超高强度钢板冲压件热成形工艺.

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超高强度钢板冲压件热成形工艺

热成形技术是近年来出现的一项专门用于生产汽车高强度钢板冲压件的先进制造技术。本文介绍了该技术的原理,讨论了材料,工艺参数.模具等热成形工艺的主要影响因素,完成了汽车典型件热成形工艺试验试制。获得了合格的成形件。检测结果表明。成形件的微观组织为理想的条状马氏体,其抗拉强度.硬度等性能指标满足生产要求。

1前言

在降低油耗、减少排放的诸多措施中.减轻车重的效果最为明显.车重减轻10%.可节省燃油 3%一7%,因此塑料.铝合金.高强度钢板等替代材料在车辆制造中开始使用。其中,高强度钢板可以通过减小板厚或者截面尺寸等方式减轻零件质量.在实现车辆轻量化和提高安全性方面比其他材料有明显优势,可以同时满足实现轻量化和提高安全性的要求,因此其在汽车领域内的应用越来越广泛。

热成形技术是近年来出现的一项专门用于成形高强度钢板冲压件的新技术,该项技术以板料在红热状态下冲压成形并同时在模具内被冷却淬火为特征.可以成形强度高达1500MPa的冲压件,广泛用于车门防撞梁.前后保险杠等保安件以及A 柱,B柱.C柱.中通道等车体结构件的生产。由于具有减轻质量和提高安全性的双重优势,目前.这一技术在德国.美国等工业发达国家发展迅速.并开发出商品化的高强

钢热冲压件生产线.高强钢热冲压件在车辆生产中应用也很 .一吉林大学材料学院谷诤巍姜超

●机械科学研究总院先进制造技术研究中心单忠德徐虹

广泛。国内汽车业对该项技术也十分认同,并有少数几个单位从国外

耗巨资引入了相关技术与生产线, 为一汽-大众等汽车制造公司的部分车型配套热冲压件,关于该项技术的研究工作也已经开始。本文阐述了热冲压成形工艺原理,对典型冲压件的热冲压

成形工艺进行试验研究。

2热冲压成形工艺原理

热成形工艺原理如图 1。首先把常温下强度为

500-600MPa的高强度硼

合金钢板加热蛩J880-950℃.使之均匀奥氏体化. 然后送入内部带有冷却系统的模具内冲压成形.之后保压快速冷却淬火.使奥氏体转变成马氏体.成形件因而得到强化硬化.

强度大幅度提高。比如经过模具内的冷却淬火,冲压件强度可以达到

1500MPa.强度提高了250%以

上,因此该项技术又被称为。冲压硬

化”技术。实际生产中,热冲压工艺又分为两种.即直接工艺和间接工

艺。图1a所示的是直接工艺,下料

后.直接把钢板加热然后冲压成形. 主要用于形状比较简单变形程度不大的工件。对于一些形状复杂的或者拉深深度较大的工件.则需要采用间接

(a直接工艺

田1热冲压成形工艺原理

工艺.先把下好料的钢板预变形,然

后再加热实施热冲压,如图1b。可

用高强钢制造的车体构件如图2。

与传统冷冲压工艺相比,该工艺有如下诸多优点。

(1成形后零件强度等性能指

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2009年第4期汽车工艺与材料AT8‘M

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15

万方数据

生产碗场 -±产搬瑚

种特殊的具有白硬性的硼合金高强度钢板。和现在的双相钢(DP、相变诱导塑性钢 (TRlP、复相钢(CP、马氏体{N(Mart等汽车高强度钢板不同,

图2可用高强度钢板热成形技术制造的车身构件

这些钢板常温下

标大幅度提高。

(2、高温下材料塑性好.成形能力强.可成形冷冲压无法成形的复杂零件,也可将冷冲压需要多道工序、多套模具成形的零件一次成形.还可将几个冷冲压件合成一个件一次成形(比如运用热冲压工艺可以}巴Honda越野车油箱防护罩的 5个件整合成3个件.减少零件数量 40%,因此需要模具数量少.成本低.周期短。

(3高温下成形没有回弹.完全消除了回弹对零件形状的影响, 实现高精度成形,这是常规冷冲压成形所无法比拟的,如图3。

图3两种工艺成形件对比

(4高温下材料变形阻力小. 威形力小。所需压力机吨位小,温热成形压机吨位一般在800t以内, 冷成形压机在2

500

t以上,因此可

以大幅削减设备投资.减少能耗。

3热冲压成形工艺的主要影响因素

3.1材料

热;中压成形工艺中采用的是一

强度就很高,并且通常都采用冷;中压工艺制造零部件,成形前后零件的微观组织没有变化.强度等指标基本上保持不变。而热威形工艺中使用的硼合金钢板是一种低碳微合金钢,添加了一定量的B元素,提高了钢板的淬火性能,威形后发生相变.强度等指标成倍提高。另外, 还添加了Ti、Cr、Mo,Cu、Ni等多种合金微量元素,因而提高了材料的屈服强度以及其他力学性能.材料力学性能也很稳定。表1是典型的热冲压成形钢板22MnB5的主要成分,这种钢板常温下的强度不很高.抗拉强度仅有500-700MPa.

塑性、可成形性等性能也很好.而通过热成形工艺的加热、成形、冷却后. 成形件被淬火.微观组织转变成马氏体.强度、硬度等指标大幅度提高,屈

服强度可以达到1

000

MPa以上.抗

拉强度达到1500MPa,硬度可以达N50HRC。但是塑性指标明显下降,比如成形前这种高强度硼合金钢板的伸长率一般在24%以上.而成形后零件的伸长率只有8%左右。 3.2工艺参数

热冲压成形技术是一项完全不

同于传统冷冲压成形的板料成形新技术.工艺参数纵多,工艺过程复杂.包括加热、成形和冷却等多个关键技术环节。为了实现奥氏体向马氏体的转变.确保产品的力学性能.不同环节的工艺参数的选择是至关重要的。

加热阶段的主要工艺参数是加热温度和保温时间。加热温度应该保持在再结晶温度以上.以确保板料奥氏体化.但是加热温度不能过高,否则会导致板料表面过烧和晶粒长大.影响淬火后的零件质量和性能。保温时间影响奥氏体化的均匀性.板料加热到指定温度后应该保温一段时间,以促进奥氏体化进程.但是保温时间不能过长,否则也会导致晶粒长大,恶化零件力学性能,另外还增加了生产周期.降低生产效率。

在成形阶段.板料须在奥氏体状态下冲压成形,需要采用较高成形速度.使工件瞬间内被快速成形.以避免因成形速度过慢而带来的过多热量损失以及过快的温度下降。因此.热冲压工艺中要采用能够实现高速成形较快的液压机。

在冷却阶段,成形件被模具表面冷却淬火,发生相变.使奥氏体转变成马氏体,实现强化。但是这种相变与冷却速度有关,只有在冷却速度超过某一临界数值后.才能使奥氏体转变成马氏体.否则冷却速度过低成形件中将会出现贝氏体等其他组织,影