸、凹模面之间夹杂其他硬质颗粒，都会在工件表面或模具凸、凹模表面形成机械的磨损，解决方法是对模具凸、凹模表面进行仔细研磨加工，并加强生产环境的管理；另一原因是由于工件表面与模具凸、凹模表面粘着磨损而形成的拉伤，也是生产中最常见的又不容易解决的一种状况，这类缺陷通过在被成形工件的原材料方面、模具方面进行表面处理，改变接触副的表面性质或材料，减小粘着磨损。模具方面表面超硬化处理是解决工件表面拉伤问题经济而有效有方法。表面处理方法有多种，比较常用的有：电镀、渗氮、渗硼、渗硫等；表面超硬化处理如化学气相沉积(CVD)、物理气沉积(PVD)、TD覆层处理。

电镀是通过电化学或化学反应的方法，在工件表面形成合金镀层，这类处理存在问题是一方面由于表面硬化层的硬度相对较低，容易出现磨损，另一方面，镀层与基本材料机械结合，有时使用几次镀层就会剥落，其功效也就失去。实践证明，化学气相沉积(CVD)、TD覆层处理技术是目前解决工件拉伤效果最好的方法，但是这两种方法均是在高温环境中完成，温度500-1000℃，对模具材料要求苛刻，涂层后需要后处理。而物理气相沉积方法(PVD)表面硬度也可达到2000～3000HV，甚至更高，而且工艺温度100-500℃，表面硬化层也具有极高的耐磨、抗拉伤性能，但由于其膜基结合力较CVD和TD覆层处理差距较大，往往在使用过程中过早脱落。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种表面硬度高、摩擦系数小的金属拉伸模具。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种金属拉伸模具，包括模架、凹模和凸模，其特征在于，所述的凹模和凸模的作用面上分别依次设有结合层、过渡层、高硬度减磨层，所述的高硬度减磨层为类金刚石薄膜层(DLC)。

在凹模和凸模的作用面上进行镀膜，在基体表面形成结合层，在结合层上形成过渡层，过渡层起到对高硬度减磨层的硬度过渡和支撑的作用，并形成很好的高硬度减磨层生长界面；高硬度减磨层是主要的工作层，具有极高的硬度、低摩擦系数和抗磨损性能；“DLC”是英文“DIAMOND-LIKECARBON”的缩写。DLC是一种由碳元素构成、在性质上和钻石类似，同时又具有石墨原子组成结构的物质。类金刚石薄膜(DLC)是一种非晶态薄膜，由于具有高硬度和高弹性模量，低摩擦因数，耐磨损以及良好的真空摩擦学特性，很适合于作为耐磨涂层。将其镀覆于凹模和凸模的作用面上，可有效提高其硬度，降低其摩擦系数，使得模具寿命大大提高。

在上述的金属拉伸模具中，所述的结合层为Ti、Cr或Al单金属层，或Ti、Cr和Al中的两种或两种以上的合金层。

在上述的金属拉伸模具中，所述的过渡层为Ti、Ni、W或Cr金属层，或Ti、Ni、W和Cr中的两种或两种以上的合金层。

在上述的金属拉伸模具中，所述的结合层厚度为200～300nm。

在上述的金属拉伸模具中，所述的过渡层厚度为200～500nm。

在上述的金属拉伸模具中，所述的高硬度减磨层厚度为3～10μm。

与现有技术相比，本金属拉伸模具通过真空离子镀膜将DLC镀覆于凹模和凸模的作用面上，提高了其硬度和耐摩擦性能，另外，采用PVD处理技术，在基底和DLC涂层之间形成冶金结合，解决涂层结合力的问题。DLC涂层的硬度大于3000Hv，结合力大于120N，与钢的干摩擦系数低于0.1。模具的使用寿命普遍提高3-5倍，产品质量也明显改善。

附图说明

图1是本金属拉伸模具中凹模或凸模的作用面剖视结构示意图。

图中，1、基底；2、结合层；3、过渡层；4、高硬度减磨耐摩层。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

