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为冲压模具选择合适的材料

随着汽车企业对车身质量要求的提高,大量高强度钢板开始应用于汽车车身零件,这给模具制造企业提出了不小的难题,特别是高强度钢板冲压模具的模具材料选择问题。

随着汽车安全性要求的提高,以及严格的汽车碰撞法规的实施,使得高强度钢板(Advanced High Strength Steel,AHSS)在汽车车身制造中得到了大范围地应用。在对这些高强度钢板的成形加工中,导致了冲压模具表面的接触压力的急剧增加,造成模具材料加速失效。这些增加的接触压力将使冲压模具变得十分危险。

美国福特汽车公司在其新车型FORD 500的生产中,就遇到了这样的问题,因为该车型车身大量地使用了厚1.8mm的DP600高强度钢板。福特高强度钢板技术和模具制造专家Darry Young表示,许多汽车冲压生产者曾经尝试使用已有的冲压模具试冲双相的高强度钢板,但是发生了很多问题,例如材料失效。冲压结果报告显示在试冲过程中发生了涂层剥落、拉延圆角严重划痕、拉延筋塑性变形、模具型面突出部分开裂、切边刀口崩刃和磨损,以及冲头折断等不良现象。这些失效、磨损、疲劳开裂和塑性变形,不仅是由于接触压力的增加所导致,而且还是由于试模期间大量的堆焊所引起的。这些将导致堆焊的软化区、脆性区和残余应力区的存在,从而降低模具的使用性能。

为了寻求解决方案,Darry Young咨询了瑞典专业模具材料提供商Uddeholm,并得到了用于AHSS钢板切边和拉延的两种材料。

切边模具

在Darry Young开始专心于新的DP600切边和拉延冲压模具设计标准时,DP600 1.8mm零件的简易冲压模具只能按照已有的模具设计标准制造。当然,在试冲过程中也出现了种种问题。通常对于采用锻钢材料制造的模具,提高模具寿命的传统方法是用较高合金的材料代替较低合金的材料,例如,用D2代替S7,但是D2材料被证明是难以焊接和机加工的。经过多方调研考察选择,最终福特公司获得了易于焊接和加工的基体钢——Caldie工具钢,用于切边模刀块。该材料是一种Cr-Mo-V合金工具钢,具有很好的抗崩刃、抗开裂性能,同时在高温回火以后,具有高于HRC60的硬度。Darry Young表示,这种材料回火后的硬度是一种理想的涂层基础和基体,避免了涂层过程中的软化问题。而且具有高硬度涂层的Caldie,在抗磨损性能上的表现,要大大好于D2。

使用带有TiCN涂层的Caldie为切边模材料,加工DP600门槛加强板


最终福特公司在Caldie的切边模上使用了PVD TiCN涂层,经过一年的生产,该模具进行了25万次的冲裁,没有出现因模具故障停机,零件毛刺良好,刀口也没有进行维修。

拉伸模具

同样在拉伸DP600时,拉延模采用的常用铸造材料,不能在拉延时对材料形成有效支撑,包括非常普遍使用的G3500和D5506,甚至是典型的升级材料S0050A。于是,福特公司不得不再次采用了Uddeholm提供的另外一种新的铸造材料——Carmo Granshots铸钢。Granshots是一种预先在钢厂配制好合金成分的,并经过提炼和去除杂质的铸造材料,颗粒化的基体组织有助于快速熔化和节约能源,铸造过程中不需要添加任何合金成分。Darry Young说道:“我们采用了这种铸钢,因为它的纯净度和均匀合理的成分配比,使得铸件的抛光性能和抗开裂性能非常优异。”

至今,福特公司已制造了6套使用Carmo Granshots的拉延模,加之Caldie切边模,这些将作为福特公司新的模具设计和制造标准


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