汽車板熱沖壓成形生產(chǎn)線的相關(guān)設(shè)計(jì)

高建芳

摘 要：熱沖壓成形技術(shù)是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)之一，其相關(guān)設(shè)計(jì)是汽車板加工的重要環(huán)節(jié)。本文主要介紹其技術(shù)原理、主要工藝流程、設(shè)備和工藝的選擇以及工廠設(shè)計(jì)的要求。

關(guān)鍵詞：汽車板；熱沖壓成形；工廠設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.038

隨著人們對環(huán)保意識的加強(qiáng)，節(jié)能減排成為了工業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要任務(wù)，而汽車輕量化則在汽車行業(yè)中擔(dān)負(fù)起了節(jié)能減排的重任，也是當(dāng)前汽車發(fā)展的主要潮流。針對汽車輕量化，目前采用的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)主要有硼合金鋼板的研發(fā)和生產(chǎn)、開卷落料、激光拼焊、熱沖壓成形、激光切割等。其中，作為關(guān)鍵技術(shù)之一的熱沖壓成形生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)是汽車板加工的重要環(huán)節(jié)。

1 熱沖壓成形簡述

1.1 熱沖壓成形技術(shù)原理

熱沖壓成形的主要技術(shù)原理是將高強(qiáng)度鋼板加熱到奧氏體溫度范圍，在完成組織轉(zhuǎn)變后將其快速移動到壓機(jī)模具中進(jìn)行熱沖壓，并通過模具中的冷卻回路對其進(jìn)行一定速度的淬火冷卻以實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度可達(dá)1500MPa甚至更高）的沖壓零件。

1.2 主要工藝流程

主要工藝步驟如下：

（1）上料。用機(jī)械手將原料料片從原料料垛運(yùn)送到加熱爐中。

（2）加熱。在加熱爐中將料片加熱到AC3以上溫度，對鋼材進(jìn)行充分的奧氏體化。該溫度根據(jù)材料的成分、相變過程、板料厚度和最終零件的形狀來確定，加熱溫度一般控制在900～930℃之間。

（3）料片定位。在將料片放入模具之前，需要合理的定位，以保證機(jī)械手上料后準(zhǔn)確送到模具給定位置。

（4）裝載。用特殊的夾具將料片裝載到模具預(yù)定位置。

（5）成形。壓機(jī)合模，將料片沖壓成形。

（6）淬火。模具合模之后，立即開始淬火過程，以大于30～40℃/s的冷卻速度將零件均勻冷卻到150～200℃。準(zhǔn)確的冷卻速度由鋼在機(jī)械變形下淬火時的臨界冷卻速度決定。

（7）卸料。用機(jī)械手將成形后已冷卻到給定溫度的零件從模具中取出，并送到堆垛筐進(jìn)行堆垛。

2 熱沖壓成形工藝選擇

2.1 主要技術(shù)選擇

熱沖壓成形的核心技術(shù)包括原材料、涂層技術(shù)、熱沖壓模具、工藝總控制及優(yōu)化設(shè)計(jì)等。其中，工藝總控制及優(yōu)化設(shè)計(jì)，各廠家多以企業(yè)技術(shù)秘密的形式，實(shí)行嚴(yán)格的技術(shù)保護(hù)和封鎖。

（1）原材料：熱沖壓成形用的鋼主要有4種，分別為Mn-B系列，Mn-Mo-B系列，Mn-Cr-B系列和Mn-W-Ti-B系列。其中，應(yīng)用最為廣泛的是22MnB5，目前國內(nèi)寶鋼可以批量供應(yīng)熱沖壓成形原材料，武鋼、鞍鋼、馬鋼、首鋼、本鋼等企業(yè)都試制了熱沖壓材料22MnB5，山東萊鋼試制了22MnMoB材料，國內(nèi)其它熱沖壓生產(chǎn)線所需的鍍層板仍需要進(jìn)口。

