周 飛

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

現(xiàn)如今，我國汽車工業(yè)發(fā)展速度越來越快，已經(jīng)逐漸成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)。但是由于受到諸多因素帶來的影響，比如：環(huán)境以及能源等，嚴(yán)重阻礙汽車行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。根據(jù)大量的研究資料表明，大氣污染的根本原因是汽車尾氣污染，在我國日益推進(jìn)節(jié)能減排以及汽車輕量化發(fā)展的背景下，開發(fā)鋼鋁混合車身以及應(yīng)用汽車輕量化材料等，已經(jīng)成為現(xiàn)階段我國汽車節(jié)能減排的主流趨勢。

1 熱沖壓成型技術(shù)的具體應(yīng)用

通過合理應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板，不僅可以獲得顯著的減重效果，而且使沖壓成型工藝面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，以往的冷沖壓工藝在高墻板沖壓成型中很有可能出現(xiàn)各種問題，比如：制件起皺以及破裂等，與產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)要求不相符[1]。而應(yīng)用熱沖壓成型技術(shù)，可以使高強(qiáng)鋼板以及超高強(qiáng)度鋼板在常溫環(huán)境下迅速成型。從汽車車身用材發(fā)展中不難發(fā)現(xiàn)，在高強(qiáng)鋼沖壓成型技術(shù)高速發(fā)展的背景下，在白車身材料中熱成型高強(qiáng)度鋼材有了更高的比例。熱成型高強(qiáng)度鋼材具有很多特征，比如：材料輕量化以及超高強(qiáng)度等，是當(dāng)前我國乃至全球最為先進(jìn)的車身輕量化材料，普遍應(yīng)用于汽車生產(chǎn)制造中[2]。相對于其他國家而言，我國是最近幾年才發(fā)展高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成型技術(shù)，技術(shù)不先進(jìn)，所以我國為了可以成為汽車強(qiáng)國，使我國汽車品牌有更多的市場競爭力，需要普遍關(guān)注高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成型技術(shù)。目前，我國很多熱成型件供應(yīng)商以及主機(jī)廠都在深入研究與應(yīng)用熱沖壓成型技術(shù)。并且我國鋼板技術(shù)迅速發(fā)展，今后的熱成型技術(shù)主要傾向于不等厚板，還有激光拼焊板，熱成型沖壓技術(shù)的應(yīng)用也逐漸朝著先進(jìn)熱成型工藝技術(shù)的方向不斷發(fā)展。

2 熱沖壓成型工藝和主要零件類型

2.1 熱沖壓成型技術(shù)工藝的基本原理

熱沖壓成型技術(shù)和以往的冷沖壓成型技術(shù)完全不同，其不僅導(dǎo)致板料出現(xiàn)塑性變形，而且使得板料基體組織出現(xiàn)馬氏體組織相變，以得到超高強(qiáng)度熱沖壓成型制件，這種工藝方法將傳熱、組織相變等相結(jié)合。

2.2 熱沖壓成型技術(shù)的具體實施過程

熱沖壓成型技術(shù)在具體實施中通常可以劃分成多種類型，比如：直接熱沖壓成型、間接熱沖壓成型等。前者，是指在保護(hù)氣氛加熱爐中將板料加熱到880 攝氏度到950 攝氏度之間，連續(xù)保持三分鐘到10 分鐘，之后在最短的時間內(nèi)向熱沖壓模具進(jìn)行轉(zhuǎn)移，進(jìn)而沖壓成型，接著保壓，而且及時冷卻，讓板料以每秒50 攝氏度到950 攝氏度之間的冷卻速度進(jìn)行淬火，溫度在低于200 攝氏度時將板材取出來，留出適當(dāng)?shù)淖曰鼗饻囟?，這樣可以將其殘余應(yīng)力完全消除，在一些成型不復(fù)雜、變形程度不大的零件中廣泛應(yīng)用[3]。后者，針對拉深變形深度很大和難以成型的零件，在實施熱沖壓成型前必須采用以往的冷成型工藝來切割以及加工板料，使其可以預(yù)成型，再采用熱沖壓成型工藝，實施硬化處理以及定型處理。

2.3 熱沖壓成型的主要零件類型

熱沖壓成型技術(shù)零件結(jié)合使用的不同類型板料，通?？梢詣澐殖蓾L壓不等厚板以及激光拼焊板等。首先，就滾壓不等厚板來講，屬于可以調(diào)整厚度軋制的一種板料，其特點是耐磨性相當(dāng)強(qiáng)、抗傳導(dǎo)性以及抗熱疲勞性都很強(qiáng)，確保零件每個成型位置冷卻效果都保持均勻，而且定位非常精準(zhǔn)，保證零件各個厚度的地區(qū)在對應(yīng)的模具內(nèi)腔范圍成型，為了避免板料在成型中出現(xiàn)串位的情況，應(yīng)該在成型前預(yù)壓料，如果預(yù)壓料厚度有很大的不同，這時必須在料厚范圍模腔運(yùn)用傳熱性能強(qiáng)的模具材料[4]。其次，就激光拼焊板來講，其是指激光拼焊材料一樣，但是等厚度不一樣的熱成型板料，接著總體熱沖壓成型，其特點和滾壓不等厚板大同小異。

3 影響熱沖壓成型制件質(zhì)量的主要因素

熱沖壓成型技術(shù)屬于物理變形過程，相當(dāng)復(fù)雜。在熱沖壓成型制作的成型過程中必須對所有環(huán)節(jié)的工藝要求進(jìn)行嚴(yán)格控制，影響其質(zhì)量的因素有很多，比如：熱成型工藝設(shè)計和工藝過程控制，還有熱沖壓成型技術(shù)設(shè)備匹配等。

