汽车工业中热冲压成形工艺的应用

汽车工业中热冲压成形工艺的应用

1 刘朋浩 2 张印

1 身份证号： 13018319911024**** 2 身份证号： 13062419920629****

摘   要：热冲压成形技术是一种常见的零件加工方式，尤其在汽车工业中应用最为普遍。本文介绍了热冲压成形技术的基本原理，分析了温度、时间、成形速度以及冷却速度对冲压成形的影响。并以汽车零部件加工为主要研究对象，通过热冲压技术获取轻量化高强度的成形件，通过检测成形件微观组织为马氏体，抗拉强度为1500MPa满足汽车生产要求。
　　关键词：新时期  热成形  冲压
　　热冲压成形技术是一种常见的零件加工方式，尤其在汽车工业中应用最为普遍。将材料先加热至奥氏体化状态，该状态下钢板材料的塑性较好，强度低，并且具有一定的韧性，然后使用冲压机在模具中进行冲压并淬火，获得相应形状的高强度金属零件。通过热冲压成形技术获取高强度的冲压件来代替传统的厚钢板，不但可以有效降低零部件自身的重量，而且能大幅度地提升抗拉强度，广泛应用于汽车保险杠、AB柱、车顶侧梁的制造中，下面就对新时期热冲压成形技术的构建进行深入分析。
　　1  热冲压技术原理
　　热冲压技术是一种将钢板材料加热至奥氏体形态下，快速进行冲压成形，并且通过模具对零件进行淬火冷却，获得强度为1500MPa左右的马氏体成形件。可以说热冲压技术是将钢板材料由奥氏体向马氏体转化的过程。奥氏体（Austenite）是钢铁的一种层片状的显微组织，该状态下的钢板材料?-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，因此也称为沃斯田铁.。马氏体（Martensite）是黑色金属材料的一种组织名称，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。马氏体和奥氏体的不同在于，马氏体是体心正方结构，奥氏体是面心立方结构。奥氏体向马氏体转变仅需很少的能量，因为这种转变是无扩散位移型的，仅仅是迅速和微小的原子重排。马氏体的密度低于奥氏体，所以转变后体积会膨胀。相对于转变带来的体积改变，这种变化引起的切应力、拉应力更需要重视。热冲压成形技术的原理如图1所示。
　　热冲压成形技术可以分直接冲压和间接冲压两种形式，其中直接冲压是将钢板材料加热至奥氏体后，直接传送至模具上冲压，模具表面有冷却通道，可以在钢板材料冲压的过程中进行淬火冷却，获得马氏体成形件。间接冲压则是钢板材料先进行冷冲压，然后再加热成奥氏体进行淬火和校准，确保成形材料强度达到1500MPa的马氏体。

2热冲压成形技术概述
2.1热冲压成形技术主要工艺
　　 对于热冲压成形而言，其基本原理在于不断加热需要制造的材料，当其比材料结晶温度更高的时候，冲压成形，并将高温条件下材料降低变形抗力、增强金属塑性的特点作为依据，促使材料成形效果得到提升，而在成形完成之后迅速冷却，使得材料强度实现提升。现下，热冲压成形技术基本是由直接热冲压和间接热冲压等两种技术组成。其中，直接热冲压成形表示的是在加热炉中直接对需求的钢板进行加热，采用提前准备的模具装载完全奥氏体化后的材料，并在冲压成形的过程中，淬火处理材料;而间接冲压成形技术表示的则是通过冷冲压成形将零件保持在90%～95%的体积，而后续工艺则一致于热冲压成形技术[1]。通常情况下，间接冲压技术在个别复杂度较高的几何形多样化超高强度零件生产中的应用更为广泛。
2.2 参数设置
　　 热冲压成形中，热冲压过程阶段主要包含压边、成形两部分。这两阶段成形参数具体为：首先，压边阶段。模具75℃，初始材料温度810℃，模具运动速度200mm/s;成形阶段：压边阶段完成后的温度即为板料温度，模具运动速度保持不变，两者彼此间存在0.4的摩擦系数。
2.3优缺点
　　 热冲压成形技术相对于传统冲压成形技术而言，优劣并存。就该技术优点而言，首先变形抗力若，塑性、改变容易;其次，冲压中的压力显著减少，能使磨具和机床的使用要求降低;最后，减少了中间操作环节，产品生成周期相应的也缩短。然而，该技术也有一系列缺点存在，主要表现在：其一，能对该技术构成影响的因素较多，且具体实践中环境偏差;其二，该技术有着较高的成本，且产品成形后有着较高的冲孔、切边要求;其三，该技术在仿真方面不具备较高的准确性;其四，废品率偏高。
　3汽车工业中热冲压成形工艺的应用
　　3.1 汽车工业中热冲压成形工艺的应用
　　 日益发展的汽车工业背景下，加之不断增大的保有量，使得汽车工业对安全、环保予以了更高的关注。汽车油耗与车重之间有明显的线性关系存在，结合相关研究成果得知，汽车每降低10%的自重，那么就会降低约7%的油耗和尾气排放，因此降低汽车的自重是实现环保的主要途径之一[2]。同時，要想为汽车的使用提供安全保障，有关汽车材料的使用方面，应当采取厚度较大或碰撞吸能较高的材料，如此就会增加汽车的质量，尽管能提供一定的安全保障，然而却无法实现环保。对此，在要求汽车轻量化的同时，还需对汽车安全性予以考虑，这也就涉及到高强度材料的应用。然而，高强度材料的应用也有一系列问题存在，如模具使用寿命低和回弹偏大等。而在热冲压成形技术的运用下，即可将这一系列问题妥善解决，不但能将材料成形后的回弹解决，还能使模具使用寿命延长。

