高強(qiáng)度鋼DP590在縱梁類制件中的應(yīng)用

高 圣，楊慶波，徐子祺，李洪明

（中國第一汽車集團(tuán)有限公司-工程與生產(chǎn)物流部，吉林長春 130062）

關(guān)鍵字：高強(qiáng)鋼；縱梁；工藝；回彈

1 高強(qiáng)度鋼板成形的主要質(zhì)量缺陷

高強(qiáng)度鋼板雖然在應(yīng)用比例上不斷增加，但是板材的高強(qiáng)度化，必然會引起塑性變形性下降，成形性差，同時也會引起型面畸變和回彈效應(yīng)，從而增加制件形狀的不穩(wěn)定性和提高調(diào)試難度。典型的缺陷有回彈、扭曲、褶皺、開裂、拉毛等。

1.1 回彈及扭曲

高強(qiáng)度鋼板強(qiáng)度升高，變形產(chǎn)生的應(yīng)力增大，修邊后殘余應(yīng)力的釋放將會導(dǎo)致制件產(chǎn)生變形，當(dāng)變形量超過制件的允差后，就成為了成形缺陷，影響制件尺寸精度，導(dǎo)致制件不合格。同時回彈引起的側(cè)壁角度不合及法蘭翹曲也是高強(qiáng)度鋼板成形中最為嚴(yán)重的問題，若制件形狀為S型或存在較大高度差時，應(yīng)力的大小及應(yīng)力方向的不用，也會導(dǎo)致制件產(chǎn)生扭曲。隨著選用材料的強(qiáng)度增高，以上問題也同時變得嚴(yán)重。如圖1所示。

圖1 回彈及側(cè)壁變形示意圖

1.2 褶皺及開裂

雖然褶皺、開裂在冷沖壓過程中是較為常見的，但是在高強(qiáng)度鋼板制件的表現(xiàn)尤為頻繁，由于材料可塑性差，流動性弱，在壓料力較小時也易產(chǎn)生開裂的現(xiàn)象，同時因為制件形狀的原因，走料的速度與距離的不同，也易產(chǎn)生開裂、褶皺等問題。

1.3 拉毛

拉毛是兩個相對滑移的固體之間產(chǎn)生的肉眼可見的表面損傷，拉毛問題是高強(qiáng)度鋼板成形過程中不可避免的缺陷。如果是外覆蓋件，拉毛是無法容忍的缺陷，微小的拉毛都會在噴漆之后引起光線漫反射，從而影響整車的光澤等，若拉毛較大，漆層無法覆蓋，則會導(dǎo)致制件報廢。如果是結(jié)構(gòu)制件，在整車行駛過程中承受力量較大，出現(xiàn)斷裂等問題也會從較深拉毛部位首先開始出現(xiàn)，如圖2所示。

圖2 拉毛示例

除了對整車質(zhì)量的影響，對模具也有很大的影響。連續(xù)加工時，模體由于摩擦受熱，導(dǎo)致模具間隙變小，從而增加進(jìn)料阻力，同時進(jìn)一步增大摩擦力，導(dǎo)致模具受熱增高的往復(fù)循環(huán)，使得制件產(chǎn)生嚴(yán)重拉毛，并損傷模具表面，這種情況不只是制件質(zhì)量不合格，同時也會增加模具維修次數(shù)及造成生產(chǎn)效率降低等嚴(yán)重后果。

2 高強(qiáng)度鋼板成形問題的解決對策

2.1 合理的沖壓工藝設(shè)計

由于以上所述的問題，在沖壓工藝設(shè)計初期，就要考慮如何避免或盡量減少此類問題的產(chǎn)生。

（1）拉伸工序中，盡可能保持均勻的拉伸深度，以滿足進(jìn)料的速度及行程的一致性。

（2）需要較高的壓邊力控制走料速度，慎重選擇拉伸筋的大小、長度及形狀，由于拉伸筋是依靠壓邊力成形，較大的壓邊力同時又增加了摩擦力，限制的外部毛坯料的補(bǔ)充進(jìn)入，易造成制件開裂，如圖3所示。

圖3 R020前縱梁后段的拉伸筋分布下側(cè)兩段式控制前端走料

（3）設(shè)計初期即考慮對回彈進(jìn)行補(bǔ)償，若不進(jìn)行補(bǔ)償，可能回彈角度過大，造成后工序無法進(jìn)行修正。

（4）增大工藝補(bǔ)充，增加形狀臺階數(shù)量，控制制件最終形狀的部分的回彈量，如圖4所示。

圖4 R020前縱梁后段增大工藝補(bǔ)充部分，增加一層臺階

（5）增加側(cè)整形工序，對拉伸無法控制或較難掌握回彈量的部分進(jìn)行修正，提升制件精度。

（6）對于形狀較復(fù)雜或存在前后端頭錯位現(xiàn)象的梁類，為防止制件成形過程中出現(xiàn)移動，模具結(jié)構(gòu)采用拉伸模增加上壓料板的方式如圖5所示。

