汽車車身熱沖壓成型技術(shù)的應(yīng)用和質(zhì)量控制措施

周 飛

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

現(xiàn)如今，我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展速度越來(lái)越快，已經(jīng)逐漸成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)。但是由于受到諸多因素帶來(lái)的影響，比如：環(huán)境以及能源等，嚴(yán)重阻礙汽車行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。根據(jù)大量的研究資料表明，大氣污染的根本原因是汽車尾氣污染，在我國(guó)日益推進(jìn)節(jié)能減排以及汽車輕量化發(fā)展的背景下，開(kāi)發(fā)鋼鋁混合車身以及應(yīng)用汽車輕量化材料等，已經(jīng)成為現(xiàn)階段我國(guó)汽車節(jié)能減排的主流趨勢(shì)。

1 熱沖壓成型技術(shù)的具體應(yīng)用

通過(guò)合理應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板，不僅可以獲得顯著的減重效果，而且使沖壓成型工藝面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，以往的冷沖壓工藝在高墻板沖壓成型中很有可能出現(xiàn)各種問(wèn)題，比如：制件起皺以及破裂等，與產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)要求不相符[1]。而應(yīng)用熱沖壓成型技術(shù)，可以使高強(qiáng)鋼板以及超高強(qiáng)度鋼板在常溫環(huán)境下迅速成型。從汽車車身用材發(fā)展中不難發(fā)現(xiàn)，在高強(qiáng)鋼沖壓成型技術(shù)高速發(fā)展的背景下，在白車身材料中熱成型高強(qiáng)度鋼材有了更高的比例。熱成型高強(qiáng)度鋼材具有很多特征，比如：材料輕量化以及超高強(qiáng)度等，是當(dāng)前我國(guó)乃至全球最為先進(jìn)的車身輕量化材料，普遍應(yīng)用于汽車生產(chǎn)制造中[2]。相對(duì)于其他國(guó)家而言，我國(guó)是最近幾年才發(fā)展高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成型技術(shù)，技術(shù)不先進(jìn)，所以我國(guó)為了可以成為汽車強(qiáng)國(guó)，使我國(guó)汽車品牌有更多的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，需要普遍關(guān)注高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成型技術(shù)。目前，我國(guó)很多熱成型件供應(yīng)商以及主機(jī)廠都在深入研究與應(yīng)用熱沖壓成型技術(shù)。并且我國(guó)鋼板技術(shù)迅速發(fā)展，今后的熱成型技術(shù)主要傾向于不等厚板，還有激光拼焊板，熱成型沖壓技術(shù)的應(yīng)用也逐漸朝著先進(jìn)熱成型工藝技術(shù)的方向不斷發(fā)展。

2 熱沖壓成型工藝和主要零件類型

2.1 熱沖壓成型技術(shù)工藝的基本原理

熱沖壓成型技術(shù)和以往的冷沖壓成型技術(shù)完全不同，其不僅導(dǎo)致板料出現(xiàn)塑性變形，而且使得板料基體組織出現(xiàn)馬氏體組織相變，以得到超高強(qiáng)度熱沖壓成型制件，這種工藝方法將傳熱、組織相變等相結(jié)合。

2.2 熱沖壓成型技術(shù)的具體實(shí)施過(guò)程

熱沖壓成型技術(shù)在具體實(shí)施中通?？梢詣澐殖啥喾N類型，比如：直接熱沖壓成型、間接熱沖壓成型等。前者，是指在保護(hù)氣氛加熱爐中將板料加熱到880 攝氏度到950 攝氏度之間，連續(xù)保持三分鐘到10 分鐘，之后在最短的時(shí)間內(nèi)向熱沖壓模具進(jìn)行轉(zhuǎn)移，進(jìn)而沖壓成型，接著保壓，而且及時(shí)冷卻，讓板料以每秒50 攝氏度到950 攝氏度之間的冷卻速度進(jìn)行淬火，溫度在低于200 攝氏度時(shí)將板材取出來(lái)，留出適當(dāng)?shù)淖曰鼗饻囟?，這樣可以將其殘余應(yīng)力完全消除，在一些成型不復(fù)雜、變形程度不大的零件中廣泛應(yīng)用[3]。后者，針對(duì)拉深變形深度很大和難以成型的零件，在實(shí)施熱沖壓成型前必須采用以往的冷成型工藝來(lái)切割以及加工板料，使其可以預(yù)成型，再采用熱沖壓成型工藝，實(shí)施硬化處理以及定型處理。

