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        鋼板熱沖壓技術(shù)在汽車(chē)制造中的應(yīng)用

        2019-10-09 11:44:25高敏劉佳鄭

        高敏 劉佳鄭

        摘 要:鋼板熱沖壓技術(shù)能夠在確保制作高強(qiáng)度的鋼板時(shí)其形狀不變,這種鋼板用于汽車(chē)制造領(lǐng)域可提升汽車(chē)的碰撞性能。該文主要介紹了鋼板熱沖壓技術(shù)及其工藝原理、數(shù)值應(yīng)用,并進(jìn)行數(shù)值模擬,最后對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的使用現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展前景進(jìn)行了闡述。

        關(guān)鍵詞:熱沖壓;工藝原理;鋼板熱沖壓技術(shù)

        中圖分類(lèi)號(hào):TG376? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0 引言

        如今,我國(guó)的汽車(chē)制造業(yè)發(fā)展迅速,國(guó)家對(duì)于汽車(chē)碰撞的要求越來(lái)越高,對(duì)于汽車(chē)尾氣排放也頒布了相應(yīng)的法規(guī),因此制造商必須響應(yīng)國(guó)家號(hào)召,節(jié)能減排,降低環(huán)境污染,在汽車(chē)制造的過(guò)程中通過(guò)使用強(qiáng)度較高的鋼板來(lái)提升汽車(chē)的質(zhì)量。由于高強(qiáng)度的鋼板在制作時(shí)會(huì)隨著強(qiáng)度的提高使得其成形難度增大,很多零件就難以達(dá)到理想的形狀,影響其使用性能。為了在制作高強(qiáng)度的鋼板時(shí)其形狀不變,就研發(fā)出了鋼板熱沖壓技術(shù)。鋼板熱沖壓技術(shù)能夠在1 500 MPa壓力下制造出沖壓件,形成的沖壓件精度較高,成形較為精確,鋼板熱沖壓技術(shù)對(duì)于汽車(chē)制造領(lǐng)域至關(guān)重要。該文介紹了鋼板熱沖壓技術(shù)及其工藝原理、數(shù)值應(yīng)用,并進(jìn)行數(shù)值模擬,最后說(shuō)明了這項(xiàng)技術(shù)的使用現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展前景。

        1 鋼板熱沖壓技術(shù)概述

        熱沖壓技術(shù)是通過(guò)高溫將鋼板加熱到奧氏體溫度范圍,使得鋼板組織發(fā)生變化,之后將發(fā)生變化的鋼板快速移動(dòng)到模具中,然后再快速?zèng)_壓,模具中都含有冷卻裝置,通過(guò)冷卻裝置迅速冷卻模具中的零件,將得到的零件再通過(guò)淬火進(jìn)行冷卻,最終得到了高強(qiáng)度沖壓件的新型工藝。在進(jìn)行鋼板熱沖壓時(shí)主要的步驟為加熱、沖壓、保壓和冷卻。通過(guò)加熱使得鋼板初步成型,溫度的高低直接影響了高強(qiáng)度鋼板的沖壓性能,通過(guò)沖壓機(jī)的作用使得鋼板成型,而保壓使得鋼板的形狀更加穩(wěn)定,在淬火的作用下促使鋼板的組織發(fā)生變化。

        作為一種新興工藝,熱沖壓成形技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用,滿足了車(chē)身減重、車(chē)身強(qiáng)度和碰撞安全的要求,有利于節(jié)能、環(huán)保以及車(chē)身輕量化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。目前,由于技術(shù)及設(shè)備條件的限制,國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠商使用熱沖壓零件的比例很小,2013年,中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)目標(biāo)預(yù)計(jì)達(dá)到2 000萬(wàn)輛,有望突破2 300萬(wàn)輛,熱沖壓成形技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景。

        與冷沖壓相比,熱沖壓具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì),主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1)可以得到超高強(qiáng)度的車(chē)身零件,從而減小零件厚度,減少車(chē)身加強(qiáng)板數(shù)量,提高車(chē)身的碰撞性能,實(shí)現(xiàn)車(chē)身的有效減重。2)成形性相對(duì)較好。2)沖壓所需的設(shè)備噸位較小,一般而言,800 t的高速液壓機(jī)就能滿足大部分車(chē)身零件熱沖壓需要。4)尺寸精度好。5)零件表面硬度、抗凹性和剛度特性好。6)零件外形設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化。