本金属拉伸模具，包括模架、凹模和凸模，凹模和凸模的作用面上通过PVD真空离子镀膜技术进行工艺处理。

如图1所示，凹模和凸模的基底1表面上分别依次设有结合层2、过渡层3、高硬度减磨层4，所述的高硬度减磨层为类金刚石薄膜层(DLC)。所述的结合层为Ti、Cr或Al单金属层，或Ti、Cr和Al中的两种或两种以上的合金层，所述的过渡层层为Ti、Ni、W或Cr单金属层，或Ti、Ni、W和Cr中的两种或两种以上的合金层。结合层厚度为200～300nm，所述的过渡层厚度为200～500nm，高硬度减磨层厚度为3～10μm。

在凹模和凸模的作用面上进行镀膜，在基体表面形成过渡层，在结合层上形成过渡层，过渡层起到对高硬度减磨层的硬度过渡和支撑的作用，并形成很好的高硬度减磨层生长界面；高硬度减磨层是主要的工作层，具有极高的硬度、低摩擦系数和抗磨损性能；“DLC”是英文“DIAMOND-LIKECARBON”的缩写。DLC是一种由碳元素构成、在性质上和钻石类似，同时又具有石墨原子组成结构的物质。类金刚石薄膜(DLC)是一种非晶态薄膜，由于具有高硬度和高弹性模量，低摩擦因数，耐磨损以及良好的真空摩擦学特性，很适合于作为耐磨涂层。将其镀覆于凹模和凸模的作用面上，可有效提高其硬度，降低其摩擦系数，使得模具寿命大大提高。

本金属拉伸模具的表面处理方法如下：

1、模具产品超声清洗处理，烘干，装入PVD设备真空腔体；抽真空并加热到工艺温度100-400℃，待真空度达到1.0×10^-3Pa以上；

2、离子清洗，充分清除工件表面的污物，并且活化工件表面原子，为镀膜作准备；真空度达到1.0×10^-3Pa以上，通入高纯氩气(Ar，99.999％)，工艺真空度控制在0.1-1.0Pa，开启离子源使电流控制在100-500mA，偏压控制在1000-3000V，清洗时间大于10min；

3、镀结合层：真空度达到1.0×10^-3Pa以上，通入高纯氩气(Ar，99.999％)，工艺真空度控制在0.1-1.0Pa，开启溅射源使电流控制在3-10A，偏压控制在3000-10000V，工艺时间大于5-30min。

4、镀过渡层：真空度达到1.0×10^-3Pa以上，通入高纯氩气(Ar，99.999％)，工艺真空度控制在0.5-1.0Pa，开启溅射源(如Ti、Ni、W、Cr等)使电流控制在5-10A，偏压控制在100-1000V，工艺厚度200-500nm；

5、镀高硬度减磨层：真空度达到1.0×10^-3Pa以上，通入碳氢类气体(如甲烷CH4等)，工艺真空度控制在0.1-1.0Pa，开启离子源使电流控制在100-500mA，偏压控制在100-3000V，工艺厚度3-10um。

本金属拉伸模具通过真空离子镀膜将DLC镀覆于凹模和凸模的作用面上，提高了其硬度和耐摩擦性能，另外，采用PVD处理技术，在基底和DLC涂层之间形成冶金结合，解决涂层结合力差的问题。本发明DLC涂层的硬度大于3000Hv，结合力大于120N，与钢的干摩擦系数低于0.1。模具的使用寿命普遍提高3-5倍，产品质量也明显改善。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种金属拉伸模具，包括模架、凹模和凸模，其特征在于，所述的凹模和凸模的作用面上分别依次设有结合层、过渡层、高硬度减磨层，所述的高硬度减磨层为类金刚石薄膜层。

2.根据权利要求1所述的金属拉伸模具，其特征在于，所述的结合层为Ti、Cr或Al单金属层，或Ti、Cr和Al中的两种或两种以上的合金层。

3.根据权利要求1所述的金属拉伸模具，其特征在于，所述的过渡层为Ti、Ni、W或Cr单金属层，或Ti、Ni、W和Cr中的两种或两种以上的合金层。

4.根据权利要求1或2或3所述的金属拉伸模具，其特征在于，所述的结合层厚度为200～300nm。

5.根据权利要求1或2或3所述的金属拉伸模具，其特征在于，所述的过渡层厚度为200～500nm。

6.根据权利要求1或2或3所述的金属拉伸模具，其特征在于，所述的高硬度减磨层厚度为3～10μm。