浅谈热冲压成形技术_苑雪雷

是单纯的车身减重， 而是和车身性能设计紧密联系在一起的一个系统的平衡设计。在此
DOI:10.13596/j.cnki.44-1542/th.2016.0140
Talking About Hot Stamping Forming Technology
【Abstract】Vehicle body lightweight design is a systematic balance design,vehicle body design contains 7 elements:safety,durability,NVH,function, process,cost and weight.Among them,safety, NVH,durability represents the performance of the vehicle body;the evaluation standard of cost,weight and process input in exchange for the best security,NVH performance,durability and of the vehicle body.In this case,the hot stamping forming technology arises at the historic moment. Key words: lightweight; hot stamping; die vehicle body design quality depends on the balance between the 7 elements.With the minimum achieve the corresponding vehicle body function.Thus,vehicle lightweight design is not just reduced the weight but a systematic balance design closely connected with the performance design
形领域中最高的综合设备效率） ， 与箱式加热炉相比， 非常少的氮气损耗 （在使用保护气氛时） ， 热钢板从加 热炉出来都在相同的位置， 自动化系统简洁， 可以选 用天然气加热， 升温快， 维护工作少， 若要增加产能， 可以增加辊底式炉长度， 更换新产品同时换模具 （安 全区域） 。 缺点： 占地面积大， 加工铝硅涂层板时， 传送辊会 脏污， 采用特殊抗粘涂层辊。
个箱子故障停止工作， 其他箱子可继续生产。
4.3
快速液压机
在压机上同时进行成形和淬火， 成形淬火要求液
压机： 快速闭合和成形， 在淬火过程中需要保压。
5
轻量化发展趋势， 带动新的成形技术
随着能源危机和环境问题的加剧， 节能减排、 低
碳环保已经成为汽车制造业最重要的出发点。因此， 轻量化已是大势所趋。这导致了先进高强钢的开发 及相应的成形技术的发展。超高强度钢热成形技术 有着巨大的市场前景与发展的生命力， 目前国内的生 产线还处于起步阶段， 及时拥有新技术的生产线， 等 于拥有市场， 在企业竞争中才能处于不败之地。
参 考 文
献
[1] 谭海林， 赖春明， 李文元. 高强度钢板热冲压成形模具设计 [2] 王孝培. 冲压手册[M]. 北京： 机械工业出版社， 2000. 规范[J]. 模具制造， 2015， （3） ： 17~21
师， 从事工作： 汽车车身件设计开发。
第一作者简介： 苑雪雷， 男， 1986 年生， 助理工程
3.1
模具材料选择
热冲压模具材料应具有较高的强度、 硬度、 耐磨
性、 疲劳寿命与导热性能等， 并具有良好的热稳定 性。关于模具材料选择如表 1 所示。
材料 特点 Glidcop
表1
热冲压模具材料
HHD H13、 Cr12MoV 5CrNiMo
