汽車車身熱沖壓成型技術的應用和質量控制措施

周 飛

（安徽江淮汽車集團股份有限公司 技術中心，安徽 合肥 230601）

前言

現如今，我國汽車工業發展速度越來越快，已經逐漸成為我國經濟發展的重要產業。但是由于受到諸多因素帶來的影響，比如：環境以及能源等，嚴重阻礙汽車行業穩定發展。根據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，在我國日益推進節能減排以及汽車輕量化發展的背景下，開發鋼鋁混合車身以及應用汽車輕量化材料等，已經成為現階段我國汽車節能減排的主流趨勢。

1 熱沖壓成型技術的具體應用

通過合理應用高強度鋼板，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峻的挑戰，以往的冷沖壓工藝在高墻板沖壓成型中很有可能出現各種問題，比如：制件起皺以及破裂等，與產品質量的標準要求不相符[1]。而應用熱沖壓成型技術，可以使高強鋼板以及超高強度鋼板在常溫環境下迅速成型。從汽車車身用材發展中不難發現，在高強鋼沖壓成型技術高速發展的背景下，在白車身材料中熱成型高強度鋼材有了更高的比例。熱成型高強度鋼材具有很多特征，比如：材料輕量化以及超高強度等，是當前我國乃至全球最為先進的車身輕量化材料，普遍應用于汽車生產制造中[2]。相對于其他國家而言，我國是最近幾年才發展高強度鋼板熱沖壓成型技術，技術不先進，所以我國為了可以成為汽車強國，使我國汽車品牌有更多的市場競爭力，需要普遍關注高強度鋼板熱沖壓成型技術。目前，我國很多熱成型件供應商以及主機廠都在深入研究與應用熱沖壓成型技術。并且我國鋼板技術迅速發展，今后的熱成型技術主要傾向于不等厚板，還有激光拼焊板，熱成型沖壓技術的應用也逐漸朝著先進熱成型工藝技術的方向不斷發展。

2 熱沖壓成型工藝和主要零件類型

2.1 熱沖壓成型技術工藝的基本原理

熱沖壓成型技術和以往的冷沖壓成型技術完全不同，其不僅導致板料出現塑性變形，而且使得板料基體組織出現馬氏體組織相變，以得到超高強度熱沖壓成型制件，這種工藝方法將傳熱、組織相變等相結合。

2.2 熱沖壓成型技術的具體實施過程

熱沖壓成型技術在具體實施中通常可以劃分成多種類型，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，連續保持三分鐘到10 分鐘，之后在最短的時間內向熱沖壓模具進行轉移，進而沖壓成型，接著保壓，而且及時冷卻，讓板料以每秒50 攝氏度到950 攝氏度之間的冷卻速度進行淬火，溫度在低于200 攝氏度時將板材取出來，留出適當的自回火溫度，這樣可以將其殘余應力完全消除，在一些成型不復雜、變形程度不大的零件中廣泛應用[3]。后者，針對拉深變形深度很大和難以成型的零件，在實施熱沖壓成型前必須采用以往的冷成型工藝來切割以及加工板料，使其可以預成型，再采用熱沖壓成型工藝，實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

熱沖壓成型技術零件結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，就滾壓不等厚板來講，屬于可以調整厚度軋制的一種板料，其特點是耐磨性相當強、抗傳導性以及抗熱疲勞性都很強，確保零件每個成型位置冷卻效果都保持均勻，而且定位非常精準，保證零件各個厚度的地區在對應的模具內腔范圍成型，為了避免板料在成型中出現串位的情況，應該在成型前預壓料，如果預壓料厚度有很大的不同，這時必須在料厚范圍模腔運用傳熱性能強的模具材料[4]。其次，就激光拼焊板來講，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，其特點和滾壓不等厚板大同小異。