2.3 熱沖壓成型的主要零件類型

熱沖壓成型技術(shù)零件結(jié)合使用的不同類型板料，通常可以劃分成滾壓不等厚板以及激光拼焊板等。首先，就滾壓不等厚板來(lái)講，屬于可以調(diào)整厚度軋制的一種板料，其特點(diǎn)是耐磨性相當(dāng)強(qiáng)、抗傳導(dǎo)性以及抗熱疲勞性都很強(qiáng)，確保零件每個(gè)成型位置冷卻效果都保持均勻，而且定位非常精準(zhǔn)，保證零件各個(gè)厚度的地區(qū)在對(duì)應(yīng)的模具內(nèi)腔范圍成型，為了避免板料在成型中出現(xiàn)串位的情況，應(yīng)該在成型前預(yù)壓料，如果預(yù)壓料厚度有很大的不同，這時(shí)必須在料厚范圍模腔運(yùn)用傳熱性能強(qiáng)的模具材料[4]。其次，就激光拼焊板來(lái)講，其是指激光拼焊材料一樣，但是等厚度不一樣的熱成型板料，接著總體熱沖壓成型，其特點(diǎn)和滾壓不等厚板大同小異。

3 影響熱沖壓成型制件質(zhì)量的主要因素

熱沖壓成型技術(shù)屬于物理變形過(guò)程，相當(dāng)復(fù)雜。在熱沖壓成型制作的成型過(guò)程中必須對(duì)所有環(huán)節(jié)的工藝要求進(jìn)行嚴(yán)格控制，影響其質(zhì)量的因素有很多，比如：熱成型工藝設(shè)計(jì)和工藝過(guò)程控制，還有熱沖壓成型技術(shù)設(shè)備匹配等。

3.1 熱沖壓成型工藝設(shè)計(jì)和過(guò)程控制

在開(kāi)發(fā)熱沖壓成型產(chǎn)品過(guò)程中熱沖壓成型工藝設(shè)計(jì)是不可或缺的環(huán)節(jié)。就熱沖壓成型工藝方式設(shè)計(jì)來(lái)講，必須在產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后，擁有產(chǎn)品數(shù)模，才可以合理設(shè)計(jì)工藝方式，需要CAE 分析產(chǎn)品數(shù)模成型，可以向產(chǎn)品設(shè)計(jì)及時(shí)反饋運(yùn)算結(jié)果，以調(diào)整產(chǎn)品數(shù)模，但是必須多加注意的是，板料成型性容易受到很多因素影響，比如：冷卻時(shí)間、加熱溫度等，最后通過(guò)模擬運(yùn)算獲取分析結(jié)果，當(dāng)做模具設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)[5]。并且要結(jié)合零件熱成型技術(shù)特征完成模具設(shè)計(jì)：模具設(shè)計(jì)主要有冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模具表面等；冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要完全模擬確定水路冷卻效果保持均勻，防止零件冷速集中出現(xiàn)變形的情況。最終，在裝配視模和加工組立熱沖壓成型模具過(guò)程中，科學(xué)檢驗(yàn)驗(yàn)證零件產(chǎn)品，而且對(duì)模具狀態(tài)進(jìn)行研究、配置和調(diào)試，以保證將零件產(chǎn)品尺寸的偏差控制在最小化。