合金镀层。 2.2.1
性能最好、 价 性能较好、 价 性能较好、 价 性能较差、 格昂贵 格较贵 格适中 价格便宜 中批量生产 小批量生产 实验、 研究
·冲 模 技 术·
成形性能的提高可以减少变形的工序数量。 技术进行介绍。 本文主要从材料、 设备及工装 3 个方面对热成形 ① 加热过程无需保护气体， 无表面脱碳； ② 冲压后无 板件； ③多数部件后期无需防腐保护。 2.2.2 Zn 或 Zn 合金镀层 需喷砂处理或酸洗， 特别适用于厚度小于 1.5mm 的薄
4
4.1
热成形设备
为热成形生产线。
Hale Waihona Puke Baidu
热成形设备包括： 机器人、 加热炉及压力机， 图5
较差。
加热炉
分为多层箱式加热炉与辊底式加热炉。全球
90%以上使用的热成形硬化加热炉是辊底式加热炉。
图2
钻孔式结构
3.2.2
分层式 模具型面与模具其他部分以冷却管道为界面分 优点: 随型性较好 ， 换热面 缺点： 需要很高的机加工精
1
引言
汽车轻量化是现代汽车设计制造的一大主流， 可
点， 高温下， 材料塑性、 成形性好， 能一次成形复杂的 冲压件； 高温下成形能有效地消除回弹的影响， 制件 精度高， 成形质量好。温热成形工艺打破常规， 构思 新颖， 是冲压成形领域的前沿技术， 可广泛应用余汽 车前后保险杠、 A 柱， B 柱、 C 柱、 车顶构架、 车底通道 框架、 仪表台支架、 以及车门内板、 车门防撞梁等构件 的生产。 点： ① 塑性好、 成形极限高、 易于成形复杂零件， 不易 起皱和破裂， 而且成形后几乎没有回弹； ② 变形抗力 降低， 降低了模具的单位压力， 相应地降低了对冲压 设备和模具的要求； ③ 材料通过热加工后的空冷， 晶 粒得到了细化， 综合机械性能得到了大幅度提高； ④
图 3 分层式结构
层设计加工 （见图 3） 。 积大， 密封简单。
度， 冷却管道复杂， 传热性能差。 3.2.3 淋蓬式 模具型面上开设一系列小孔，
图 4 熔铸式结构
在孔里安装喷头， 在模具合模后， 利用高压冷却液喷雾到热钢板上 实现淬火。 优点： 冷却效果好， 材料相变 充分， 零件力学性能优异。 缺点： 加工困难， 模具上残留 水滴对模具型面损害严重， 降低模 具寿命。 3.2.4 熔铸式 将固定的冷却管道整体预埋
耐高温， 主要应用在汽车的排放系统， 其优点为：
适用性 大批量生产
图1
热成形模具
《模具制造》 2016 年第 6 期
·9·
·冲 模 技 术·
3.2 模具结构设计
热冲压模具结构设计的主要考虑因素包括： 冷却 图 4） 。
优点： 冷却管道排布灵活， 随型性好， 管道密封简 缺点： 模具强度较差， 熔铸工艺复杂， 管道与基体
《模具制造》 2016 年第 6 期
（2） 技术优势： 热成形技术不仅有高强度比的优
提高燃油经济性， 实现节能减排不能以牺牲安全性为 代价。近年来， 全球汽车轻量化发展势头迅猛， 对高 强钢热成形制造需求量巨大高强度钢板热冲压装备 生产线市场前景极为看好， 热成形技术得到大力发 展。本文主要针对热成形技术作出简要阐述。 （1） 定义： 超高强钢板热成形工艺是将高强度钢
2 热成形材料 2.1 材料选择
镀锌技术是汽车工业中最成熟应用最广泛的镀
层技术， 但在热成形工艺中， 由于温度高， 表层的锌会 氧化， 镀层容易形成裂纹， 因此实际应用中受到很多 限制。 压用钢——冷轧 B150OHS、 热轧 B15OOHS， 并实现批 量供货。 目前， 国内钢厂只有宝钢开发了不带镀层的热冲
板加热到奥氏体温度范围， 钢板组织完成变化后， 快 速移动到模具， 快速冲压， 在压机保压状态下， 通过模 具中布置的冷却回路并保证一定的冷却速度， 对零件 进行淬火冷却， 最后获得超高强度冲压件 （内部组织 为马氏体， 抗拉强度在 1,500MPa 甚至更高） 的一种新 型冲压成形工艺。 ·8·
