高强钢冲压成型润滑技术

高强度钢冲压成型的润滑技术

高强度钢冲压成型的润滑技术

高强钢、超高强钢在车辆车身上的应用，不仅实现了车辆的轻量化，而且显著提高了车辆碰撞强度和安全性能，因此成为车用钢材的重要发展方向。随着板料强度的提高，传统的冷冲压工艺在成型过程中容易产生破裂现象，无法满足高强度钢板的加工工艺要求。在无法满足成型条件的情况下，目前国际上逐渐研究超高强度钢板的热冲压成形技术。该技术是综合了成形、传热以及组织相变的一种新工艺，主要是利用高温奥氏体状态下，板料的塑性增加，屈服强度降低的特点，通过模具进行成形的工艺。但是热成型需要对工艺条件、金属相变、CAE 分析技术进行深入研究，目前该技术被国外厂商垄断，国内发展缓慢。

下面就高强钢在冷冲压成型方面进行探讨和分析。

1. 高强钢冲压过程中出现的问题

高强钢的应用不断扩大，有些车型的车身框架高强度钢的应用已达90%（如图1）

根据美国钢铁学院能量部的研究，即使高强度钢降低部分数值其拉伸还是要比传统的冷板困难得多。高强钢的延展率只有普通钢材的一半(如图2)。

高强钢屈服强度

当材料被冲压成形时，会变硬。不同的钢材，变硬的程度不同，一般高强度低合金钢只略有3 KSI增加，不到10％。注意：双相钢的屈服强度有20KSI 增加，增加了40％多！金属在成形过程中，会变得完全不同–完全不像冲压加工开始之前。这些钢材在受力后，屈服强度增加很多。材料较高的屈服应力加上加工硬化，等于流动应力的大大增加。——这会引起需要更多的吨位来制作部件——它会使金属的变形温度增加（可能会燃烧或破坏不恰当的润滑剂），硬点会增加模具磨损——涂层可能会于事无补或无法持续到和预期的时间一样长。

综上所述，高强钢成形的高压力要求、回弹的增加、加工硬度的增加、高成型温度下的操作对模具及润滑都提出了挑战。

2. 润滑剂分析

过去, 生产深冲或者重冲工件，大家都认为耐压型(EP) 润滑油是保护模具的最好选择。硫和氯EP添加剂被混合到纯油中来提高模具寿命已经有很长的历史了。但是随着新金属-高强度钢的出现，环保要求的严格，EP 油基润滑油的价值已经减少，甚至失去市场。

在高温下高强度钢的成型，EP 油基润滑油失去了它的性能，无法在极温应用中提供物理的模具保护隔膜。而极温型的IRMCO高固体聚合物润滑剂则可以提供必要的保护。

随着金属在冲压模具中变形，温度不断升高，EP 油基润滑油都会变薄，有些情况下会达到闪点或者烧着（冒烟）。IRMCO高分子聚合物润滑剂一般开始喷上去时稠度低得多。随着成形过程中温度的上升，会变得更稠更坚韧。实际上高分子聚合物极温润滑剂都有“热寻性”而且会粘到金属上，形成一个可以降低摩擦的隔膜。这个保护屏障可以允许工件延展，在最高要求的工件成型时没有破裂和粘接，以此来控制摩擦和金属流动。（如图4）

从上图可以看出爱美可水基冲压润滑剂HSP（高固体聚合技术）技术不但改善了冲压过程中金属的流动，而且形成了降低摩擦的隔膜，有效的保护了工件和模具，可以看出，三千个工件以后，工件表面质量得到明显的改观，同时有效的保护了模具，延长了模具使用寿命。

3. 润滑剂成型能力对比

美国绿叶技术实验室对IRMCO产品和汽车行业通过认证的拉伸油以及合成润滑剂，在美国DP780超高强度钢上进行了成型对比实验。采用了俄亥俄州立大学的茵特拉根(Interlaken)拉伸成型测试法。这种方法被证实用于测试实际结果非常准确。IRMCO达到的数值是145 比汽车行业通过认证的拉伸油的115和合成润滑剂的110 超过了25%。数值越大，说明成型能力越好。（如图5）

4. 成功案例

5. 国内测试

冲压工件情况如下：

由于工件材质为FB780，且板厚4mm，成型困难。现企业采用油基润滑剂，使用自动化生产线多工位成型，润滑油由自动给涂装置供给。在对高强钢的成型过程中使用液压油进行润滑，由于油遇到高温起不到润滑作用，工件质量得不到保证，模具、工件温度较高，温度随工件的冲压频率、件数而升高，工件质量也随之下降，工件、模具温度最高达到200余℃，制约了企业在高强钢方面的成型应用。

2012年6月12日，美嘉华国际两名技术工程师前往该企业进行该工件的测试工作，使用爱美可146-492 对工件进行成型测试，由于受现场条件限制我们利用人工喷涂的方式，采用雾气手动喷壶对工件毛胚进行喷涂，共生产数十件，稀释比例1：1，工件成型质量满足企业要求，工件温度明显低于用油成型中所产生的温度。工件表面光洁度高。对模具的修复，因为试验数量较少无法检测到模具的变化。整个测试过程比较顺利，工件成型质量稳定，表面质量较好。

测试过程如下：

爱美可水基冲压润滑剂对于比较难以成型的高强钢、不锈钢、深拉伸等部件成型质量好，工件表面质量得到了明显改善，工件、模具温度下降，模具寿命得以提升，并且后续工艺流程得以大幅改善，为企业精益生产、绿色生产提供了保障。

6. 爱美可与企业合作意义

爱美可水基冲压润滑剂的使用，将会给企业带来生产工艺、环境保护、节能降耗、提高生产效率等方面的变化，具体表现在：

生产工艺的大大简化 - IRMCO 工艺流程如下：

a.冲压成型：IRMCO产品和渗碳模具兼容，所含聚合物的热寻性在冲压温

度升高时强力保证润滑膜层。润滑效果和金属流动性的提高，降低了冲

压工作温度，在增加了冲压速度的同时，模具得到了更好的保护，可以

减少模具昂贵保护涂层的需要，有效保证工件成型率和表面质量。

b.焊点焊接：不需任何处理就可以直接进行焊接，不但不会产生虚焊、假

焊，而且不会产生有毒油烟和刺激异味，极大的提高工作效率。保证工

件洁净并利于搬运，节省手套、棉纱等用量。

c.清水水洗：可以使用26.7~43℃清水进行清洗，大幅度降低能耗；可以

使清洁池内沉淀物减少75%，避免多次重新清洗；可直接排放，并达到

对鱼类无害的标准，污水排放量的减少使处理费用降低。

d.磷化处理：由于易于清洗，可以使工件达到高清洁度，全面提高磷化效

果。

e.电泳涂装：IRMCO 产品和电泳漆兼容，同时工件高清洁度增强了电泳涂

装的质量。

f.面漆喷漆：IRMCO 产品可以与电烤漆和粉漆完全兼容。工件的高清洁度

提高了喷漆附着力，漆可以喷得更薄，同时喷漆表面无气孔、流淌现象。

IRMCO 润滑技术在有效保证冲压环节的同时，对工艺流程进行了大幅的简化，并且对后序的磷化处理、电泳涂装、面漆喷漆产生了积极的影响。为用户