汽车高强度钢板冲压件热成形技术

1引言

为了降低油耗减少排放，高强钢冲压件在车身制造中了应用。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，同时其的强度又能提高车辆碰撞性，满足轻量化和提高性的要求，因此在汽车的应用越来越广泛。但是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钢板冲压件的，可以成形达1500MPa的冲压件，而且高温下成形几乎没有回弹，具有成形、成形性能好等优点，因此引起业界的普遍关注并成为汽车制造的热门技术。目前该项技术在发展应用，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，目前国内少数几家公司耗巨资从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能力。

2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，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。

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)加热阶段应该在晶粒不长大的情况下实现板料均匀奥氏体化，因此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。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较小冷却速度(临界冷却速度)为27℃/s。因此热冲压工艺中为了奥氏体向马氏体的转变，模具对成形件的冷却速度大于这个值，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热成形的技术方法和措施。