【MFC推荐】汽车底板前横梁内板热成形工艺简介

针对汽车底板前横梁内板热成形过程中的工艺难点，我们进行了研究并在常规热冲压工艺的基础上进行了改进。我们使用有限元仿真软件Autoform建立了有限元模型，对汽车底板前横梁内板热成形过程进行了模拟。

通过分析不同的模具结构及成形方式，我们发现采用增加零件圆角半径并且采用分步热冲压成形的方法时，零件最大减薄率下降到0.146，最大增厚率下降到0.110，成功解决了汽车底板前横梁内板在成形过程中存在的局部起皱开裂问题。

我们还对试制零件进行了力学性能与微观组织检测，发现经过分步热冲压后，微观组织完全马氏体化，抗拉强度为1350 MPa。我们通过实际制造的汽车底板前横梁内板零件验证了该方案的可行性。

近150年前，世界上诞生了第一辆汽车，如今汽车已从昔日的奢侈品转变为日常生活中不可或缺的工具。我国汽车行业发展迅速，已成为国民经济中不可或缺的组成部分。据数据显示，2020年和2021年汽车产销量均超过2500万辆。目前，我国正在努力实现从汽车制造大国向汽车制造强国的转型。

此外，燃油汽车的大量生产与使用加剧了化石能源的消耗，特别是汽车尾气的排放将对全球环境的影响不可逆。

高性能汽车、电动汽车以及混合动力汽车等绿色环保型汽车越来越受到重视，节能、环保、高强化及轻量化逐渐成为未来汽车的发展方向，其中重中之重是汽车材料高强化和轻量化的研究。可用于冲压制造的高强钢在汽车领域的应用越来越多，其中硼钢具有良好的淬透性和优异的力学性能，极限抗拉强度在1300～2000 MPa。

因此，研究硼钢的热冲压成形技术具有意义和价值。钢的热冲压与冷冲压有着明显的区别，前者过程存在相变，即升温过程涉及钢的奥氏体化，由于成形淬火过程使得微观组织转变为马氏体，马氏体组织的形成会发生体积膨胀，可以有效地抑制冲压成形过程中的板料回弹，提高成形精度。

在实际生产中，钣金件的结构复杂性对于冲压模具设计来说至关重要。对于存在相变的材料，冲压成形的温度也同样重要。为了加快新车型的研发，钣金件成形过程通常结合有限元数值模拟与模具设计。

以某汽车底板前横梁内板成形为例，通过有限元仿真软件Autoform对成形过程进行数值模拟，进行模具结构优化，并改变板料成形顺序，将小曲率区域的应力状态由拉代压，减小起皱倾向。试制样品成功，证明工艺可行性，解决了底板前横梁内板成形过程中的开裂和起皱问题。这个方法可以为汽车领域类似钣金件成形过程提供值得借鉴的成形方法。

汽车底板前横梁内板成形工艺设计

成形工艺难点及解决方案

22MnB5是一种典型的硼钢，在相变温度以上快速冷却，有良好的淬硬性，结合22MnB5超强钢板的材料特性，现在汽车底板前横梁内板等热成形零件通常采用22MnB5钢板。目前汽车前横梁内板是由整体22MnB5钢板热冲压后快速冷却形成，再通过打孔和激光切割进行边部余料整形制得。

对于中间形状规则部位板料成形性较好，不存在严重成形性问题。但在前横梁内板两侧会产生叠料起皱(问题点1)和减薄率过大容易破裂(问题点2)的趋势。在前横梁内板的另一侧也存在同样的问题。针对现有的热成形方案进行优化，对于问题点1存在的板材叠料起皱问题，采用分步成形的方式，先对中间不存在成形难题的部位进行成形，通过增加滑块结构起到固定中间材料的作用，这使问题点1处的材料更容易拉延成形，不发生起皱。

对于问题点2存在的减薄率过大问题，则是通过增加圆角半径使成形拉深过程中材料流动更顺利，避免减薄率过大引起破裂。虽然此方案会对成形零件的尺寸精度有一定影响，但是由于零件此处圆角不影响后续装配，因此可以在一定范围内调整过度弧度角。

零件制造验证

零件成形模具设计制造要点

由于地板前横梁内板长度较长，采用一模一件方式成形，框线为模具定位位置。为了分步成形中间部分和两侧部分，需要增加滑块结构在成形时固定局部材料，使易起皱部分更容易延展。同时，在模具设计时增加6处边线定位，确保成形件尺寸符合标准。在生产过程中，22MnB5超强钢板需要进行模内淬火，以实现微观组织完全马氏体化。为此，模具制造时需要留冷却水进出通道，且满足水流量500 L·min-1以上。根据实际生产需要，调控进水量以进行模具淬火。

零件实际生产验证

经过分步成形与热冲压工艺相结合生产出的汽车底板前横梁内板表面光滑，易起皱区域材料得到充分拉延，无起皱现象，易破裂区域材料减薄率下降，无破裂趋势。

零件微观组织与性能检测

对热成形生产的汽车底板前横梁内板进行组织观测与力学性能测试，通过SHIMADZU岛津公司生产的AGS-X系列电子万能试验机进行室温拉伸实验，采用维氏硬度计进行硬度测试，载荷为500 g，保压时间为15 s，在试样表面取10个不同位置进行测量，求其平均值。

通过日本OLYMPUS光学显微镜对零件微观组织进行观察，可以看到原始奥氏体和珠光体组织完全马氏体化，说明成形零

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