沒有高強度的鋼材．就沒有高強度的刀具
如果人們遇到“鋼材”這個詞匯，就如同遇到了“高強度”這個詞匯。市場上，尤其是汽車工業(yè)，對于高強度鋼材的需求越來越強勁，并需要更好的性能和經(jīng)濟性。但是，加工過程中產(chǎn)生的磨損卻比較嚴重。加工高強度鋼材的常規(guī)刀具的使用壽命需要多長？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。直到使用新式的工具鋼才能確保刀具擁有比較經(jīng)濟的、較長的使用壽命。例如，經(jīng)過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了工具所屬的機床方面的投資．在對高強度鋼板進行成型加工的時候，只要進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刀具制造和車輛的生產(chǎn)過程提出越來越新的要求。金屬加工需要使用新的高強度材料和創(chuàng)新的刀具方案、從而實現(xiàn)可控的、物美價廉的生產(chǎn)流程。例如，如果人們對比新舊兩代Volvo S40轎車所使用的高強度鋼板的比例，就能很清楚地明白這一點。上一代的S40轎車總共使用了36.4%的高強度鋼板，其余的都是常規(guī)的鋼板。盡管新一代的S4O轎車中高強度鋼板的使用比例降低為31.3%，但是使用的超高強度和特高強度鋼飯的使用比例卻達到了22.8%。也就是說，新一代S40轎車所使用的高強度鋼板的比例總共已經(jīng)達到了54.1%。不過需要指出的是，到目前為止對于高強度鋼板和特高強度鋼板還沒有一個統(tǒng)一的定義。最常見的定義就基由 Volvo汽車公司和SSAB聯(lián)合發(fā)市的標準，根據(jù)這個標準高強度鋼板的強度應(yīng)為340～60OMPa，超高強度鋼飯的強度應(yīng)為600～800MPa，特高強度鋼板的強度至少應(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度鋼材．首先就需要在壓機上施加更高的壓力，并相應(yīng)改變刀具的設(shè)計。同時還要提高刀具的“進給”速度，以便減少工位的數(shù)量，提高經(jīng)濟性。另外還要減少“危險”的潤滑劑的使用，或者干脆完全停止使用潤滑劑。
當人們認真考慮成型工具的時候，就需要大幅度提高摩擦力、切削力和成型加工力．這樣就會在成型加工過程中對常規(guī)鋼村產(chǎn)生很高的壓力。統(tǒng)計一下刀具用鋼材的使用情況就可以發(fā)現(xiàn)，最近十年來主要使用的是1.2379鋼；質(zhì)量要求較高的場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)濟地加工高強度鋼板呢？
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，因為高強度鋼材對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刀具的使用壽命，只有通過不斷“調(diào)試”刀具才能夠獲得刀具、潤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)能夠用于很多場合，但是卻不能作為廣泛便用的問題解決方案。即使在大眾高爾夫里面安裝最新的發(fā)動機也不可能贏得F1方程式汽車比賽，因為這部車永遠都是大眾高爾夫，永遠都不可能變成賽車，盡管大眾高爾夫無疑是所在級別當中非常優(yōu)秀的車型。談到超高強度鋼板和特高強度鋼板成型加工的時候，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)生的反力的標準。本圖以四種工具鋼為例：橙色為Caldie，深藍色為 Vanadis 4 Extre，灰色為Vancron 40，淡藍色為常規(guī)工具鋼1.379。橫軸坐標為洛氏硬度，縱軸為沖壓彎曲工作反力。

另外需要說明的是，涂層在任何時候都只能作為提高刀具性能的優(yōu)化手段，而且涂層的制作過程需要額外增加比較大的投資。市場上當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程的總體經(jīng)濟性，因為除去舊涂層、打磨、拋光、制作新的徐層等過程會產(chǎn)生額外的費用。
刀其生產(chǎn)商應(yīng)對新的要求的時候能夠提供哪些可能性呢？用于加工高強度鋼板的標準鋼材1.2379(D2)有兩個主要的故障原因：冷態(tài)堆焊(積屑瘤，附著磨損)和切削刃崩裂(疲勞破損)。不過有不同的解決方法。針對不同的情況必須制定合適的加工方法，因為諸如零件復(fù)雜性、加工批量、刀具尺寸以及其他決定性因素都會影響刀具。在這一點上應(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，因為在有涂層的情況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)提到的需要對涂層進行“維護”，這也會產(chǎn)生較大的費用、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)工具鋼的時候單獨增加一道加工工序，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。同時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。許多實驗都已經(jīng)驗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。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行尺寸加工)，并且還能對其表面進行拋光，從而提高表面質(zhì)量。此外，集成涂層不會崩裂，因此也不會中斷生產(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)涂層并不能單獨解決加工高強度鋼板時產(chǎn)生的所有問題的原因。基材的特性具有決定性意義．這樣才能使整個刀具達到較高的延展性和抗壓強度。接下來才是刀具的耐磨性，耐磨性對于大批量生產(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解決方案。如果僅僅是與延展性問題相關(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)商可以通過改善鋼材的化學化合過程來達到較高的延展性。從冶金學角度而言、Uddeholm公司的Caldie材料是一種工具鋼組合。這種材料當然要有較高的耐磨性。在這一點上，兩種方案都已經(jīng)做好了準備，將現(xiàn)有的“Vanadis 4”鋼材繼續(xù)開發(fā)為代號為“Vanadis 4 Extre”的鋼材。這種材料具備了適用于高強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、很好的抗壓強度和輕微的磨損；不僅僅具有較高的強度，而且在許多特性組合方面都具備優(yōu)勢。
兩種鋼材都可以進行涂層加工，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度，因此涂層加工依然具備較高的總體經(jīng)濟性。
總而盲之，技術(shù)先進的成型加工工其釗造商可以盡可能地滿足“加工高強度鋼材”的設(shè)定巨標，在這個過程當中——通常是與鋼鐵企業(yè)合作——可以為不同的應(yīng)用場合提供完整的材料解決方案。