汽車板熱沖壓成形生產線的相關設計

高建芳

摘 要：熱沖壓成形技術是實現汽車輕量化的關鍵技術之一，其相關設計是汽車板加工的重要環節。本文主要介紹其技術原理、主要工藝流程、設備和工藝的選擇以及工廠設計的要求。

關鍵詞：汽車板；熱沖壓成形；工廠設計

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

隨著人們對環保意識的加強，節能減排成為了工業企業轉型升級的重要任務，而汽車輕量化則在汽車行業中擔負起了節能減排的重任，也是當前汽車發展的主要潮流。針對汽車輕量化，目前采用的先進生產技術主要有硼合金鋼板的研發和生產、開卷落料、激光拼焊、熱沖壓成形、激光切割等。其中，作為關鍵技術之一的熱沖壓成形生產線的設計是汽車板加工的重要環節。

1 熱沖壓成形簡述

1.1 熱沖壓成形技術原理

熱沖壓成形的主要技術原理是將高強度鋼板加熱到奧氏體溫度范圍，在完成組織轉變后將其快速移動到壓機模具中進行熱沖壓，并通過模具中的冷卻回路對其進行一定速度的淬火冷卻以實現超高強度（抗拉強度可達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。用機械手將原料料片從原料料垛運送到加熱爐中。

（2）加熱。在加熱爐中將料片加熱到AC3以上溫度，對鋼材進行充分的奧氏體化。該溫度根據材料的成分、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，以保證機械手上料后準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定位置。

（5）成形。壓機合模，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℃。準確的冷卻速度由鋼在機械變形下淬火時的臨界冷卻速度決定。

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

2 熱沖壓成形工藝選擇

2.1 主要技術選擇

熱沖壓成形的核心技術包括原材料、涂層技術、熱沖壓模具、工藝總控制及優化設計等。其中，工藝總控制及優化設計，各廠家多以企業技術秘密的形式，實行嚴格的技術保護和封鎖。

（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，應用最為廣泛的是22MnB5，目前國內寶鋼可以批量供應熱沖壓成形原材料，武鋼、鞍鋼、馬鋼、首鋼、本鋼等企業都試制了熱沖壓材料22MnB5，山東萊鋼試制了22MnMoB材料，國內其它熱沖壓生產線所需的鍍層板仍需要進口。

（2）涂層技術：熱沖壓成形板材主要有三種表面狀態：1）裸板、2）Al-Si涂層，3）Zn涂層。目前涂層應用最廣泛的是Al-Si涂層，但Al-Si涂層專利技術被國外壟斷，國內只有漣源鋼鐵有1條共用線可生產鍍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意義上的熱沖壓模具不同，板材熱沖壓新技術所需的模具具有其特殊性。目前關于熱沖壓成形的模具設計與制造主要依靠進口，國內也有一些企業通過可研攻關掌握了熱沖壓模具設計技術，如寶鋼、豪斯特等。

2.2 主要設備選擇

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

目前主線設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，在設備選擇時，有以下幾個方面有較大的區別：

（1）原料加工設備：熱沖壓成形生產線的原料主要是拼焊板或其它加工成形板，因此，可根據現場實際生產條件選擇直接外購成形料板或配套原料加工設備，如開卷落料線、精剪機組、激光拼焊機組等。

（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、技術成熟、料片加熱曲線穩定可控，但是箱式加熱爐節能大、定位準、成本低。目前國內已能配套箱式爐，其外觀和功能不低于國外先進水平。

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

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

3 工廠設計要求

根據不同的生產線及其輔助配套設備的選擇，對工廠設計要求是不一樣的。本文以建設1條箱式爐熱沖壓成形生產線，配套4臺激光切割及1套噴丸涂油設備為例介紹工廠設計的相關要求。

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

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

4 結束語

熱沖壓成形零件抗拉強度高，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，是未來汽車發展的重要技術，其應用會得到進一步的發展。

參考文獻：

[1]趙清雨.橋殼熱沖壓工藝分析及其應用[J].鍛壓機械，2002（03）：28-29.

[2] 徐偉力等.鋼板熱沖壓新技術介紹[J].塑性工程學報，2009年8月第16卷第4期.endprint