【MFC推荐】热冲压成形技术

【摘 要】热冲压成形技术不断地应用于汽车制造领域，降低了生产成本，提高了汽车的安全性能，实现了车身的有效减重。随着热成形工艺的不断完善，该项技术逐渐投入生产实践，并且在市场上得到了快速的发展和应用。本文简要介绍了热冲压技术的成形原理及其工艺特点，指出了热冲压材料的性能特点及模具的合理选择与改进，同时简要地阐述了热冲压技术的研究进展。

【关键词】热成形模具；热冲压技术；热冲压工艺；研究现状

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引言

目前冷冲压成形技术存在许多技术缺陷,如成形困难、产品质量差、成形后易变形等问题,超高强度钢热冲 压技术的研究与应用提上了发展日程。虽然热冲压技术已在我国的汽车制造领域崭露头角,但仍有一些技术难题亟待解决。本文对现有的钢的热冲压成形技术特点及 其相关的研究进展进行了简单阐述与简要分析。

1 钢的热冲压成形技术

1 . 1 热冲压成形原理

热冲压成型技术是指将硼合金钢板钢加热到再结晶温度（约900℃）以上,利用金属板料在高温状态下塑性和延展性显著升高, 屈服强度而迅速下降的特性,在模具内以大于27℃/s 的冷却速度进行冲压成型,然后快速冷却淬火,将钢由奥氏体向马氏体转变的工艺。

1 . 2 热冲压成形工艺特点

近年来随着我国对钢的冲压技术不断地进行研究,一门新兴的冲压技术——热冲。压工艺技术受到冲压界的广泛关注。通过热冲压加工技术,可以获得先进 的超高强度冲压件,使得钢的抗拉强度、塑性和延展性等力学性能指标显著增加。采用常规的冷冲压工艺,会出现工件所需冲压力大、易变形、产品质量差等问题,而热冲压成形工艺技术解决了传统冷冲压成形所带来的成型性和形状冻结性等不良问题,近年来发展得更加地迅速,被广泛地应用于现代汽车制造行业。

1 . 3 热冲压成形材料

在传统的冷冲压工艺中,一些先进的高强度汽车钢板如 TRIP 钢、马氏体钢等经过加工成形后零件的性能指标基本上保持不变。而在热压工艺中,硼钢被广泛地应用,其主要成分是22MnB5,冲在常温下的抗拉强度仅有 500~700MPa,而经过热冲压成形件淬火后,转变成为马氏体组织,材料的力学性能显著提高,其抗拉强度可以达至1500MPa, 屈服强度达到1000MPa 以上 , 硬度可达至50HRC 。

1 . 4 热冲压成形模具

在冷冲压成形技术中,模具仅用于零件的成形,冲压前后零件的机械强度不会发生太大变化。而在热冲压技术中,模具要进行成形、淬火等工艺,结构复杂,成形件的强度较高,综合性能较好。

有关文献报道, 国外的热冲压模具应用 了 Al2O3 /Cu复合材料,对于热冲压技术来说模具材料的合理选择至关重要。热冲压模具材料在成形和冷却淬火的过程中要能够实现快速、均匀冷却并且还要具有快速传热、冷却的功能。因此,模具不仅需具有良好的热机械性能、耐磨性、耐锈蚀性和热疲劳性,同时还需要合理地设计凸、凹模尺寸,来保证生产部件的质量合格可靠。

为了避免由于部件内部局部冷却速度快慢不一致而造成热冲压部件硬度不均匀的现象,设置冷却水回路 系统,来使模具降温,使其具有连续冷却的能力。而且随着一次次的冲压,模具 温度不断地升高 、降低 , 如此反复会使模具的使用寿命下降,因此我们急需找到一种既能提高冷却能力、又能够持久耐用的模具。

2 热冲压成形技术优点

传统冷冲压成形技术,包括加热、成形、冷却及后续处理等多个工艺过程,且不同加工环节的工艺参数也不尽相同。热冲压成形技术主要由落料、预成形、加热、转移、冲压成形、淬火和后续处理这几个工序组成。

热冲压成形技术的主要优点是：回弹易控制、变形抗力小；零件表面刚度、硬度特性较好；零件成形尺寸精度高,抗凹性特性好；冲压性能好,钢材成形抗力低；生产周期短,车身零件强度高；零件厚度及加强板数量减少,有利于实现车身的有效减重等。

在热冲压 技术中,为了减少生产周期 ,提 高生 产效 率,应注意以下事项：加热温度不能过高,应保持在再结晶温度以上；炉内需保温一定的时间,且保温时间不宜过长；要有较高的冲压速度和一定的保压时间；在冷却淬火相变阶段, 冷速不宜过低；冲压板料厚度不宜过厚；模具材料需进行合理地选择和设计。

3 热冲压技术研究进展

热冲压技术率先在欧美得到普遍的应用,能够有效地减轻车重、降低成本、提高汽车碰撞安全性。目前该项技术在世界各国引起了广泛的关注, 日本、韩国 、瑞 典SSAB 公司、美国西沃斯巴公司、法国阿塞洛等公司相继 研发硼钢热冲压技术并于车门防撞杆、A、B、C 柱、保险杠加强梁等部件上投入了生产,经实践检验,该技术投 入生产实践后,能够有效地减轻汽车重量,提高安全性 能,降低生产成本,因而在市场上得到了迅速的发展和应用。

3 . 1 国外研究现状

世界各国汽车工业投入了大量的精力来研究热冲压成形技术, 主要分布于相对发达的欧 洲国家, 瑞典APT公司和德国舒乐（Schuler） 两家公司几乎垄断了全球的热冲压成形市场。热冲压作为一项新兴的成形技术,可实现冲压零件的高强化,因而激起了许多研究者对热冲压技术的研发兴趣。

德国纽伦堡大学正在进行德国研究基金DFG项目淬火钢板的热冲压成形原理研究。美国柯洲矿校大学 Speer J 等首先提出了淬火-碳配（Q-P）工艺,并被国内外众多学者发展和推广；Liu H 等和 Han X H对商业 热成形材料22MnB5进行了热成形和Q-P 处理。

3 . 2 国内研究现状

由于热冲压成形技术是一门先进的汽车制造技术,它的应用能让汽车更好地实现减重、环保并提高汽车抗冲击能力和防撞安全性等要求,因而受到中国乃至全世界的关注与重视。虽然我国对该项技术的研究比较滞后,但我国顺应时代的发展潮流,加快研发的步伐,可以说近年来的发展非常迅猛。

在国内,各企业及科研单位纷纷对热冲压成形技术展开研究。同济大学提出了临界水流速度的理论；宝钢集团开发了不带镀层的热冲压用钢——冷轧B1500HS、热轧B1500HS , 并实现批量供货；吉林大学对热冲压成形技术进行了较为深入的研究,并取得了阶段性的成果。此外,机械科学研究总院、大连理工大学、山东大学、哈尔滨工业大学在近几年也对超高强钢热成形技术开展了一系列研究。

4 结束语

热冲压技术在汽车生产中的应用,使得我国先进超 高强度冲压件的制备愈发地广泛,技术更加地成熟。其中,模具的结构、性能逐渐趋于理想化,成形件的综合性 能也更好,尺寸精度更高。相比于冷冲压来说,工件经热冲压后力学性能的得到了显著的提升。未来我国的热成形技术将会不断地完善,在汽车生产中的应用面不断扩大,且热成形市场的竞争也将更为激烈。

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