高強(qiáng)度鋼板落料成形工藝淺析

文/申顏斌，陳海斌·海馬轎車有限公司技術(shù)本部

高強(qiáng)度鋼板落料成形工藝淺析

文/申顏斌，陳海斌·海馬轎車有限公司技術(shù)本部

申顏斌，工程師，主要從事冷沖壓板件的成形工藝分析、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、品質(zhì)管控等工作，主持完成海馬多個車型的外覆蓋件工藝及模具全過程管控工作，曾獲得河南省張瑋式創(chuàng)新能手獎等多項科技獎勵。

當(dāng)今汽車領(lǐng)域追求汽車車身輕量化已成為趨勢，它可以降低能源消耗，減少CO2等廢氣的排放，而高強(qiáng)度鋼板不僅能提高汽車的安全性，同時可減輕車身的重量，若應(yīng)用恰當(dāng)還可降低車身綜合成本。因此，高強(qiáng)度鋼板越來越多地應(yīng)用在汽車的車身上，據(jù)了解國外汽車工業(yè)高強(qiáng)度鋼板的使用已超過60%。

高強(qiáng)度鋼板的分類

對于高強(qiáng)度鋼板的定義，一直沒有一個定論，根據(jù)國際鋼鐵協(xié)會組織ULSAB-AVC進(jìn)行的劃分，將屈服強(qiáng)度為210～550MPa的鋼定義為高強(qiáng)度鋼（HSS），如錳碳（MnC）鋼、烘烤硬化鋼（BH）等；屈服強(qiáng)度為550MPa以上的鋼定義為超高強(qiáng)度鋼（UHSS），典型的如孿晶誘導(dǎo)塑性鋼（TWIP）、熱成形鋼（HF）等；而先進(jìn)高強(qiáng)度鋼則指屈服強(qiáng)度在500～1500MPa之間，覆蓋于HSS和UHSS的強(qiáng)度范圍，如典型的雙相鋼（DP）、相變誘導(dǎo)塑性鋼（TRIP）、馬氏體鋼（MART），其屈服強(qiáng)度與延伸率有著密切關(guān)系，隨著強(qiáng)度提高，延伸率下降。為了同常規(guī)的鋼板區(qū)別開，將等級以相變強(qiáng)化為主的鋼板統(tǒng)稱為先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板，這類鋼板具有高的減重潛力、高的碰撞吸能特性，在汽車輕量化和提高安全性方面起著非常重要的作用。

高強(qiáng)度鋼板在海馬轎車車身領(lǐng)域的應(yīng)用

高強(qiáng)度鋼板在海馬轎車車身領(lǐng)域，主要用在車身的A柱、B柱、下邊梁、前縱梁、后縱梁、上邊梁、前后防撞梁內(nèi)板、前地板橫梁等零部件上，屈服強(qiáng)度一般在210～590MPa。

成形方式工藝分析

以海馬轎車AB01車型的前地板前橫梁為例，該件所用材質(zhì)是B410LAc鋼板。

該產(chǎn)品的原沖壓工藝為：敞開式拉延→剪邊→側(cè)整形側(cè)剪邊→側(cè)剪邊側(cè)沖孔→翻邊整形沖孔。存在的問題是拉延時產(chǎn)品造型部位局部易破裂或產(chǎn)生頸縮（暗裂），側(cè)沖孔后，孔邊緣易產(chǎn)生毛剌，制件不易從下模上取出。由于板料的屈服強(qiáng)度在410～560MPa之間，延伸率為16%，若采用一般的拉延成形，則產(chǎn)品存在高度差問題，板料流動不均勻，塑性變形存在差異，剪邊后沖壓件出現(xiàn)回彈、扭曲、破裂等問題，使得產(chǎn)品成形穩(wěn)定性差、廢品率高、材料利用率低。

圖1 AB01車型的前地板前橫梁沖壓工藝圖示

后經(jīng)改進(jìn)，采用的沖壓工藝為：落料（含工藝定位孔）→成形翻邊沖孔→翻邊成形→沖孔側(cè)沖孔整形，如圖1所示。其毛坯料尺寸為360mm×590mm，B410LAc鋼板的抗拉強(qiáng)度≥590MPa。

成形優(yōu)勢體現(xiàn)

使用上述沖壓工藝后，該產(chǎn)品取得了良好的成形效果。落料成形工藝的優(yōu)點是模具結(jié)構(gòu)簡單、制作周期短、調(diào)試簡單，同時材料利用率比拉延高，工序少等。另外，該工藝還有利于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。而且，相比拉延成形+切邊工藝，落料成形有明顯優(yōu)點：

⑴材料的利用率高。以該零件為例，采用拉延切邊工藝，其材料利用率為54.4%，材料毛坯尺寸為400mm×680mm；而采用落料成形工藝，其材料利用率可達(dá)76.3%，材料毛坯尺寸為580mm×334mm。

⑵沖壓件品質(zhì)穩(wěn)定。該件按傳統(tǒng)的拉延切邊工藝，需用四至五輪模具調(diào)試（每輪5～7天），主要檢查回彈、扭曲問題，研合壓邊面。而采用落料成形工藝后，從首次取件到型面間隙合格率達(dá)到85%，僅用了三輪模具調(diào)試（每輪3天），主要檢查翻邊回彈。目前該沖壓件的品檢合格率達(dá)到96.7%。

前地板前橫梁沖壓件產(chǎn)品的品質(zhì)檢查成績書（僅面間隙）如下：采用拉延切邊工藝，首次取樣面間隙共計46點，不合格11點，合格率為76%；采用落料成形工藝后，取樣面間隙共計46點，不合格的有3～6點，合格率為87%～93.5%。

另外，從保證抗凹陷性方面考慮，要求暴露在外面的門板和蓋板之類車用鋼板具有較高的屈服強(qiáng)度，而從沖壓成形性考慮，則要求其屈服強(qiáng)度低。如采用目前常規(guī)的拉延成形冷沖壓工藝技術(shù)，屈服強(qiáng)度不得超過180MPa，以防面板之類的產(chǎn)品表面形狀出現(xiàn)偏差。對于產(chǎn)品形狀簡單的零部件，板料的屈服強(qiáng)度在340～590MPa之間的，盡可能采用落料成形工藝；對形狀復(fù)雜產(chǎn)品，考慮到板料的流動性存在差異，零部件易出現(xiàn)反彈、扭曲時，考慮采用拉延工藝，如B柱、A柱、前縱梁內(nèi)外板、上邊梁加強(qiáng)板等。對于屈服強(qiáng)度為590～980MPa的板料，根據(jù)產(chǎn)品的造型選擇，基本上要優(yōu)先考慮選擇落料成形的方式。原因是屈服強(qiáng)度越高，板料的延伸率越低，成形性越差。

結(jié)束語

轎車車身高強(qiáng)度鋼板梁類件沖壓采用落料成形工藝后，成形模只需研合壓料面即可，時間約3～5天，另外拉延成形的工序比落料成形工序多。拉延成形工藝的后工序，大多需要側(cè)剪邊、側(cè)沖孔，斜楔裝配調(diào)試時間長，模具制作成本較高。而落料成形工藝是將大量的剪邊、沖孔改為沿沖壓方向完成，縮短模具裝配調(diào)試時間，模具制做成本較低，所以工藝改進(jìn)后，更符合企業(yè)節(jié)約材料提升效率的追求。