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。

參考文獻(xiàn)

[1]邢忠文，包軍，楊玉英，等.可淬火硼鋼板熱沖壓成形實(shí)驗(yàn)研究[J].材料科學(xué)與工藝，2008，16（2）：172-175.

[2]李海峰，陳明亮，謝志毅.大型厚壁半球形封頭熱沖壓成形的數(shù)值模擬[J].計(jì)算機(jī)仿真，2004，21（3）：109-112.

[3]谷凈巍，孟佳，李欣，等.超高強(qiáng)度鋼熱成形奧氏體化加熱參數(shù)的優(yōu)化[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，41（2）：194-197.

[4]林建平，孫國(guó)華，朱巧紅，等.超高強(qiáng)度鋼板熱成形板料溫度的解析模型研究[J].鍛壓技術(shù)，2009，34（1）：20-22.