　3.2 车身上热冲压成形件的应用
　　 热冲压成形技术是强化零件冲压的关键途径，在汽车工业中的应用前景十分广阔，在A柱、B柱、门梁、边梁、侧栏、保险杠及顶盖纵梁等结构件中皆涉及到了应用。超高强热冲压成形件的应用，不但能为汽车提供更高的安全性保障，同时也有助于汽车自身质量的减轻。
　　 早在几年前，就有多数车型上应用了热成形件，如速腾（高尔夫2代）和迈腾（帕萨特B6便是首批将热成形超高强钢件运用于车身上的车型，基于PQ46平台的迈腾轿车车身中，使用了12%的超高强钢热成形钢板（高强钢占79%），前后保险杠支架、门槛、B柱、中央通道、顶盖纵梁及底部衡量等重要结构均采取热成形件，这类部件在危机碰撞是主要受力的部分，能够最大限度降低车内人员受伤的可能性。在车身强度相同的情况下，使用了热成形钢板的车身重量大约降低了20kg。
　　 前挡板加强横梁中热成形件的运用，能够有效控制前碰时防火墙的侵入量。奇瑞有着同等于奥迪的热成形应用理念，然而前者在精细性能设计能力依旧落后于后者。热成型部件应用实现“理想载荷传递路径”的构建，整体车身呈现出的样式为“笼”式，前舱有四条纵向能量流吸收、传递通路的设计，也包含两条将前后保险杆连通的纵向大梁设计[3]。此外，超高强度热成形钢板也被运用在A柱、B柱和前门防撞板等部位，可实现高达1500MPa的实际抗拉强度。此类设计能在前碰发生时为座舱提供可靠的完整性保障，安全性更为优异。A柱、B柱和前门防撞板上超高强度热成形钢板的运用及合理设计，可使侧碰时车身受到的侵入量有效降低，碰撞中的安全性更为显著。如此也就证明了车身结构件中热冲压成形钢件的运用具有十分可观的价值、意义。
4结语
　　 作为我国国民经济重要支柱产业的汽车工业，在其发展过程中，节能、安全、环保、低碳逐渐成为了主要趋势。热冲压成形技术在车身轻量化、安全性提升方面的作用十分显著，因此我们应当对该技术展开更为深入的研究，再次获得材料、热冲压设备方面的突破，进一步减少热成形零件成本，实现更高的安全性和舒适性。
　　参考文献：
　　[1]黄荣双.热冲成型技术在汽车工业中的应用[J].南方农机，2017，48（10）：89.
　　[2]阮广明.汽车车身的冲压成形技术的思考[J].建材与装饰，2018（44）：194.
　　[3]赵秀侠.浅谈车身零件热冲压技术的应用[J].模具制造，2017，17（04）：44-45+101.