熱沖壓鋼板熱沖壓使用現(xiàn)狀及其前景

熱沖壓作為一新興的成形技術(shù)，作為沖壓零件高強化的另一有效途徑，在汽車領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。國外越來越多的車型，包括經(jīng)濟型小車已采用熱沖壓零件；國內(nèi)，歐美引進(jìn)車型也廣泛采用鋼板熱沖壓零件。適用于熱沖壓的典型車身零件主要有前、后門左右防撞桿、前、后保險杠、A柱加強板、B柱加強板、C柱加強板、地板中通道、車頂加強梁等。

但總體而言，國內(nèi)車型（特別是自主品牌車型）的碰撞性能，尤其是側(cè)碰性能，普遍欠佳，而合理采用熱沖壓零件，既能顯著提高車身的碰撞性能、減輕車身重量，又能有效控制車身的綜合制造成本。國內(nèi)一些自主品牌汽車廠，不但能以戰(zhàn)略性的眼光看待熱沖壓新技術(shù)，而且已在其新車型或改進(jìn)車型中大膽加以采用，并取得了非常顯著的效果。國內(nèi)某款車型，A，B加強板采用熱沖壓零件以后，其N-NCAP（國外碰撞測試）從一星級一躍上升到三星級?？梢灶A(yù)測，鋼板熱沖壓新技術(shù)將在汽車領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，其相關(guān)裝備和核心技術(shù)的研究也將成為沖壓界新的研究熱點。

另外，鋼板熱沖壓新技術(shù)在農(nóng)業(yè)、礦山機械領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景，可以顯著提高相關(guān)器具的強度、硬度和耐磨性 。

與冷沖壓相比，熱沖壓具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.可以得到超高強度的車身零件，從而能夠減小零件厚度，減少車身加強板的數(shù)量，提高車身的碰撞性能，實現(xiàn)車身的有效減重；

2.成形性相對較好；

3.沖壓所需的設(shè)備噸位較小，一般800t的高速液壓機就能滿足大部分車身零件熱沖壓所需；

4.尺寸精度好，熱沖壓件的強度在1500M Pa左右?guī)缀鯖]有回彈，這在鋼板熱沖壓新技術(shù)發(fā)明應(yīng)用之前是不能想象的。而冷沖壓件的強度只有600M Pa左右，卻存在明顯回彈；

5.零件表面硬度、抗凹性和剛度好；

6.零件外形設(shè)計可以簡化。

熱沖壓技術(shù)也存在自身的缺點，主要是：

1.生產(chǎn)節(jié)拍相對要慢一些；

2.由于熱沖壓模具價格較高，能耗相對較大，后續(xù)又要采用激光切割，所以熱沖壓零件的制造成本較高，這就需要在新車型或改進(jìn)車型設(shè)計時優(yōu)化考慮，通過減小零件厚度或減少加強板數(shù)量的方式，來控制白車身的綜合制造成本；

3.采用非鍍層鋼板進(jìn)行熱沖壓時，工作環(huán)境相對惡劣，容易產(chǎn)生噴丸變形；

4.熱沖壓產(chǎn)線的固定投資較大；

5.作為一個新興的技術(shù)，熱沖壓領(lǐng)域公開發(fā)表的成果較少，存在技術(shù)封鎖和壟斷 。

熱沖壓零件外形和工序設(shè)計

采用冷沖壓工藝的零件，其外形設(shè)計自由度相對較大，并可以通過3-5道工序來成形所需外形、尺寸的零件。鋼板熱沖壓原則上只能一道沖壓成形，因此零件的外形設(shè)計要充分考慮其工藝特點。對于沖壓深度很深、成形難度很大的中通道類零件，可以先采用冷沖壓進(jìn)行預(yù)成形，然后再進(jìn)行熱沖壓，但設(shè)備投資和零件價格會相對較高。

熱沖壓熱沖壓模具

與冷沖壓模具及傳統(tǒng)意義上的熱沖壓模具不同，鋼板熱沖壓新技術(shù)所需的模具具有其特殊性，核心技術(shù)體現(xiàn)在：

1.由于車身沖壓件裝配精度要求較高，模具型面設(shè)計時，需要考慮鋼板的熱脹冷縮效應(yīng)，并采取有效補償方案，同時模具型面不能設(shè)計冷沖壓模具中常用的拉深筋；

2.冷卻水的流動方式等；

3.基于加工工藝性，特別是鉆孔工藝性的模具分塊及其精密裝配技術(shù)；

4.模具冷卻水泄漏的有效解決方案。

全球范圍內(nèi)能成功設(shè)計、制造鋼板熱沖壓模具的廠家不超過20家，而且實行嚴(yán)格的技術(shù)保護(hù)和封鎖。國內(nèi)能夠接觸到這類模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)的人極少，不具備這類模具的設(shè)計能力。國內(nèi)僅有的4條鋼板熱沖壓產(chǎn)線所使用的熱沖壓模具全部從國外進(jìn)口，價格昂貴。