3 影響熱沖壓成型制件質量的主要因素

熱沖壓成型技術屬于物理變形過程，相當復雜。在熱沖壓成型制作的成型過程中必須對所有環節的工藝要求進行嚴格控制，影響其質量的因素有很多，比如：熱成型工藝設計和工藝過程控制，還有熱沖壓成型技術設備匹配等。

3.1 熱沖壓成型工藝設計和過程控制

在開發熱沖壓成型產品過程中熱沖壓成型工藝設計是不可或缺的環節。就熱沖壓成型工藝方式設計來講，必須在產品設計完成后，擁有產品數模，才可以合理設計工藝方式，需要CAE 分析產品數模成型，可以向產品設計及時反饋運算結果，以調整產品數模，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：冷卻時間、加熱溫度等，最后通過模擬運算獲取分析結果，當做模具設計的重要參考依據[5]。并且要結合零件熱成型技術特征完成模具設計：模具設計主要有冷卻系統設計、模具表面等；冷卻系統設計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程中，科學檢驗驗證零件產品，而且對模具狀態進行研究、配置和調試，以保證將零件產品尺寸的偏差控制在最小化。

工藝過程控制必須認真考慮各個方面，比如：保溫時間以及板料加熱速度等。如果加熱溫度偏低且保溫時間偏短，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間偏長，很有可能導致組織晶粒存在各種缺陷，比如：過熱以及粗大等。并且如果保壓冷卻時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，出現回火脆性；如果保壓冷卻時間偏長，就很有可能導致零件直接完全冷透到常溫，造成零件參與應力偏大出現開裂的情況。那么，要想使生產效率得到大幅度提升，與生產要求相符，在確保熱沖壓成型制件質量合格，才可以對生產速度進行嚴格控制。

3.2 大型連續熱沖壓成型工藝系統設備匹配

就大型連續熱沖壓成型系統設備來看，其是由多個部分組成，比如：高溫裝卸機器人、上料臺以及熱沖壓沖床等，中央控制系統也必須兼具兩個系統，一個是設備操作控制系統，另一個是軟件程序編輯運行系統[5]。對于連續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，爐長在30 米到50 米之間，考慮到不同的產能，需要科學配備露點儀以及保護氣氛等，以實時監控檢測爐中氧含量。在實際工作過程中保護氣氛下板料從常溫普通不間斷加熱到925 攝氏度時。而且保溫時間達到要求后，才可以出爐；保護氣氛發生裝置可以將氮氣以及富化氣提供到加熱爐腔中，這樣就會形成氧化鐵皮；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，在成型過程中必須迅速，可以結合實際需求，適當調整保壓時間以及保壓壓力，通常設備噸位必須大于或者等于800 噸；就熱沖壓成型淬火模具來看，往往使用熱作模具鋼，其具有良好的耐高溫性能，在實際工作過程中要求熱作模具鋼具有高溫硬度以及熱塑變形抗力強等優勢，以確保熱沖壓成型制作過程順利進行；淬火冷卻和溫度控制系統包含兩個方面的系統，一方面是冷卻系統，另一方面是溫度控制系統，前者屬于淬火冷卻循環水裝置，其淬火冷卻循環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間內淬火冷卻降低溫度[6]。后者，可以對冷卻水溫度進行科學的控制，確保其溫度在5 攝氏度到20 攝氏度，如果冷卻水溫度偏高，這時系統就會自動將外部風冷裝置啟動，使冷卻水可以降低溫度；在大型連續熱沖壓成型工作系統中核心控制單元是中央控制系統，主要是轉化以及處理系統中的各種信號，比如：溫度以及水等，確保不同設備之間可以積極配合，安全運行。

4 結語

總而言之，在汽車輕量化日益發展的背景下，熱沖壓成型技術逐漸廣泛在汽車白車身中應用。從某個角度來看，熱沖壓成型技術屬于高端的高強鋼板成型技術，最近幾年，也應用于高強度車身制造技術中，這樣可以大大地提高制造水平。