沒(méi)有高強(qiáng)度的鋼材．就沒(méi)有高強(qiáng)度的刀具
如果人們遇到“鋼材”這個(gè)詞匯，就如同遇到了“高強(qiáng)度”這個(gè)詞匯。市場(chǎng)上，尤其是汽車工業(yè)，對(duì)于高強(qiáng)度鋼材的需求越來(lái)越強(qiáng)勁，并需要更好的性能和經(jīng)濟(jì)性。但是，加工過(guò)程中產(chǎn)生的磨損卻比較嚴(yán)重。加工高強(qiáng)度鋼材的常規(guī)刀具的使用壽命需要多長(zhǎng)？盡管這些刀具表面通常都有昂貴的涂層，但是其使用壽命卻不夠長(zhǎng)。直到使用新式的工具鋼才能確保刀具擁有比較經(jīng)濟(jì)的、較長(zhǎng)的使用壽命。例如，經(jīng)過(guò)熱處理之后刀具上的“集成式涂層”還能繼續(xù)用于加工。

在金屬成型加工工具方面投入的資金通常超過(guò)了工具所屬的機(jī)床方面的投資．在對(duì)高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行成型加工的時(shí)候，只要進(jìn)擇了正誦的工具材料就可以較好地降低成本。

為了不斷減輕汽車重量就要對(duì)刀具制造和車輛的生產(chǎn)過(guò)程提出越來(lái)越新的要求。金屬加工需要使用新的高強(qiáng)度材料和創(chuàng)新的刀具方案、從而實(shí)現(xiàn)可控的、物美價(jià)廉的生產(chǎn)流程。例如，如果人們對(duì)比新舊兩代Volvo S40轎車所使用的高強(qiáng)度鋼板的比例，就能很清楚地明白這一點(diǎn)。上一代的S40轎車總共使用了36.4%的高強(qiáng)度鋼板，其余的都是常規(guī)的鋼板。盡管新一代的S4O轎車中高強(qiáng)度鋼板的使用比例降低為31.3%，但是使用的超高強(qiáng)度和特高強(qiáng)度鋼飯的使用比例卻達(dá)到了22.8%。也就是說(shuō)，新一代S40轎車所使用的高強(qiáng)度鋼板的比例總共已經(jīng)達(dá)到了54.1%。不過(guò)需要指出的是，到目前為止對(duì)于高強(qiáng)度鋼板和特高強(qiáng)度鋼板還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義。最常見(jiàn)的定義就基由 Volvo汽車公司和SSAB聯(lián)合發(fā)市的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)度應(yīng)為340～60OMPa，超高強(qiáng)度鋼飯的強(qiáng)度應(yīng)為600～800MPa，特高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)度至少應(yīng)為800MPa。加工這些鋼板就意味著面臨許許多多新的挑戰(zhàn)。為了能夠加工新的高強(qiáng)度鋼材．首先就需要在壓機(jī)上施加更高的壓力，并相應(yīng)改變刀具的設(shè)計(jì)。同時(shí)還要提高刀具的“進(jìn)給”速度，以便減少工位的數(shù)量，提高經(jīng)濟(jì)性。另外還要減少“危險(xiǎn)”的潤(rùn)滑劑的使用，或者干脆完全停止使用潤(rùn)滑劑。
當(dāng)人們認(rèn)真考慮成型工具的時(shí)候，就需要大幅度提高摩擦力、切削力和成型加工力．這樣就會(huì)在成型加工過(guò)程中對(duì)常規(guī)鋼村產(chǎn)生很高的壓力。統(tǒng)計(jì)一下刀具用鋼材的使用情況就可以發(fā)現(xiàn)，最近十年來(lái)主要使用的是1.2379鋼；質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合可以使用粉末冶金，最常用的就是 1.3344PM。但是這兩種材料能否比較經(jīng)濟(jì)地加工高強(qiáng)度鋼板呢？
答案很復(fù)雜，需要考慮加工批量和零件幾何尺寸之間的關(guān)系，因?yàn)楦邚?qiáng)度鋼材對(duì)刀具制造提出了新的要求，也就是需要一種容易成型的創(chuàng)新性材料涂層能夠延長(zhǎng)刀具的使用壽命，只有通過(guò)不斷“調(diào)試”刀具才能夠獲得刀具、潤(rùn)滑劑和工件材料之間更加匹配的新“系統(tǒng)”。盡管這種系統(tǒng)能夠用于很多場(chǎng)合，但是卻不能作為廣泛便用的問(wèn)題解決方案。即使在大眾高爾夫里面安裝最新的發(fā)動(dòng)機(jī)也不可能贏得F1方程式汽車比賽，因?yàn)檫@部車永遠(yuǎn)都是大眾高爾夫，永遠(yuǎn)都不可能變成賽車，盡管大眾高爾夫無(wú)疑是所在級(jí)別當(dāng)中非常優(yōu)秀的車型。談到超高強(qiáng)度鋼板和特高強(qiáng)度鋼板成型加工的時(shí)候，就好象談到刀具制造業(yè)的F1比賽。

