高強度鋼DP590在縱梁類制件中的應用

高 圣，楊慶波，徐子祺，李洪明

（中國第一汽車集團有限公司-工程與生產物流部，吉林長春 130062）

關鍵字：高強鋼；縱梁；工藝；回彈

1 高強度鋼板成形的主要質量缺陷

高強度鋼板雖然在應用比例上不斷增加，但是板材的高強度化，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，從而增加制件形狀的不穩定性和提高調試難度。典型的缺陷有回彈、扭曲、褶皺、開裂、拉毛等。

1.1 回彈及扭曲

高強度鋼板強度升高，變形產生的應力增大，修邊后殘余應力的釋放將會導致制件產生變形，當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，導致制件不合格。同時回彈引起的側壁角度不合及法蘭翹曲也是高強度鋼板成形中最為嚴重的問題，若制件形狀為S型或存在較大高度差時，應力的大小及應力方向的不用，也會導致制件產生扭曲。隨著選用材料的強度增高，以上問題也同時變得嚴重。如圖1所示。

圖1 回彈及側壁變形示意圖

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，但是在高強度鋼板制件的表現尤為頻繁，由于材料可塑性差，流動性弱，在壓料力較小時也易產生開裂的現象，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生的肉眼可見的表面損傷，拉毛問題是高強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，則會導致制件報廢。如果是結構制件，在整車行駛過程中承受力量較大，出現斷裂等問題也會從較深拉毛部位首先開始出現，如圖2所示。

圖2 拉毛示例

除了對整車質量的影響，對模具也有很大的影響。連續加工時，模體由于摩擦受熱，導致模具間隙變小，從而增加進料阻力，同時進一步增大摩擦力，導致模具受熱增高的往復循環，使得制件產生嚴重拉毛，并損傷模具表面，這種情況不只是制件質量不合格，同時也會增加模具維修次數及造成生產效率降低等嚴重后果。

2 高強度鋼板成形問題的解決對策

2.1 合理的沖壓工藝設計

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

（1）拉伸工序中，盡可能保持均勻的拉伸深度，以滿足進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充進入，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兩段式控制前端走料

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

（4）增大工藝補充，增加形狀臺階數量，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充部分，增加一層臺階

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

（6）對于形狀較復雜或存在前后端頭錯位現象的梁類，為防止制件成形過程中出現移動，模具結構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 合理的模具結構及選材

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

表1 常用模具鋼真空熱處理工藝

2.3 合理的后期調試方案

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

在模具拉伸件壓料面及凸凹模著色率達到80%以上時，對制件進行光學掃描，制件與數據進行對比，雖設計時已對回彈及扭曲進行了預判與前處理，但結果仍未盡人意。如圖7所示。

圖7 R020前縱梁后段第一次光學掃描結果

但從分析結果可以看出，由于拉伸工序采用了上壓料結構，并合理的布置了拉伸筋，除側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。后序調試過程中，進一步對前部的拉伸走料速度及同步性進行了修正的同時，對整形鑲塊側壁及R角的整形量進行了修正，在兩輪整改之后，再次光學掃描，制件側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掃描結果

根據第二次掃描數據，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，導致制件側壁整形后角度不合格；針對這兩處問題，對整形進行再次修正，整改R部整形量及前端著色輕重，最終達到現在的制件型面合格狀態（見圖9、圖10）。

圖9 前縱梁后板的頂面及側壁沒有出現凹面、突起等現象

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，這時就需要對拉伸模具進行表面處理，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構，一般采用電鍍方式，使用鑲塊結構的拉伸模，多采用TD處理的方式，此種方式由于鍍層是通過擴散形成，所以具有冶金結合，結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 結束語

通過分析多個項目縱梁類制件的工藝排布及模具調試、處理方式，能夠對高強度鋼板的成形特點有更深層次的掌握，對后續車型開發中增加高強板使用比率的提升積累了經驗。在能夠掌握高強板的成形特點、對制件精度有所控制的前提下，進一步的使用更高強度鋼板，同時減少模具制造、維修成本。