汽車模具鋼材

用鋼造汽車對(duì)于現(xiàn)代人來說是基本的常識(shí)，但是很多人對(duì)車用鋼的理解還停留在低碳鋼的階段。對(duì)于壓鑄模用鋼，還應(yīng)具有表面層經(jīng)反復(fù)受熱和冷卻不產(chǎn)生裂紋，以及經(jīng)受液模具鋼態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。其實(shí)雖然同為鋼材，如今的車用已經(jīng)不能和幾十年前的車用鋼同日而語(yǔ)。近幾十年對(duì)車用鋼的研究一直大步向前，車用鋼板越來越薄，鋼材強(qiáng)度和耐腐蝕性能大幅提高。許多鋼鐵企業(yè)為了應(yīng)對(duì)新材料的沖擊正積極和汽車企業(yè)合作開發(fā)能夠與鋁合金、塑料、碳纖維復(fù)合材料抗衡的輕量化高強(qiáng)度鋼。

但是在混雜的汽車市場(chǎng)，現(xiàn)在很多企業(yè)都說自己用了“高強(qiáng)度鋼”，其實(shí)什么級(jí)別的鋼算“高強(qiáng)度鋼”沒有一個(gè)準(zhǔn)確定義，它的指標(biāo)是隨鋼材強(qiáng)度提升過程增長(zhǎng)的。往往一些模具生產(chǎn)不順利就是因?yàn)榇蚬獠坏轿?，阻力過大，脫模困難，甚至頂白，頂裂等。其實(shí)就類似于如今車型名稱里的“新”，什么“新XX車型”、“全新XX車型”、“新一代XX車型”都是相對(duì)于上一代說的。于是企業(yè)市場(chǎng)部繼續(xù)大放煙幕彈，只要是300Mp級(jí)別以上的都叫“高強(qiáng)度鋼”。都叫“高強(qiáng)度鋼”的鋼材可能強(qiáng)度差出一倍。

在汽車工業(yè)飛速發(fā)展的今天，新車型日新月異，經(jīng)典車型歷久彌新。汽車模具作為汽車工業(yè)的基礎(chǔ)，生產(chǎn)過程中過早失效，必然會(huì)造成巨大的浪費(fèi)。

如何讓汽車模具在保證生產(chǎn)的前提下達(dá)到所預(yù)期的壽命是一個(gè)值得研究的問題。由于汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具的輪廓尺寸大小不一、型面復(fù)雜，存在大量的溝槽、轉(zhuǎn)角、凸起和凹陷，尺寸精度和表面精度要求高。

如果先加工后淬火，會(huì)出現(xiàn)崩口及開裂。只有先整體淬火后加工，才能避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。如何加工汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具便是一個(gè)難點(diǎn)，高速銑削在汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具加工中必然是方向之一。

下面從汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具材料的選擇、熱壓成型模具材料的淬火和熱壓成型模具材料的加工三個(gè)方面作一個(gè)簡(jiǎn)單探討。

一.汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具材料的選擇

模具的使用壽命，直接影響到制件成本。有些塑膠料有酸腐蝕性，有些因添加了增強(qiáng)劑或其他改型劑，如玻璃纖維對(duì)模具的損傷大，選材時(shí)均要綜合考慮。在進(jìn)行汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)不同的使用情況，選用不同的材料，以保證模具的壽命。生產(chǎn)批量確定以后，在模具設(shè)計(jì)過程中，選擇材料時(shí)，需要考慮的因素很多：比如材料的硬度、耐磨性、韌性（延展性）、尺寸穩(wěn)定性、切削加工性、線切割加工性、堆焊性、拋光性、淬火性、熱硬性、耐沖擊性、切削及剪斷性能等。

而在汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具領(lǐng)域，開裂以及耐磨損方面更是極為重要的，要求很高。絕大局部套圈都是經(jīng)過鍛變成型，鋼球是經(jīng)過冷鐓或熱軋成型，小尺寸的滾子也是經(jīng)過冷鐓成型。因此，強(qiáng)度、耐磨性和韌性極限對(duì)模具壽命起到了關(guān)鍵的作用，也是選用模具材料主要考慮的因素之一。模具材料多為Cr12MoV和5CrMnMo等模具鋼（硬度為55-65HRC），屬于高強(qiáng)度、高硬度材料。而且，多數(shù)采用鑲塊式淬硬鋼拼接后整體銑削加工而成，其加工區(qū)域存在大比例的非均勻性高硬度表面（硬度為55-65HRC）。

二.汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具材料的淬火

汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具的耐磨性直接影響模具壽命，因此，對(duì)模具凸凹模等工作部分進(jìn)行淬火，會(huì)提高其硬度、耐磨性，從而可以直接延長(zhǎng)模具壽命。經(jīng)過淬火等熱處理的材料具有更均勻、致密的金屬組織，強(qiáng)度、韌性均得到提高，具有更好的綜合力學(xué)性能。

同時(shí)，在進(jìn)行這些處理后的工件也會(huì)有不同程度的變形。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)需要整體淬火鑲塊時(shí)，應(yīng)考慮材質(zhì)的淬透性及淬火后加工、刀具磨損、鑲塊變形、加工余量、模具加工周期、數(shù)控及鉗工工人的工作量等多方面因素。

汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具材料的加工

國(guó)內(nèi)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(chǎn)效率較高等優(yōu)點(diǎn)，所以，汽車淬硬鋼模具高速硬態(tài)銑削加工，必將成為我國(guó)汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具制造業(yè)重點(diǎn)研究和發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)研究汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具的制造水平和推動(dòng)汽車模具行業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。而在汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具領(lǐng)域，開裂以及耐磨損方面更是極為重要的，要求很高。

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(gè)方面作一個(gè)簡(jiǎn)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(jìn)給量、后刀面磨損量及工件硬度等因素。

大量的試驗(yàn)研究表明：隨著切削速度的提高，切削力隨之增加。不銹鋼的概要不銹鋼是，為了提高耐腐蝕性，加入了鉻或鉻和鎳的合金鋼，當(dāng)鉻的含量達(dá)到10。當(dāng)切削速度超過某一特定值后，切削力會(huì)減小。高速銑削淬硬鋼，軸向力（Z軸）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他兩個(gè)分力，為主切削力。刀具磨損及刃形對(duì)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(chǎn)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(jī)理不同，目前，高速銑削淬硬鋼模具不能簡(jiǎn)單地沿用常規(guī)銑削相關(guān)理論和概念。汽車模具鋼材一、工藝設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作在拿到?jīng)_壓件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)前，必須查閱有關(guān)資料，以便明確產(chǎn)品的具體要求、現(xiàn)有的條件等，為設(shè)計(jì)合理而可行的沖壓工藝做好必要的準(zhǔn)備。因此，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)高速銑削淬硬鋼模具工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，采取的方法主要有：用試驗(yàn)優(yōu)化的方法、試驗(yàn)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(jìn)給量及切削深度等主要切削參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)，在高速銑削試驗(yàn)的基礎(chǔ)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(yàn)方法為正交試驗(yàn)，優(yōu)化算法應(yīng)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(jié)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(qiáng)鋼板熱壓成型模具的輪廓尺寸大小不一、型面復(fù)雜，存在大量的溝槽、轉(zhuǎn)角、凸起和凹陷等，為了保證淬硬鋼模具的表面質(zhì)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(xué)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(zhì)合金、PCBN及陶瓷等，具主要特點(diǎn)是抗粘結(jié)能力比硬質(zhì)合金強(qiáng)，PCBN的主要特點(diǎn)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(duì)性能較好。