熱沖壓毛坯定位

對冷沖壓而言，常常采用定位銷對毛坯進(jìn)行定位。對熱沖壓來說，熱態(tài)毛坯在重力作用下的變形撓度很大。為最大限度避免毛坯在沖壓之前過早地與模具表面接觸以減小溫降、提高熱沖壓成形性，需要設(shè)計專門的支撐機構(gòu)來支撐毛坯。

熱沖壓鋼板熱沖壓CAE分析

鋼板熱沖壓新技術(shù)領(lǐng)域的CAE分析可以拆分為熱沖壓過程分析（預(yù)測零件的熱沖壓可制造性）、保壓淬火過程分析（預(yù)測零件的組織和力學(xué)性能）和回彈分析（預(yù)測零件的成形精度）。在這一領(lǐng)域各廠家也分別以企業(yè)技術(shù)秘密（KNOW-HOW）的形式，實行嚴(yán)格的技術(shù)保護(hù)和封鎖，見諸報道的都是分析的結(jié)果，而不是過程。在沖壓過程的CAE分析中，需要準(zhǔn)確的材料性能參數(shù)，如彈性模量、泊松比、高溫狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和鋼板摩擦特性等，這些參數(shù)和冷沖壓狀況是完全不同的。

熱沖壓熱沖壓工藝的優(yōu)化設(shè)計

熱沖壓零件的影響因素眾多，毛坯形狀、加熱溫度、爐內(nèi)保溫時間、鋼板開始沖壓的溫度、沖壓速度、保壓時間、冷卻速度等因素都會對零件熱沖壓的成形性和成形質(zhì)量產(chǎn)生直接影響 。

隨著國家汽車正碰、側(cè)碰、排放等強制法規(guī)的相繼推出，汽車車身鋼鐵用材正日益面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，采用先進(jìn)高強鋼，如DP鋼、TRIP鋼、高擴孔鋼等也無可爭議地成為汽車用材的主流趨勢。通過車身零件減薄和高強的合理匹配，不僅可以有效減輕車身重量，降低油耗，而且可以確保、提高車型的安全性和舒適性。但對沖壓成形工藝而言，減薄和高強是惡化成形性的雙重因素，不僅使得車身零件在成形過程中容易開裂，而且容易產(chǎn)生過量回彈，影響車身后續(xù)的裝配。另外，減薄高強對車身零件本身的使用性能，特別是剛度特性產(chǎn)生不利影響。對于強度超過1000M Pa的高強鋼，傳統(tǒng)沖壓工藝往往束手無策。一種新型的成形工藝，特殊高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)應(yīng)運而生 。

沖壓是在沖床上用沖模使金屬或非金屬板料產(chǎn)生分離或變形而獲得制件的加工方法。板料沖壓通常在室溫下進(jìn)行，所以又稱冷沖壓，用于沖壓的材料必須具有良好的塑性，常用的有低碳鋼、高塑性合金鋼、鋁和鋁合金、銅和銅合金等金屬材料以及皮革、塑料、膠木等非金屬材料。沖壓的優(yōu)點是生產(chǎn)率高，成本低；成品的形狀復(fù)雜，尺寸精度高，表面質(zhì)量好且剛度大，強度高、重量輕，無需切削加工即可使用。因此在汽車、拖拉機、電機、電器、日常生活用品及國防工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

熱加工沖壓的基本工序

沖壓的基本工序主要有沖孔和落料、彎曲、拉深等。將板坯在沖模刃口作用下沿封閉輪廓分離的工序稱為沖孔或落料。彎曲是利用彎曲模使工件軸線彎成一定角度和曲率的工序。拉深是利用模具將平板毛坯變成杯形、盒形等開口空心工件的工序。

熱加工沖模

沖模是實現(xiàn)坯料分離或變形必不可少的工藝裝備。

①沖模的主要組成部分及作用：工作部分包括凸模、凹模等，實現(xiàn)板料分離或變形，完成沖壓工序。定位部分包括導(dǎo)板、定位銷等，用于控制坯料的送進(jìn)方向和送進(jìn)距離。卸料部分包括卸料板、頂板等，用于在沖壓后卸取板坯或工件。導(dǎo)向部分包括導(dǎo)柱、導(dǎo)套等，用來保證上、下模合模準(zhǔn)確。模體部分但括上、下模板、模柄等，用于與沖床連接、傳遞壓力。

②沖模的種類：按照沖模完成的工序性質(zhì)可分為沖孔模、落料模、彎曲模、拉深模等，按其工序的組合程度又可分為簡單模、連續(xù)模和復(fù)合模。2100433B