与冷冲压相比， 板料的热冲压成形具有以下优
目前热成形用钢主要有 4 种： Mn-B 系 列 ，
经应用的热成形材料强度级别最高的为 1,800MPa,如
3
热成形模具
热冲压模具与冷冲压模具的区别为： 模具中布置
2.2
的冷却回路并保证一定的冷却速度， 在板料高温成形 后对制件进行淬火冷却， 最后获得超高强度冲压件。 如图 1 所示。 热成形模具主要包括材料选择和结构设计。
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镀层选择
热成形材料分为无镀层钢板及镀层钢板两种，
其中无镀层钢板加热、 冲压过程中有氧化皮， 需喷砂 处理， 制件储存过程易生锈， 制件耐腐蚀性能差， 但 成本低且焊接性好。镀层钢板加热、 冲压过程中无 氧化皮， 无需喷砂处理， 制件储存过程不生锈且耐腐 蚀性能好， 但成本较高且加热过程中镀层易和陶瓷 辊粘结。 热成形钢的镀层有两种： Al-Si 镀层和 Zn 或 Zn Al-Si 镀层
（收稿日期： 2016-02-28）
4.2
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Mn-Mo-B 系 列 ， Mn-cr-B 系 列 ， MN-W-Ti-B 系 列 ， 1500MPa 强度级别的热成形材料应用最为普遍、 最为 成熟， 主要用于热冲压的高强度和超高强度汽车板为 含硼钢板。目前应用成熟的热成形冲压淬火材料强 度可达 1,500MPa， 其基本材料为 22MnB5。现阶段已 马自达 CX-5， 1,000MPa 强度级别以下的热成形材料 用于 TWB 技术， 2,000MPa 以上材料正在研发。
·冲 模 技 术·
浅
谈
热 冲 压 成 形
苑雪雷， 叶明礼， 尹诗崭
技
术
071000）
河北省汽车工程技术研究中心， 长城汽车股份有限公司技术中心 （河北保定
【摘要】车身轻量化设计是一个系统的平衡设计， 车身设计包含了 7 大要素： 安全、 耐久、 NVH、 功能、 工艺、 成本及重量。其中， 安全、 NVH、 耐久代表了车身性能表现； 车身设计质 量的评价标准取决于这 7 大要素之间的平衡程度。用最小的成本、 重量和工艺投入换来最 优的安全性、 NVH 表现、 耐久性并实现相应的车身功能。由此可见， 车身轻量化设计并不 种情况下， 热冲压成形技术应运而生。 关键词:轻量化； 热冲压成形； 模具 中图分类号： TG385.2 文献标识码： B
图5 热成形生产线
在砂型中， 采用铸造方式获得模 坯， 机加工后得到一体化模具 （见 · 10 ·
《模具制造》 2016 年第 6 期
·冲 模 技 术·
4.1.1 多层箱式加热炉 优点： 结构紧凑， 加热后不需要定位工作， 如果一 缺点： 非常复杂的自动化系统， 同样板料， 升温加 热时间更长 （更多能耗） ， 目前只有电加热， 未经过市 场长期验证的工艺， 在保护气氛下仍产生氧化结皮， 还未解决， 并且很高的氮气损耗。热钢板从箱子出来 时高低位置不同 （热钢板进入压机经过的路线不同） ， 不同移动的路线， 在尽量缩短热板料在空气中暴露时 间的情况下， 如何保证同样时间进入压机， 是对自动 化系统的一个挑战。 4.1.2 辊底式加热炉 优点： 经过长期市场验证的系统 （在压力硬化成 降温和氧化； 快速上料机械手的时间是 2s。 快速机械手可以降低红热钢板在转移过程中的
系统排布、 模具强度、 模具密封性等， 其中最重要的是 钻孔式、 分层式、 淋蓬式、 熔铸式。 3.2.1 钻孔式
冷却系统， 目前主要有 4 种热冲压模具设计制造方法：
单可靠， 易于机加工。 间要实现冶金结合， 位置精度要求高， 难以实现局部 维修。
制件热冲压模具 （见图 2） 。
热冲压模具常用设计制造方式， 主要适用于简单 优点： 易加工， 便于更换分块模具， 通用性好。 缺点： 无法做到随型加工， 模具冷却均匀性能