圖5 有上壓料板的拉伸模

2.2 合理的模具結(jié)構(gòu)及選材

模具結(jié)構(gòu)方面，高強(qiáng)度鋼板制件的模具采用鑲塊拼接結(jié)構(gòu)，不止修正回彈時能夠較為方便的整改，在模具材質(zhì)上也能增加選擇。常規(guī)模具的凸凹模及壓邊圈一般采用鉬鉻鑄鐵，高強(qiáng)度鋼板若采用此類材質(zhì)，可能會因為硬度或強(qiáng)度不足導(dǎo)致拉毛頻繁。目前較為常見的高強(qiáng)鋼制件的模具材質(zhì)選用Cr12MoV或SKDII，淬火后硬度可達(dá)58～64HRC。可以有效地減少、減輕拉毛現(xiàn)象。如表1及圖6所示。

圖6 R020前縱梁后板凸模、壓料板及凹模全部采用合金鋼鑲塊結(jié)構(gòu)

表1 常用模具鋼真空熱處理工藝

2.3 合理的后期調(diào)試方案

由于高強(qiáng)板制件回彈的不確定性及調(diào)試難度較大，調(diào)試過程中采用了常規(guī)調(diào)試方式與光學(xué)掃描、檢具測量相結(jié)合的方式，能夠更客觀、合理的分析制件變形趨勢，制定準(zhǔn)確的整改方案。

在模具拉伸件壓料面及凸凹模著色率達(dá)到80%以上時，對制件進(jìn)行光學(xué)掃描，制件與數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，雖設(shè)計時已對回彈及扭曲進(jìn)行了預(yù)判與前處理，但結(jié)果仍未盡人意。如圖7所示。

圖7 R020前縱梁后段第一次光學(xué)掃描結(jié)果

但從分析結(jié)果可以看出，由于拉伸工序采用了上壓料結(jié)構(gòu)，并合理的布置了拉伸筋，除側(cè)壁下部及端部有回彈及輕微扭曲以外，上平面的精度得到了保證。后序調(diào)試過程中，進(jìn)一步對前部的拉伸走料速度及同步性進(jìn)行了修正的同時，對整形鑲塊側(cè)壁及R角的整形量進(jìn)行了修正，在兩輪整改之后，再次光學(xué)掃描，制件側(cè)壁及法蘭已幾近合格。如圖8所示。

圖8 R020前縱梁后段第二次光學(xué)掃描結(jié)果

根據(jù)第二次掃描數(shù)據(jù)，可以看出制件中部R角部位仍需整改，前部整形時由于著色不佳，導(dǎo)致制件側(cè)壁整形后角度不合格；針對這兩處問題，對整形進(jìn)行再次修正，整改R部整形量及前端著色輕重，最終達(dá)到現(xiàn)在的制件型面合格狀態(tài)（見圖9、圖10）。

圖9 前縱梁后板的頂面及側(cè)壁沒有出現(xiàn)凹面、突起等現(xiàn)象

圖10 整改完成的制件在檢具上

2.4 合理的后處理工藝

選用較高硬度的模具材質(zhì)后，往往仍未能完全解決拉毛問題，雖能減少拉毛的深度及頻次，但仍難以滿足大批量的生產(chǎn)，這時就需要對拉伸模具進(jìn)行表面處理，常見的處理方式有鍍鉻、滲碳、滲氮、PVD/PCVD、TD覆層處理等（見表2）。若拉伸模是整體鑄件結(jié)構(gòu)，一般采用電鍍方式，使用鑲塊結(jié)構(gòu)的拉伸模，多采用TD處理的方式，此種方式由于鍍層是通過擴(kuò)散形成，所以具有冶金結(jié)合，結(jié)合力較其它形式較高，使用中不易脫落，硬度也有所提升。

表2 表面處理方式對比

3 結(jié)束語

通過分析多個項目縱梁類制件的工藝排布及模具調(diào)試、處理方式，能夠?qū)Ω邚?qiáng)度鋼板的成形特點(diǎn)有更深層次的掌握，對后續(xù)車型開發(fā)中增加高強(qiáng)板使用比率的提升積累了經(jīng)驗。在能夠掌握高強(qiáng)板的成形特點(diǎn)、對制件精度有所控制的前提下，進(jìn)一步的使用更高強(qiáng)度鋼板，同時減少模具制造、維修成本。