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汽車模具鋼材

汽車超高強(qiáng)鋼板熱壓成型模具材料的加工

國內(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，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(qiáng)鋼板熱壓成型模具制造業(yè)重點研究和發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，對研究汽車超高強(qiáng)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(yīng)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(jìn)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(chǎn)過程，而在提高鋼材質(zhì)量、減少鋼材消耗。當(dāng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(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單地沿用常規(guī)銑削相關(guān)理論和概念。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。因此，國內(nèi)外一些學(xué)者對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(jìn)給量及切削深度等主要切削參數(shù)為設(shè)計變量，設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)，在高速銑削試驗的基礎(chǔ)上，采用優(yōu)化算法建立模型，找到切削參數(shù)的搭配。常用的試驗方法為正交試驗，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，具主要特點是抗粘結(jié)能力比硬質(zhì)合金強(qiáng)，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(nèi)，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(nèi)率、低消耗地為顧客提供個性化高質(zhì)量產(chǎn)品的能力，已成為企業(yè)競爭能力的一個標(biāo)志。

有專家表示，模具質(zhì)量的高低，將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本、新產(chǎn)品投產(chǎn)及老產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期、企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整速度與市場競爭力，因此，經(jīng)濟(jì)形勢對模具的質(zhì)量提出了越來越高的要求。

如何才能更合理地提高模具質(zhì)量，是制造業(yè)實現(xiàn)飛躍的關(guān)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(chǎn)出質(zhì)量合格的制件，這已經(jīng)越來越成為人們關(guān)注的焦點。

一、研發(fā)替代鋼材

鋼材是不可替代的高能耗產(chǎn)品。提高質(zhì)量和性能，實現(xiàn)減量化用鋼帶來的節(jié)能減排效果，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼鐵生產(chǎn)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(chǎn)過程，而在提高鋼材質(zhì)量、減少鋼材消耗。這是因為我國鋼材質(zhì)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(xì)。

以汽車為例，我國乘用車使用高強(qiáng)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(jìn)水平（47%-80%）低一到三倍。由于多用了鋼材，國產(chǎn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很高，可達(dá)2。

模具領(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)，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(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不大于5%。模座用輕質(zhì)高強(qiáng)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(chǔ)上減少1億噸是完全可能的，如果實現(xiàn)這一目標(biāo)，僅鋼材生產(chǎn)過程中至少可以少耗能6200萬噸標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(dāng)于去年進(jìn)口礦石的四分之一，可大大緩解鋼鐵行業(yè)進(jìn)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(qiáng)度和足夠的韌性，以保證沖壓過程的順利進(jìn)行、其不同之處在于模具形狀及加I工藝復(fù)雜．而且摩擦面積大．磨損可能性大．所以修磨起來困難。