汽車模具鋼材

汽車超高強鋼板熱壓成型模具材料的加工

國內汽車模具企業(yè)通常采用兩種方法加工淬硬鋼模具：一種是大多數(shù)企業(yè)采用的傳統(tǒng)的磨削加工；另一種是少數(shù)企業(yè)采用的高速硬態(tài)銑削加工。

相比于傳統(tǒng)的磨削加工而言，高速硬態(tài)銑削加工具有加工柔性好、無污染及生產效率較高等優(yōu)點，所以，汽車淬硬鋼模具高速硬態(tài)銑削加工，必將成為我國汽車超高強鋼板熱壓成型模具制造業(yè)重點研究和發(fā)展的關鍵技術之一，對研究汽車超高強鋼板熱壓成型模具的制造水平和推動汽車模具行業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。在冷軋過程中必須使用冷軋油，使用冷軋油的好處是：1、有效降低磨擦系數(shù)，提供相應的軋制力，軋制能耗低，獲得滿意的軋制參數(shù)。

下面主要從高速切削力因素、高速切削方法優(yōu)化及高速切削刀具材料選擇等三個方面作一個簡單探討。

1.影響硬態(tài)切削力的因素

主要包括切削速度、切削深度、進給量、后刀面磨損量及工件硬度等因素。

大量的試驗研究表明：隨著切削速度的提高，切削力隨之增加。近幾年，中國鋼鐵業(yè)節(jié)能減排并取得了顯著成效，但中國鋼鐵業(yè)的節(jié)能潛力已不在鋼材生產過程，而在提高鋼材質量、減少鋼材消耗。當切削速度超過某一特定值后，切削力會減小。高速銑削淬硬鋼，軸向力（Z軸）遠遠高于其他兩個分力，為主切削力。刀具磨損及刃形對切削力影響大。隨著刀具磨損的加劇，切削力分量都增加，研磨的刀刃比倒棱的刀刃產生的切削力更大一些，軸向切削深度增加，切削力增加。

2.高速銑削淬硬鋼模具工藝參數(shù)優(yōu)化

由于高速切削與傳統(tǒng)的切削機理不同，目前，高速銑削淬硬鋼模具不能簡單地沿用常規(guī)銑削相關理論和概念。由于汽車超高強鋼板熱壓成型模具的輪廓尺寸大小不一、型面復雜，存在大量的溝槽、轉角、凸起和凹陷，尺寸精度和表面精度要求高。因此，國內外一些學者對高速銑削淬硬鋼模具工藝參數(shù)進行優(yōu)化研究，采取的方法主要有：用試驗優(yōu)化的方法、試驗優(yōu)化與算法優(yōu)化組合的方法。這些方法主要是以切削速度、進給量及切削深度等主要切削參數(shù)為設計變量，設定優(yōu)化目標，在高速銑削試驗的基礎上，采用優(yōu)化算法建立模型，找到切削參數(shù)的搭配。常用的試驗方法為正交試驗，優(yōu)化算法應用較多的為遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法等，并與人工智能方法相結合，在高速切削工藝參數(shù)優(yōu)化的研究中取得了一定效果。

3.高速切削刀具材料選擇

由于汽車超高強鋼板熱壓成型模具的輪廓尺寸大小不一、型面復雜，存在大量的溝槽、轉角、凸起和凹陷等，為了保證淬硬鋼模具的表面質量，一道工序通常要求同一把刀完成，所以，要求刀具硬度高、耐熱性和化學穩(wěn)定性好，具有良好的抗沖擊、耐磨損等特性。

刀具材料主要選擇涂層硬質合金、PCBN及陶瓷等，具主要特點是抗粘結能力比硬質合金強，PCBN的主要特點是硬度高、耐磨性和耐熱性好，在淬硬鋼模具的銑削加工中，PCBN的相對性能較好。

世界范圍內，制造業(yè)的競爭變得越來越激烈，企業(yè)在盡可能短的時間內率、低消耗地為顧客提供個性化高質量產品的能力，已成為企業(yè)競爭能力的一個標志。

有專家表示，模具質量的高低，將直接影響到產品的質量、產量、成本、新產品投產及老產品更新?lián)Q代的周期、企業(yè)產品結構調整速度與市場競爭力，因此，經濟形勢對模具的質量提出了越來越高的要求。

如何才能更合理地提高模具質量，是制造業(yè)實現(xiàn)飛躍的關鍵。怎么樣才能讓模具在、低成本、更長時間地、更多模次地生產出質量合格的制件，這已經越來越成為人們關注的焦點。

一、研發(fā)替代鋼材

鋼材是不可替代的高能耗產品。提高質量和性能，實現(xiàn)減量化用鋼帶來的節(jié)能減排效果，要遠遠大于鋼鐵生產過程中的潛力。

近幾年，中國鋼鐵業(yè)節(jié)能減排并取得了顯著成效，但中國鋼鐵業(yè)的節(jié)能潛力已不在鋼材生產過程，而在提高鋼材質量、減少鋼材消耗。這是因為我國鋼材質量和性能普遍較低，用戶為了保證使用性能，不得不以粗代細。

以汽車為例，我國乘用車使用高強鋼材的比例僅占21%，比國際平均水平40%-50%低一倍，比歐洲先進水平（47%-80%）低一到三倍。由于多用了鋼材，國產乘用車自重比歐、日車高10%以上，平均百公里耗油8.13升，比歐洲（6.6升）高23.2%，比日本（5.9升）高37.8%。我國造船業(yè)與此相似，每載重噸平均耗鋼300公斤，比日本平均耗鋼（220公斤）高36%，同樣增加了運行油耗。但對于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，鉻質量分數(shù)可達13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質量分數(shù)也很高，可達2。

模具領域同樣存在巨大的節(jié)材節(jié)能潛力，如以中鋼材取代低檔鋼標準，可節(jié)約鋼材10%-20%；80%以上，鉻是這類鋼的重要合金元素，其質量分數(shù)通常不大于5%。模座用輕質高強合金工具鋼替代普通鋼，可節(jié)約鋼材30%-50%。據(jù)專家表示，2010年，我國消費6億多噸鋼材基礎上減少1億噸是完全可能的，如果實現(xiàn)這一目標，僅鋼材生產過程中至少可以少耗能6200萬噸標準煤，減排二氧化碳1.6億噸以上。同時，鋼鐵行業(yè)將減少6億-7億噸物料運輸，車船等運輸工具會因使用高強鋼而減重從而降低油耗，這些都可以大大降低能耗和減少污染排放。另外，減少1億噸鋼材，還可減少鐵礦石消耗1.5億噸以上，相當于去年進口礦石的四分之一，可大大緩解鋼鐵行業(yè)進口礦石的困境。

冷作模具鋼在工作時．由于冷作模具鋼被加工材料的變形抗力比較大，模具的工作部分承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力及摩擦力。因此，冷作模具鋼的正常報廢原因一般是磨損．也有因斷裂、崩力和變形超差而提前失效的。 　　

冷作模具鋼與刃具鋼相比．有許多共同點。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗彎強度和足夠的韌性，以保證沖壓過程的順利進行、其不同之處在于模具形狀及加I工藝復雜．而且摩擦面積大．磨損可能性大．所以修磨起來困難。