        2 鋼板熱沖壓技術(shù)在汽車(chē)制造的應(yīng)用

        2.1 工藝原理

        熱沖壓工藝流程如圖1所示,分為a、b兩種流程,a為直接成形工藝,b為間接成形工藝。直接成形工藝:首先將板料進(jìn)行加熱,直至板料奧氏體化,然后將其轉(zhuǎn)移到具有冷卻功能的模具中,使得鋼板成形;間接成形:首先將板料進(jìn)行冷沖壓預(yù)成形,然后加熱直至板料奧氏體化,然后將其轉(zhuǎn)移到具有冷卻功能的模具中,使得鋼板成形。熱沖壓直接成形工藝通常應(yīng)用于一些形狀結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的零件,而直接成形工藝就應(yīng)用于形狀復(fù)雜的零件。

        2.2 參數(shù)設(shè)置

        熱沖壓過(guò)程有2個(gè)階段,即壓邊、成形。這2個(gè)階段的成形參數(shù)如下:壓邊階段:板料開(kāi)始溫度為810 ℃,模具為75 ℃,模具運(yùn)動(dòng)速度為200 mm/s;成形階段:板料的溫度就是壓邊階段結(jié)束之后的溫度,模具運(yùn)動(dòng)速度為200 mm/s,兩者之間的摩擦系數(shù)為0.4。

        3 鋼板熱沖壓使用現(xiàn)狀及其前景展望

        鋼板熱沖壓技術(shù)能夠確保制作高強(qiáng)度的鋼板時(shí)其形狀不變,這項(xiàng)技術(shù)在1 500 MPa的壓力下制造沖壓件,并且形成的沖壓件精度較高,成形較為精確,作為一新興的成形技術(shù),熱沖壓技術(shù)對(duì)于汽車(chē)制造領(lǐng)域至關(guān)重要,應(yīng)用前景更為廣闊。國(guó)外多種類(lèi)型的車(chē)都開(kāi)始使用熱沖壓零件,而國(guó)內(nèi)的進(jìn)口車(chē)也多采用鋼板熱沖壓零件。鋼板熱沖壓常用于前、后門(mén)左右防撞桿,前、后保險(xiǎn)杠,A、B、C柱加強(qiáng)板以及車(chē)頂加強(qiáng)梁等,如圖3所示。

        總的來(lái)說(shuō),國(guó)產(chǎn)車(chē)的碰撞性能較差,如果在圖3標(biāo)注的部位使用熱沖壓零件,不但使得車(chē)身的碰撞性能大幅度提升,而且還能夠降低車(chē)身自重。目前,國(guó)內(nèi)的一些自主品牌汽車(chē)廠開(kāi)始重視熱沖壓新技術(shù),在其自主研發(fā)的新車(chē)型中采用鋼板熱沖壓技術(shù),大大提升了汽車(chē)的質(zhì)量。由于國(guó)內(nèi)某款車(chē)型的A、B加強(qiáng)板采用了熱沖壓零件,其國(guó)外碰撞測(cè)試從一星級(jí)升為三星級(jí)。由此可見(jiàn),鋼板熱沖壓新技術(shù)在未來(lái)將會(huì)應(yīng)用得更加廣泛,此項(xiàng)技術(shù)不但可以應(yīng)用于汽車(chē)制造領(lǐng)域,還可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、礦山機(jī)械領(lǐng)域,提升其相關(guān)器具的強(qiáng)度等。

        4 結(jié)語(yǔ)

        鋼板熱沖壓技術(shù)是增強(qiáng)汽車(chē)碰撞性能的新型技術(shù),引起了專(zhuān)家學(xué)者的高度重視。鋼板熱沖壓技術(shù)的工藝流程為:首先將板料進(jìn)行加熱,直至板料奧氏體化,然后將其轉(zhuǎn)移到具有冷卻功能的模具中,使得鋼板成形。此技術(shù)發(fā)展時(shí)間較短,但其在增強(qiáng)汽車(chē)碰撞性能及強(qiáng)度方面發(fā)揮著較大的作用。鋼板熱沖壓技術(shù)在未來(lái)將會(huì)應(yīng)用得更為廣泛,不但可以應(yīng)用于汽車(chē)制造領(lǐng)域,還可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、礦山機(jī)械領(lǐng)域,提升其相關(guān)器具的強(qiáng)度等。所以,在汽車(chē)制造領(lǐng)域應(yīng)著重推廣鋼板熱沖壓技術(shù)。

        另一方面,從整體來(lái)看,我國(guó)熱沖壓裝備生產(chǎn)線技術(shù)較國(guó)外發(fā)展起步較晚,因此需要加大研發(fā)力度,汲取先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),研發(fā)出具有中國(guó)特色的沖壓成形,從而提高我國(guó)汽車(chē)全球競(jìng)爭(zhēng)力。

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