（2）涂層技術(shù)：熱沖壓成形板材主要有三種表面狀態(tài)：1）裸板、2）Al-Si涂層，3）Zn涂層。目前涂層應(yīng)用最廣泛的是Al-Si涂層，但Al-Si涂層專利技術(shù)被國外壟斷，國內(nèi)只有漣源鋼鐵有1條共用線可生產(chǎn)鍍Al-Si涂層板，馬鋼新上的第5條鍍鋅線也具備鍍Al-Si功能。

（3）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，板材熱沖壓新技術(shù)所需的模具具有其特殊性。目前關(guān)于熱沖壓成形的模具設(shè)計(jì)與制造主要依靠進(jìn)口，國內(nèi)也有一些企業(yè)通過可研攻關(guān)掌握了熱沖壓模具設(shè)計(jì)技術(shù)，如寶鋼、豪斯特等。

2.2 主要設(shè)備選擇

典型的熱沖壓生產(chǎn)線主要由料片堆垛、加熱爐、快速機(jī)械手、高速成形壓機(jī)、下料機(jī)械手、零件堆垛等組成。

目前主線設(shè)備通常是由某個廠家集成供給，如瑞典的AP&T公司和德國的Schuler等，在設(shè)備選擇時，有以下幾個方面有較大的區(qū)別：

（1）原料加工設(shè)備：熱沖壓成形生產(chǎn)線的原料主要是拼焊板或其它加工成形板，因此，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)條件選擇直接外購成形料板或配套原料加工設(shè)備，如開卷落料線、精剪機(jī)組、激光拼焊機(jī)組等。

（2）加熱爐：目前存在兩種典型加熱爐，即輥底爐和箱式爐。輥底爐使用較廣、技術(shù)成熟、料片加熱曲線穩(wěn)定可控，但是箱式加熱爐節(jié)能大、定位準(zhǔn)、成本低。目前國內(nèi)已能配套箱式爐，其外觀和功能不低于國外先進(jìn)水平。

（3）高速成形壓機(jī)：目前比較先進(jìn)的為電伺服壓力機(jī)，它與傳統(tǒng)的油壓機(jī)或者水壓機(jī)相比，對零件的保壓效果更出色。目前國內(nèi)已能配套，但自動化水平與國外先進(jìn)生產(chǎn)線相比還有待提升。

（4）輔助配套設(shè)備：主要包括激光切割、噴丸涂油等。其中噴丸涂油需根據(jù)原材料的選擇進(jìn)行配套，若是采用Al-Si涂層的原料可不進(jìn)行噴丸涂油。

3 工廠設(shè)計(jì)要求

根據(jù)不同的生產(chǎn)線及其輔助配套設(shè)備的選擇，對工廠設(shè)計(jì)要求是不一樣的。本文以建設(shè)1條箱式爐熱沖壓成形生產(chǎn)線，配套4臺激光切割及1套噴丸涂油設(shè)備為例介紹工廠設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。

（1）廠房：主廠房約42m×150m，其中熱沖壓成形生產(chǎn)線占地面積約為250m2，4臺激光切割機(jī)占地面積約500m2，噴丸涂油設(shè)備占地面積約400m2，其它為原料、成品、過渡品及模具堆放區(qū)域、車間運(yùn)輸通道等。車間軌面標(biāo)高要求+10m以上，環(huán)境清潔，無劇烈震動。

（2）公輔配套設(shè)施：生產(chǎn)需配套供配電系統(tǒng)、水冷機(jī)組、制氮機(jī)組、中壓和低壓壓縮空氣機(jī)組以及除塵機(jī)組等。其中總裝機(jī)負(fù)荷約為3200kW。輔助配套車間面積約為500m2。

4 結(jié)束語

熱沖壓成形零件抗拉強(qiáng)度高，單個部件重量降低，零件尺寸精度高，沖壓力要求低于冷沖壓成形的沖壓力，是未來汽車發(fā)展的重要技術(shù)，其應(yīng)用會得到進(jìn)一步的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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