MFC推荐冲压-汽车高强度钢板冲压件热成形技术研究

2019-09-28 16:28:06 来源：网络

导读：

		引言
	

		为了降低油耗减少排放, 高强钢冲压件在车身制造中得到了应用 。使用高强钢可以通过减小壁厚来减轻零件重量, 实现车体轻量化, 同时其超高的强度又能提高车辆碰撞安全性, 满足轻量化和提高安全性的要求, 因此在汽车领域的应用越来越广泛。但是高强度钢板随着强度的提高, 其冲压成形性能降低, 强度越高, 成形难度越大, 尤其是当强度超过1000MPa时, 一些形状复杂的零件, 常规的冷冲压工艺几乎无法成形。热成形技术是一项专门用于成形高强度钢板冲压件的新技术, 可以成形强度高达1500MPa的冲压件, 而且高温下成形几乎没有回弹, 具有成形精度高、成形性能好等优点, 因此引起业界的普遍关注并迅速成为汽车制造领域的热门技术。目前该项技术在国外发展应用十分迅速, 美国通用、福特以及德国大众等汽车公司都在运用该项技术制造高强度冲压件。而在国内该项技术研究与应用尚处于起步阶段, 目前国内仅有少数几家公司耗巨资从国外引入生产线用于热冲压件生产, 但还不具备热冲压相关技术与装备的自主研发能力。现选取汽车典型冲压件, 对热成形工艺进行实验研究, 探讨热成形工艺主要影响因素, 完成典型件实验试制。
	

		热成形工艺原理
	

		热成形技术与传统的冷冲压成形工艺不同, 冷冲压成形大都是在常温下进行, 而热成形技术中,板料是在红热状态下冲压成形的, 其工艺见图1, 即先将下料后的硼合金钢板送入加热装置内加热到880～ 950 ℃, 使之奥氏体化, 然后送入内部带有冷却管道的冲压模具上冲压成形, 在成形同时由模具表面将钢板冷却、淬火, 使之发生相变, 把奥氏体转变成马氏体, 成形件因而得到强化, 强度大幅度提高。比如成形前常温下的硼合金钢板强度为500～600MPa , 成形后经过冷却淬火, 冲压件强度可以达到1500MPa , 强度提高250%以上, 因此该项技术又被称为冲压硬化技术, 可广泛用于生产高强度的汽车保险杠、车门防撞杆、A柱、B柱、C柱以及车顶框架、中通道等保安件和结构件。
	

		热成形实验与讨论
	

		实验结果
	

		以某型汽车加强板为例, 进行高强钢冲压件热成形实验。实验用钢板材料为低碳硼合金钢22MnB5, 主要化学成分见表1 。图2 是带有冷却管道的成形模具。实验中首先在加热炉内将钢板加热到900 ℃, 并保温5min , 以便使钢板被均匀奥氏体化,加热前在钢板表面涂覆保护层以防止钢板表面被氧化。钢板加热好后, 迅速放入带有冷却管道的冲压模具上, 液压机快速下行实现冲压成形, 模具完全闭合后保持10 s , 使钢板在模具内被充分冷却淬火, 实现奥氏体向马氏体的充分转变。图3 是获得的试件,对成形件切块取样进行微观组织分析, 结果表明淬火后成形件组织为板条状马氏体, 见图4。对成形件的拉伸力学性能进行检测, 屈服强度达到1 036MPa , 抗拉强度达到1 547MPa , 完全达到高强钢热冲压件产品性能要求。
	

		分析与讨论
	

		高强钢冲压件热成形工艺中, 加热、成形和冷却是3 个非常重要的环节, 直接影响到奥氏体向马氏体的转变以及产品的性能, 因此3 个阶段工艺参数的选择至关重要。
	

		(1)加热阶段应该保证在晶粒不长大的情况下实现板料均匀奥氏体化, 因此必须采取合理的加热温度和保温时间, 过高的加热温度会导致板料表面过烧和晶粒长大, 而保温时间的长短影响奥氏体化的均匀性, 过长的保温时间会导致晶粒长大, 进而影响成形件的力学性能。
	

		(2)在成形阶段, 板料须在奥氏体状态下冲压成形, 需要采用较高成形速度, 使工件瞬间内被快速成形, 以避免因成形速度过慢而带来的过多热量损失以及过快的温度下降。因此, 热冲压工艺中要采用能够实现高速成形的液压机。
	

		(3)在冷却阶段, 成形件被模具表面冷却淬火,发生相变, 使奥氏体转变成马氏体, 实现强化。但是这种相变与冷却速度有关, 只有在冷却速度超过某一临界值后, 才能使奥氏体转变成马氏体, 冷却速度过低, 成形件中将会出现贝氏体等其他组织, 影响成形件的强度提高。研究表明, 热冲压工艺中, 实现奥氏体向马氏体转变的最小冷却速度(临界冷却速度)为27 ℃/s[1] 。因此热冲压工艺中为了确保奥氏体向马氏体的转变, 模具对成形件的冷却速度必须大于这个值, 但是并非冷却速度越高越好, 过高的冷却速度将会导致成形件开裂。
	

		另外, 由于热成形工艺还在其他诸多方面与传统冲压工艺存在较大的区别, 比如在成形件的设计方法、模具设计方法甚至是工艺调试方法等方面, 热成形工艺都有其独特的一面, 这些都会对热成形过程以及成形件的质量有很大影响, 实践中直接沿用冷冲压工艺中的方法和手段不一定能处理好热成形的相关问题, 而是需要认真分析总结, 不断通过实验等手段探讨更适合热成形的技术方法和措施。
	

		4 结束语
	

		通过汽车典型冲压件热成形实验讨论分析了主要工艺参数对成形的影响。检测结果表明, 成形的典型件屈服强度超过1000MPa , 抗拉强度达到1547MPa , 其微观组织为理想的条状马氏体。热成形技术是汽车高强度钢板冲压件生产领域内的最新技术,可以用来生产强度高达1500MPa的超高强度冲压件, 可以同时满足汽车轻量化和高安全性的要求, 具有几乎无回弹、成形精度高等优点, 可广泛用于车体保安件及其他结构件的制造, 具有非常广阔的应用前景。
	

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