车身钣金零件热成型

发布日期： 2014-08-12 07:53:03

1  汽车用热成型高强钢

    高强度钢的热冲压成型是汽车制造领域的一项新技术，解决了传统高强度钢板成型在汽车车身制造中遇到的各种问题。这项技术是指将钢板经过1000°C左右的高温加热之后一次拉伸成形，又迅速冷却从而全面提升了钢板强度。图1为热成型生产线。

热成型件的抗拉强度达到1500Mpa之高，屈服强度大于1000Mpa，每平方厘米能承受10吨以上的压力，而且消除回弹影响，提高制造精度。

2 热成型的主要工序

 (1)、落料、冲孔（预成型）：主要是冲压出板材外轮廓，对于形状复杂或拉伸深度较大的制件则需要进行预成型。

  (2)、板料热处理：包括加热和保温两个阶段。这一工序的目的在于将钢板加热到一个合适的温度，使钢板完全奥氏体化，并且具有良好的塑性。加热所使用的设备为专用的连续加热炉，钢板在加热到再结晶温度以上之后，表面很容易氧化，生成氧化皮，这层氧化皮会对后续的加工造成不利的影响。为了避免或减少钢板在加热炉中的氧化，一般在加热炉内设置惰性气体保护机制，或者对板料进行表面防氧化处理。

(3)、转移：指的是将加热后的钢板从加热炉中取出放进热成形模具中去。在这一道工序中，必须保证钢板被尽可能快地转移到模具中，一方面是为了防止高温下的钢板氧化，另一方面是为了确保钢板在成形时仍然处在较高的温度下，以具有良好的塑性。

 (4)、冲压和淬火。在将钢板放进模具之后，要立即对钢板进行冲压成形，以免温度下降过多影响钢板的成形性能。成形以后模具要合模保压一段时间，一方面是为了控制零件的形状，另一方面是利用模具中设置的冷却装置对钢板进行淬火，使零件形成均匀的马氏体组织，获得良好的尺寸精度和机械性能。研究表明，就目前常用的热冲压钢材而言，实现奥氏体向马氏体转变的最小冷却速率为27~30℃/s，因此要保证模具对板料的冷却速度大于此临界值。

(5)、后处理。在成形件从模具中取出以后，还需要对其进行一些后续的处理，如利用酸洗或喷丸的方式去除零件表面的氧化皮，以及对零件进行切边和钻孔。热冲压件由于强度太高，不能用传统的手段对其进行切边及钻孔加工，而必须用激光技术来完成。图4为工艺流程。

3 热成型模具设计

    在热成型过程中，板料和模具都要经过加热到1000°C的高温，并且成型和淬火都要在模具上进行，所以模具设计是热成型技术的一大难点。其主要技术包括模具结构设计、模具表面设计和冷却系统等。需要通过ABAQUS、LS-DYNA等仿真软件进行成型模拟和冷却状态模拟。利用材料的高温性能，如流变曲线、摩擦因数、FLD等参数进行成型模拟，同时进行热传递模拟，这一过程实际是热力学、机械学耦合模拟过程。模拟结果将作为模具设计的重要依据，并作为试生产依据。

4  结束语

    近年来，热冲压件在车身上的应用越来越广泛，主要部位包括A/B/C柱、加强板、中通道、保险杠等。然而，在车身零部件强的提高的同时，热冲压件的冲击韧性受到越来越多的关注。因为材料微观组织又非常硬的马氏体构成，导致韧性降低。而在车身碰撞试验中，这些零件通常放在承受很高冲击载荷的位置，但是目前还没有可靠的材料可用来进行韧性与脆性之间的转换，所以这是热成型件在今后发展中需要解决的问题。世界各国汽车业投入大量的精力来开展以硼钢为主的先进高强度钢板开发及热成形技术的研究，并取得了长足的发展。这项技术在我国还属于起步阶段，因此对超高强度硼钢热成形技术的研究对我国的汽车工业的发展具有重要意义。