避兔噴濺現(xiàn)象．沖壓夸曲工作的特性參數(shù)經(jīng)常作為衡量工具鋼抵抗噴濺現(xiàn)象產(chǎn)生的反力的標(biāo)準(zhǔn)。本圖以四種工具鋼為例：橙色為Caldie，深藍(lán)色為 Vanadis 4 Extre，灰色為Vancron 40，淡藍(lán)色為常規(guī)工具鋼1.379。橫軸坐標(biāo)為洛氏硬度，縱軸為沖壓彎曲工作反力。

另外需要說(shuō)明的是，涂層在任何時(shí)候都只能作為提高刀具性能的優(yōu)化手段，而且涂層的制作過(guò)程需要額外增加比較大的投資。市場(chǎng)上當(dāng)然還能提供不需要涂層的刀具材料。例如瑞典刀具生產(chǎn)商Uddeholm公司(www.uddeholm.com)利用這種不需要涂層的材料生產(chǎn)的“Vaneron 40”刀具可以成倍提高加工過(guò)程的總體經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)槌ヅf涂層、打磨、拋光、制作新的徐層等過(guò)程會(huì)產(chǎn)生額外的費(fèi)用。
刀其生產(chǎn)商應(yīng)對(duì)新的要求的時(shí)候能夠提供哪些可能性呢？用于加工高強(qiáng)度鋼板的標(biāo)準(zhǔn)鋼材1.2379(D2)有兩個(gè)主要的故障原因：冷態(tài)堆焊(積屑瘤，附著磨損)和切削刃崩裂(疲勞破損)。不過(guò)有不同的解決方法。針對(duì)不同的情況必須制定合適的加工方法，因?yàn)橹T如零件復(fù)雜性、加工批量、刀具尺寸以及其他決定性因素都會(huì)影響刀具。在這一點(diǎn)上應(yīng)該提供其他方面的支持。
如今，借助于諸如PVD、CVD 或者TD的涂層技術(shù)可以控制冷態(tài)堆焊的產(chǎn)生，因?yàn)樵谟型繉拥那闆r下刀具表面和工件材料之間的摩擦可以得到減小。這種技術(shù)的缺點(diǎn)在于不能加工任意幾何尺寸。另外——正如已經(jīng)提到的需要對(duì)涂層進(jìn)行“維護(hù)”，這也會(huì)產(chǎn)生較大的費(fèi)用、因此需要開發(fā)一種不需要涂層的鋼材。
刀具金屬中將集成硬質(zhì)材料

良好的結(jié)果：鈑金件的實(shí)例，Herzing+schroth公司(www.herzing-schroth.de)生產(chǎn)的雙作用離合器(左圖)，Wemers Schmid公司(www.wemers-schmid.de)生產(chǎn)的壓力表外殼(中圖)以及油箱裝填物(右圖)，目前的工具鋼不僅典有較高的品質(zhì)保證加工量和良好的可制造性而且還能夠確保工具的磨損最小化。

