浅析冲压热成形在汽车模具中技术及应用

优胜编程龚老师

浅析冲压热成形在汽车模具中技术及应用：



近些年来，伴随着社会经济的快速发展，人们环保意识的不断加强，国家对有关汽车强制性法律法规的出台，安全、环保以及节能等已经逐渐发展为汽车生产所必须具备的三大要素。而汽车轻量化，是现今汽车发展的一大趋势，轻量化能够有效提升燃油使用的经济性，达到节能减排的目的。有关数据显示：假使一辆汽车其自身重量能够下降10%，那么其燃油效率将随之提升7～8%，汽车整备质量降低100kg，那么其耗油量也将随之下降[1]。所以，汽车实现轻量化，有助于汽车的节能、环保。而热冲压成形技术就是实现汽车轻量化的一种主要手段，其能够在保证冲压件强度的基础之上，缩减材料的厚度，实现轻量化的目标。
　　1 热冲压成形技术相关概述
　　1.1 热冲压成形技术的基本原理
　　所谓的热冲压成形技术，指的就是利用在高温状态之下，金属的屈服强度会快速降低，而其延展性与塑性会快速增强的这一特性，使金属在模具的帮助下，变成零件的一种工艺技术[2]。其基本原理为：加热特殊的硼合金钢（具备较高的强度），使其完全性的奥氏体化，之后把红热的板料置于模具（冷却系统）中进行冲压成形，且冷却淬火，进而使得钢板组织从奥氏体向马氏体转化，最终获得具备超高强度比的钢材。该技术因具备能够提升安全性、减轻质量的优点，所以，已经被一些发达国家广泛用于工业生产当中，尤其是用于高强钢的生产上。
　　1.2 热冲压成形技术的优点
　　和冷成形技术相对比，热冲压成形技术拥有许多优点，具体表现为以下几点。
　　第一，经由迅速冷却淬火，热冲压成形之后的零件，其强度得到了极大的提升。如果就将这种零件用在汽车上，那么可以在保证车身碰撞安全性能的基础之上，控制零件的数量与厚度，达到减轻车身重量的目标。
　　第二，有比较好的成形性。在高温状态之下，材料有比较好的塑性，且延伸率相对较高，能够形成极为复杂的零部件，而这一点是冷冲压成形所无法实现的；另外，一些零件如果采取冷成形技术进行加工，那么需要数道工序与模具，但是热成形只需一次就可成形。
　　第三，缩减压机吨位。在热成形时，材料的流变应力受温度的影响极大。温度在800℃以上时，材料的流变应力将随之下降，大约为200 MPa，所以，在高温状态之下，迅速成形能够降低成形力，缩减压机吨位，最终达到降低设备投资成本的目的。
　　第四，有比较高的尺寸精度。利用冷成形技术制造零件时，回弹时常会使零件出现缺陷，特别是在高强钢制件成形以后，有极大的回弹。但是，利用热成形技术进行零件生产时，则不会出现回弹的情况，因而可以获得几何精度相对较高的产品。
　　第五，采取热成形技术所制成的零件，其表面的刚度、硬度以及抗凹性都比较好。
　　虽然如此，热冲压成形技术也有一些缺点，即生产节拍比较慢、热冲压模具的能耗相对比较大，投资热冲压生产线的成本较大，等等。
　　2 热冲压成形技术在汽车车身中的应用
　　2.1 高强度板材的优点
　　在现今汽车轻量化的发展趋势之下，高强度板、超高度板得到了广泛的运用，经由热冲压成形技术所制成的高强度板，能够在保证制件强度的基础之上，降低材料的厚度，减轻质量。有关资料表明，Arcelor（全球最大的钢铁公司），其所制造的冷却硬化钢30MnB5，在经过冷却之后，其强度将有所提升，达到1400MPa，如果用这种钢材所制造的汽车零部件，与刚度、强度相同的零件相比，其重量要轻很多。
　　2.2 高强度板材热冲压成形的模具设计
　　首先，选择模具材料。与冷冲压成形相比，热冲压成形对模具材料的要求更为严格，要求其必须具备较好的耐磨性、疲劳性，以及较高的硬度与强度，并且可以确保成形件的尺寸精度。通常情况下，对模具材料进行选择时，应依据模具的加热温度，同时结合热锻用热作模具钢，选择合适的模具材料。
　　其次，设计模具的凹模与凸模。由于存在热胀冷缩的缘故，冲压成形时所得到的零件尺寸和最终零件的尺寸，两者之间存在一定的误差，所以，为了确保零件尺寸的精度，在进行热冲压成形零件时，应当将热胀冷缩的影响考虑其中，对模具凹模与凸模的尺寸进行科学的设计。
　　最后，设计冷却机构。在对热冲压成形之后零件的冷却机构进行选择时，不但需要确保有充足的零件冷却速度，以便使奥氏体能够迅速向马氏体转变，进而确保零件的强度；同时还必须防止零件与模具由于过快的冷却速度，而出现开裂的情况。一般情况下，采取在模具中倒入冷却水的办法，对热冲压成形之后的制件予以冷却处理。
　　2.3 高强度板材热冲压成形的基本流程
　　依据一系列相关参数，例如板料厚度、加热过程中高强度板材的流动应力、成形件尺寸等等，据此对板材成形过程中所需要的压力予以精确的计算，进而对设备所需的吨位予以明确，之后再予以成形。板材热冲压成形的基本流程具体为：落料、预成形、加热、冲压成形、保压（确保制件形状的稳定）、去氧化皮、激光切边冲孔、涂油。
　　采取热冲压成形工艺所制成的零部件，在其表面上往往会存在一层氧化皮，应当对其进行有效的处理。其中，可采取酸洗的办法对氧化皮进行处理，而在清洗过程中，可以发现其他清洗办法无法发现的问题与缺陷，进而得到质量相对较高的表面。
　　3 结语
　　未来，人们对汽车的要求会更加高，尤其是在安全性、舒适性、节能性、环保性等方面，而要想达到这一目标，在汽车车身上利用高强钢冲压件，就不失为一种不错的方法。高强钢能够经由缩减钢材厚度，来达到减轻汽车零部件重量，达到车身轻量化，进而实现车辆节能、减排的目标；另外，高强钢较高的强度，又可提升车辆的安全性。而利用高强钢制造汽车零部件，就必须使用到热冲压成形技术。在当前形势之下，进一步加强对热冲压成形技术的研究与开发，具有极为重大且现实的意义。