[发明专利]耐磨涂层金属板模具及制造耐磨涂层金属板成型模的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨涂层金属板模具及制造耐磨涂层金属板成型模的方法。 

背景技术

金属板冲模的典型制造工艺为：将工具机械加工成大致尺寸、将模具淬火(quench)和回火(temper)处理成最终加工硬度(final working)(全干硬度(full hardness)，典型地为55-64 Rc)，然后将模具磨削或者机械加工成最终尺寸。由于工具的硬度高，淬火和回火之后的机械加工和磨削过程非常缓慢且成本较高。成本特别高的是需要在把工具放置在铣床(milling machine)或者平面磨床(surface grinder)上之前使工具的一个平面变得平坦的手工操作磨削过程。在缓和的条件下成品处理的机械加工是不可能的，原因在于热处理过程中发生的冶金学变化(metallurgicaltransformations)导致工具尺寸的变化。工具经淬火和回火处理到高的洛氏硬度(Rockwell hardness)出于两点原因。第一，表面硬度靠耐磨性提高了工具的寿命。第二，使金属板成型时，工具横截面的硬度抵抗了工具的塑性形变。 

需要降低制造金属板件用的钢模的制造时间及成本。 

而且还需要创造用于金属冲压操作的廉价钢模。 

通过阅读以下说明和权利要求可以理解本发明的这些和其它目的。 

发明内容

在一个实施例中，本发明涉及一种制造具有顶部构件和底部构件的金属板冲模的方法。该方法可以包含 

(a)在足够的温度下对钢模淬火和回火，以赋予钢模约35-50Rc范围的最终硬度以及约1200-2000MPa范围的抗压强度； 

(b)机械加工钢模以获得所需的最终尺寸和轮廓表面； 

(c)通过物理气相沉积向所述轮廓表面施加至少一层耐磨涂层，以赋予所述轮廓表面耐磨性。 

耐磨涂层可以选自由CrN，AlCrN，TiCrN，TiN，TiCN和TiAlN所组成的群组，在另一实施例中，可以由多层交替的TiN-TiCN-TiN层组成。耐磨涂层最好通过物理气相沉积施加，可以通过选自溅射、反应溅射、离子电镀和等离子喷涂的技术施加。多层或单层的涂层在用作多层时最好具有约5至约10微米的厚度，在用单一材料作为耐磨层时最好具有约3至约8微米的厚度。 

在另一实施例中，本发明可以涉及一种用于金属板冲压操作的具有顶部构件和底部构件的模具，其包含至少一个硬度约为40-45Rc并且抗压强度为约500-1750MPa范围的回火和淬火过的钢模工具。模具构件表面中的至少一个表面在淬火和回火之后被机械加工成所需的最终尺寸表面，以呈现轮廓表面。轮廓表面可以通过物理气相沉积用足够厚的耐磨涂层涂覆，以赋予所述轮廓表面耐磨性。较佳地，耐磨涂层是通过物理气相沉积施加的至少一层，并且可以选自CrN，AlCrN，TiCrN，TiN，TiCN和TiAlN。较佳地，涂层为多层耐磨材料，包含交替的TiN-TiCN-TiN层。涂层可以通过选自溅射、反应溅射、离子电镀和等离子喷涂的技术施加。每层具有约0.1微米至约5微米的厚度，总的耐磨层具有约5微米至约10微米的厚度。钢模在1500MPa时能抵抗塑性形变。 

在另一实施例中，本发明为包含顶部构件和底部构件的钢模，每个构件都具有互补的表面。每个模具构件可以承受回火、淬火和机械加工以形成轮廓，至少一个轮廓通过物理气相沉积用足够厚的耐磨材料涂覆，以赋予所述表面轮廓耐磨性。 

附图说明

图1为钢模的侧视图，显示顶部构件、底部构件以及各构件中的互补的表面轮廓。 

图2为钢模中的一个构件的侧剖视图，显示通过物理气相沉积(Physical Vapor Deposition)加在其上的耐磨涂层的轮廓和各层。 

图3为处理过的钢模的一部分的显微照片，显示氮渗透的深度。 

图4为流程图，表示制造本发明的钢模的一种方法。 

具体实施方式

现参看附图，附图中相同的数字代表相同的结构，具体到图1，其中表示了分别具有顶部构件12、底部构件14、最好有互补的表面轮廓17和16的钢模10。钢模构件最好在足够的温度下淬火和回火，以使构件具有约40至45Rc范围的洛氏硬度以及约1500至1750MPa的抗压强度。最好在经受淬火和回火之后将轮廓裁切成钢模，因为40至45Rc硬度范围的钢仍然可以经济并容易地机械加工。