鋼板熱沖壓技術在汽車制造中的應用

高敏 劉佳鄭

摘 要：鋼板熱沖壓技術能夠在確保制作高強度的鋼板時其形狀不變，這種鋼板用于汽車制造領域可提升汽車的碰撞性能。該文主要介紹了鋼板熱沖壓技術及其工藝原理、數值應用，并進行數值模擬，最后對這項技術的使用現狀以及未來的發展前景進行了闡述。

關鍵詞：熱沖壓;工藝原理;鋼板熱沖壓技術

中圖分類號：TG376? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

如今，我國的汽車制造業發展迅速，國家對于汽車碰撞的要求越來越高，對于汽車尾氣排放也頒布了相應的法規，因此制造商必須響應國家號召，節能減排，降低環境污染，在汽車制造的過程中通過使用強度較高的鋼板來提升汽車的質量。由于高強度的鋼板在制作時會隨著強度的提高使得其成形難度增大，很多零件就難以達到理想的形狀，影響其使用性能。為了在制作高強度的鋼板時其形狀不變，就研發出了鋼板熱沖壓技術。鋼板熱沖壓技術能夠在1 500 MPa壓力下制造出沖壓件，形成的沖壓件精度較高，成形較為精確，鋼板熱沖壓技術對于汽車制造領域至關重要。該文介紹了鋼板熱沖壓技術及其工藝原理、數值應用，并進行數值模擬，最后說明了這項技術的使用現狀以及未來的發展前景。

1 鋼板熱沖壓技術概述

熱沖壓技術是通過高溫將鋼板加熱到奧氏體溫度范圍，使得鋼板組織發生變化，之后將發生變化的鋼板快速移動到模具中，然后再快速沖壓，模具中都含有冷卻裝置，通過冷卻裝置迅速冷卻模具中的零件，將得到的零件再通過淬火進行冷卻，最終得到了高強度沖壓件的新型工藝。在進行鋼板熱沖壓時主要的步驟為加熱、沖壓、保壓和冷卻。通過加熱使得鋼板初步成型，溫度的高低直接影響了高強度鋼板的沖壓性能，通過沖壓機的作用使得鋼板成型，而保壓使得鋼板的形狀更加穩定，在淬火的作用下促使鋼板的組織發生變化。

作為一種新興工藝，熱沖壓成形技術在汽車工業中的應用，滿足了車身減重、車身強度和碰撞安全的要求，有利于節能、環保以及車身輕量化目標的實現。目前，由于技術及設備條件的限制，國內汽車廠商使用熱沖壓零件的比例很小，2013年，中國汽車產銷目標預計達到2 000萬輛，有望突破2 300萬輛，熱沖壓成形技術具有廣闊的市場前景。

與冷沖壓相比，熱沖壓具有明顯的技術優勢，主要表現在以下幾個方面：1）可以得到超高強度的車身零件，從而減小零件厚度，減少車身加強板數量，提高車身的碰撞性能，實現車身的有效減重。2）成形性相對較好。2）沖壓所需的設備噸位較小，一般而言，800 t的高速液壓機就能滿足大部分車身零件熱沖壓需要。4）尺寸精度好。5）零件表面硬度、抗凹性和剛度特性好。6）零件外形設計可以簡化。

2 鋼板熱沖壓技術在汽車制造的應用

2.1 工藝原理

熱沖壓工藝流程如圖1所示，分為a、b兩種流程，a為直接成形工藝，b為間接成形工藝。直接成形工藝：首先將板料進行加熱，直至板料奧氏體化，然后將其轉移到具有冷卻功能的模具中，使得鋼板成形;間接成形：首先將板料進行冷沖壓預成形，然后加熱直至板料奧氏體化，然后將其轉移到具有冷卻功能的模具中，使得鋼板成形。熱沖壓直接成形工藝通常應用于一些形狀結構較為簡單的零件，而直接成形工藝就應用于形狀復雜的零件。

2.2 參數設置

熱沖壓過程有2個階段，即壓邊、成形。這2個階段的成形參數如下：壓邊階段：板料開始溫度為810 ℃，模具為75 ℃，模具運動速度為200 mm/s;成形階段：板料的溫度就是壓邊階段結束之后的溫度，模具運動速度為200 mm/s，兩者之間的摩擦系數為0.4。

3 鋼板熱沖壓使用現狀及其前景展望

鋼板熱沖壓技術能夠確保制作高強度的鋼板時其形狀不變，這項技術在1 500 MPa的壓力下制造沖壓件，并且形成的沖壓件精度較高，成形較為精確，作為一新興的成形技術，熱沖壓技術對于汽車制造領域至關重要，應用前景更為廣闊。國外多種類型的車都開始使用熱沖壓零件，而國內的進口車也多采用鋼板熱沖壓零件。鋼板熱沖壓常用于前、后門左右防撞桿，前、后保險杠，A、B、C柱加強板以及車頂加強梁等，如圖3所示。

總的來說，國產車的碰撞性能較差，如果在圖3標注的部位使用熱沖壓零件，不但使得車身的碰撞性能大幅度提升，而且還能夠降低車身自重。目前，國內的一些自主品牌汽車廠開始重視熱沖壓新技術，在其自主研發的新車型中采用鋼板熱沖壓技術，大大提升了汽車的質量。由于國內某款車型的A、B加強板采用了熱沖壓零件，其國外碰撞測試從一星級升為三星級。由此可見，鋼板熱沖壓新技術在未來將會應用得更加廣泛，此項技術不但可以應用于汽車制造領域，還可應用于農業、礦山機械領域，提升其相關器具的強度等。

4 結語

鋼板熱沖壓技術是增強汽車碰撞性能的新型技術，引起了專家學者的高度重視。鋼板熱沖壓技術的工藝流程為：首先將板料進行加熱，直至板料奧氏體化，然后將其轉移到具有冷卻功能的模具中，使得鋼板成形。此技術發展時間較短，但其在增強汽車碰撞性能及強度方面發揮著較大的作用。鋼板熱沖壓技術在未來將會應用得更為廣泛，不但可以應用于汽車制造領域，還可應用于農業、礦山機械領域，提升其相關器具的強度等。所以，在汽車制造領域應著重推廣鋼板熱沖壓技術。

另一方面，從整體來看，我國熱沖壓裝備生產線技術較國外發展起步較晚，因此需要加大研發力度，汲取先進經驗，研發出具有中國特色的沖壓成形，從而提高我國汽車全球競爭力。

參考文獻

[1]邢忠文，包軍，楊玉英，等.可淬火硼鋼板熱沖壓成形實驗研究[J].材料科學與工藝，2008，16（2）：172-175.

[2]李海峰，陳明亮，謝志毅.大型厚壁半球形封頭熱沖壓成形的數值模擬[J].計算機仿真，2004，21（3）：109-112.

[3]谷凈巍，孟佳，李欣，等.超高強度鋼熱成形奧氏體化加熱參數的優化[J].吉林大學學報，2011，41（2）：194-197.

[4]林建平，孫國華，朱巧紅，等.超高強度鋼板熱成形板料溫度的解析模型研究[J].鍛壓技術，2009，34（1）：20-22.