人們現(xiàn)在談到了一種集成的涂層。其思路是在生產(chǎn)粉末冶金材質(zhì)工具鋼的時(shí)候單獨(dú)增加一道加工工序，在工具鋼里面加入氮元素，其作用和碳元索類似。這樣可以得到碳氮共滲體，而不是碳化物；與碳化物相比，其優(yōu)點(diǎn)在于這神材料具有了一種“陶瓷性能”，硬度更高，抗附著能力也更強(qiáng)。同時(shí)這種材料還具有一種與涂層類似的特殊的表面特性。由于這種特殊的表面特性，潤(rùn)滑劑可以更好地附著在刀具表面，并減少附著磨損的產(chǎn)生。許多實(shí)驗(yàn)都已經(jīng)驗(yàn)證了這種材料的效果，其應(yīng)用范圍可以從特高硬度鋼板一直到非常耐磨的鎳質(zhì)沖模。添加了集成徐層的刀具材料不僅可以降低成本．還具有很多其他的優(yōu)點(diǎn)。用這種材料制造的刀具在熱處理之后還能改變的尺寸(而常規(guī)涂層不允許在熱處理之后再進(jìn)行尺寸加工)，并且還能對(duì)其表面進(jìn)行拋光，從而提高表面質(zhì)量。此外，集成涂層不會(huì)崩裂，因此也不會(huì)中斷生產(chǎn)。
利用刀具基材表而的疲勞現(xiàn)象可以減少切削刃的崩裂。這也是為什么常規(guī)涂層并不能單獨(dú)解決加工高強(qiáng)度鋼板時(shí)產(chǎn)生的所有問(wèn)題的原因。基材的特性具有決定性意義．這樣才能使整個(gè)刀具達(dá)到較高的延展性和抗壓強(qiáng)度。接下來(lái)才是刀具的耐磨性，耐磨性對(duì)于大批量生產(chǎn)具有很重要的意義。因此．就刀具材料角度而言我們目前找到了兩個(gè)解決方案。如果僅僅是與延展性問(wèn)題相關(guān)，那么Uddeholm 公司利用“高壓電熔爐渣工藝”(DESU)生產(chǎn)的一種名為“Caldie”的材料是解決這類問(wèn)題的首選。這種金屬的延展性比低合金度的粉末冶金鋼要高。生產(chǎn)商可以通過(guò)改善鋼材的化學(xué)化合過(guò)程來(lái)達(dá)到較高的延展性。從冶金學(xué)角度而言、Uddeholm公司的Caldie材料是一種工具鋼組合。這種材料當(dāng)然要有較高的耐磨性。在這一點(diǎn)上，兩種方案都已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，將現(xiàn)有的“Vanadis 4”鋼材繼續(xù)開發(fā)為代號(hào)為“Vanadis 4 Extre”的鋼材。這種材料具備了適用于高強(qiáng)度鋼板成型加工的特性組合。這種工具鋼具有很高的延展性、很好的抗壓強(qiáng)度和輕微的磨損；不僅僅具有較高的強(qiáng)度，而且在許多特性組合方面都具備優(yōu)勢(shì)。
兩種鋼材都可以進(jìn)行涂層加工，這樣就可以滿足不同特殊的技術(shù)要求。由于考慮到可以使得材料具有較高的疲勞強(qiáng)度，因此涂層加工依然具備較高的總體經(jīng)濟(jì)性。
總而盲之，技術(shù)先進(jìn)的成型加工工其釗造商可以盡可能地滿足“加工高強(qiáng)度鋼材”的設(shè)定巨標(biāo)，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中——通常是與鋼鐵企業(yè)合作——可以為不同的應(yīng)用場(chǎng)合提供完整的材料解決方案。