工藝過(guò)程控制必須認(rèn)真考慮各個(gè)方面，比如：保溫時(shí)間以及板料加熱速度等。如果加熱溫度偏低且保溫時(shí)間偏短，奧氏體化不完全，造成成型后組織改變不徹底；如果加熱溫度偏高且保溫時(shí)間偏長(zhǎng)，很有可能導(dǎo)致組織晶粒存在各種缺陷，比如：過(guò)熱以及粗大等。并且如果保壓冷卻時(shí)間短很有可能造成成型改變不完全，留出的自回火溫度偏高，出現(xiàn)回火脆性；如果保壓冷卻時(shí)間偏長(zhǎng)，就很有可能導(dǎo)致零件直接完全冷透到常溫，造成零件參與應(yīng)力偏大出現(xiàn)開(kāi)裂的情況。那么，要想使生產(chǎn)效率得到大幅度提升，與生產(chǎn)要求相符，在確保熱沖壓成型制件質(zhì)量合格，才可以對(duì)生產(chǎn)速度進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3.2 大型連續(xù)熱沖壓成型工藝系統(tǒng)設(shè)備匹配

就大型連續(xù)熱沖壓成型系統(tǒng)設(shè)備來(lái)看，其是由多個(gè)部分組成，比如：高溫裝卸機(jī)器人、上料臺(tái)以及熱沖壓沖床等，中央控制系統(tǒng)也必須兼具兩個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)是設(shè)備操作控制系統(tǒng)，另一個(gè)是軟件程序編輯運(yùn)行系統(tǒng)[5]。對(duì)于連續(xù)式保溫氣氛加熱爐而言，其最為普遍使用的滾輪式加熱爐，常見(jiàn)的加熱方法有兩種，一種是電加熱，還有一種是瓦斯加熱，爐長(zhǎng)在30 米到50 米之間，考慮到不同的產(chǎn)能，需要科學(xué)配備露點(diǎn)儀以及保護(hù)氣氛等，以實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測(cè)爐中氧含量。在實(shí)際工作過(guò)程中保護(hù)氣氛下板料從常溫普通不間斷加熱到925 攝氏度時(shí)。而且保溫時(shí)間達(dá)到要求后，才可以出爐；保護(hù)氣氛發(fā)生裝置可以將氮?dú)庖约案换瘹馓峁┑郊訜釥t腔中，這樣就會(huì)形成氧化鐵皮；在制件中主要的熱沖壓成型裝置是熱沖壓沖床，其必須具有瞬間合模保壓的作用，在成型過(guò)程中必須迅速，可以結(jié)合實(shí)際需求，適當(dāng)調(diào)整保壓時(shí)間以及保壓壓力，通常設(shè)備噸位必須大于或者等于800 噸；就熱沖壓成型淬火模具來(lái)看，往往使用熱作模具鋼，其具有良好的耐高溫性能，在實(shí)際工作過(guò)程中要求熱作模具鋼具有高溫硬度以及熱塑變形抗力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，以確保熱沖壓成型制作過(guò)程順利進(jìn)行；淬火冷卻和溫度控制系統(tǒng)包含兩個(gè)方面的系統(tǒng)，一方面是冷卻系統(tǒng)，另一方面是溫度控制系統(tǒng)，前者屬于淬火冷卻循環(huán)水裝置，其淬火冷卻循環(huán)水回路利用熱沖壓成型淬火模具，使高溫板料可以在很短的時(shí)間內(nèi)淬火冷卻降低溫度[6]。后者，可以對(duì)冷卻水溫度進(jìn)行科學(xué)的控制，確保其溫度在5 攝氏度到20 攝氏度，如果冷卻水溫度偏高，這時(shí)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)將外部風(fēng)冷裝置啟動(dòng)，使冷卻水可以降低溫度；在大型連續(xù)熱沖壓成型工作系統(tǒng)中核心控制單元是中央控制系統(tǒng)，主要是轉(zhuǎn)化以及處理系統(tǒng)中的各種信號(hào)，比如：溫度以及水等，確保不同設(shè)備之間可以積極配合，安全運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在汽車輕量化日益發(fā)展的背景下，熱沖壓成型技術(shù)逐漸廣泛在汽車白車身中應(yīng)用。從某個(gè)角度來(lái)看，熱沖壓成型技術(shù)屬于高端的高強(qiáng)鋼板成型技術(shù)，最近幾年，也應(yīng)用于高強(qiáng)度車身制造技術(shù)中，這樣可以大大地提高制造水平。