3.1 熱沖壓成型工藝設(shè)計和過程控制

在開發(fā)熱沖壓成型產(chǎn)品過程中熱沖壓成型工藝設(shè)計是不可或缺的環(huán)節(jié)。就熱沖壓成型工藝方式設(shè)計來講，必須在產(chǎn)品設(shè)計完成后，擁有產(chǎn)品數(shù)模，才可以合理設(shè)計工藝方式，需要CAE 分析產(chǎn)品數(shù)模成型，可以向產(chǎn)品設(shè)計及時反饋運(yùn)算結(jié)果，以調(diào)整產(chǎn)品數(shù)模，但是必須多加注意的是，板料成型性容易受到很多因素影響，比如：冷卻時間、加熱溫度等，最后通過模擬運(yùn)算獲取分析結(jié)果，當(dāng)做模具設(shè)計的重要參考依據(jù)[5]。并且要結(jié)合零件熱成型技術(shù)特征完成模具設(shè)計：模具設(shè)計主要有冷卻系統(tǒng)設(shè)計、模具表面等；冷卻系統(tǒng)設(shè)計需要完全模擬確定水路冷卻效果保持均勻，防止零件冷速集中出現(xiàn)變形的情況。最終，在裝配視模和加工組立熱沖壓成型模具過程中，科學(xué)檢驗驗證零件產(chǎn)品，而且對模具狀態(tài)進(jìn)行研究、配置和調(diào)試，以保證將零件產(chǎn)品尺寸的偏差控制在最小化。

工藝過程控制必須認(rèn)真考慮各個方面，比如：保溫時間以及板料加熱速度等。如果加熱溫度偏低且保溫時間偏短，奧氏體化不完全，造成成型后組織改變不徹底；如果加熱溫度偏高且保溫時間偏長，很有可能導(dǎo)致組織晶粒存在各種缺陷，比如：過熱以及粗大等。并且如果保壓冷卻時間短很有可能造成成型改變不完全，留出的自回火溫度偏高，出現(xiàn)回火脆性；如果保壓冷卻時間偏長，就很有可能導(dǎo)致零件直接完全冷透到常溫，造成零件參與應(yīng)力偏大出現(xiàn)開裂的情況。那么，要想使生產(chǎn)效率得到大幅度提升，與生產(chǎn)要求相符，在確保熱沖壓成型制件質(zhì)量合格，才可以對生產(chǎn)速度進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3.2 大型連續(xù)熱沖壓成型工藝系統(tǒng)設(shè)備匹配

就大型連續(xù)熱沖壓成型系統(tǒng)設(shè)備來看，其是由多個部分組成，比如：高溫裝卸機(jī)器人、上料臺以及熱沖壓沖床等，中央控制系統(tǒng)也必須兼具兩個系統(tǒng)，一個是設(shè)備操作控制系統(tǒng)，另一個是軟件程序編輯運(yùn)行系統(tǒng)[5]。對于連續(xù)式保溫氣氛加熱爐而言，其最為普遍使用的滾輪式加熱爐，常見的加熱方法有兩種，一種是電加熱，還有一種是瓦斯加熱，爐長在30 米到50 米之間，考慮到不同的產(chǎn)能，需要科學(xué)配備露點儀以及保護(hù)氣氛等，以實時監(jiān)控檢測爐中氧含量。在實際工作過程中保護(hù)氣氛下板料從常溫普通不間斷加熱到925 攝氏度時。而且保溫時間達(dá)到要求后，才可以出爐；保護(hù)氣氛發(fā)生裝置可以將氮?dú)庖约案换瘹馓峁┑郊訜釥t腔中，這樣就會形成氧化鐵皮；在制件中主要的熱沖壓成型裝置是熱沖壓沖床，其必須具有瞬間合模保壓的作用，在成型過程中必須迅速，可以結(jié)合實際需求，適當(dāng)調(diào)整保壓時間以及保壓壓力，通常設(shè)備噸位必須大于或者等于800 噸；就熱沖壓成型淬火模具來看，往往使用熱作模具鋼，其具有良好的耐高溫性能，在實際工作過程中要求熱作模具鋼具有高溫硬度以及熱塑變形抗力強(qiáng)等優(yōu)勢，以確保熱沖壓成型制作過程順利進(jìn)行；淬火冷卻和溫度控制系統(tǒng)包含兩個方面的系統(tǒng)，一方面是冷卻系統(tǒng)，另一方面是溫度控制系統(tǒng)，前者屬于淬火冷卻循環(huán)水裝置，其淬火冷卻循環(huán)水回路利用熱沖壓成型淬火模具，使高溫板料可以在很短的時間內(nèi)淬火冷卻降低溫度[6]。后者，可以對冷卻水溫度進(jìn)行科學(xué)的控制，確保其溫度在5 攝氏度到20 攝氏度，如果冷卻水溫度偏高，這時系統(tǒng)就會自動將外部風(fēng)冷裝置啟動，使冷卻水可以降低溫度；在大型連續(xù)熱沖壓成型工作系統(tǒng)中核心控制單元是中央控制系統(tǒng)，主要是轉(zhuǎn)化以及處理系統(tǒng)中的各種信號，比如：溫度以及水等，確保不同設(shè)備之間可以積極配合，安全運(yùn)行。

4 結(jié)語

總而言之，在汽車輕量化日益發(fā)展的背景下，熱沖壓成型技術(shù)逐漸廣泛在汽車白車身中應(yīng)用。從某個角度來看，熱沖壓成型技術(shù)屬于高端的高強(qiáng)鋼板成型技術(shù)，最近幾年，也應(yīng)用于高強(qiáng)度車身制造技術(shù)中，這樣可以大大地提高制造水平。