熱成形工藝的案例
22MnB5 熱成形門環(huán)試制工藝及缺陷分析
非涂層熱沖壓鋼22MnB5 的拼焊門環(huán)生產(chǎn)仍然有許多技術(shù)難點，目前還沒有量產(chǎn)車型應用信息。本文通過非涂層熱成形鋼的試制生產(chǎn)，對試制工藝、各類缺陷進行分析和整改，并對比前期工藝方案，用以指導非涂層熱成形門環(huán)的批量生產(chǎn)，對于降本和輕量化具有很大的借鑒意義。
近年來，由于安全法規(guī)和環(huán)保要求越來越嚴格，以及客戶對于整車安全、舒適性和耐久性的期望也越來越高，越來越多超高強鋼熱成形工藝技術(shù)的應用，有效提升了車身碰撞性能，減輕車身重量等。帶涂層的熱成形鋼因其涂層保護，目前廣泛應用于直接成形的工藝生產(chǎn)中，比如A、B、C 柱、各類梁類件中。隨著越來越多的零件采用熱成形工藝，以及焊接技術(shù)的發(fā)展，一體式熱成形門環(huán)，以及雙門環(huán)的“安全籠”方案取代傳統(tǒng)多個零件，逐漸成為車身結(jié)構(gòu)設計和應用的一個新趨勢，不僅可以增強汽車側(cè)碰性能，還可以有效應對IIHS 的25%小角度偏置碰撞。
帶涂層熱成形門環(huán)通常采用直接沖壓工藝，免除后續(xù)的噴丸工序，零件尺寸精度控制較高。由于原材料、激光拼焊和模具等專利技術(shù)的限制，目前鋁硅涂層熱成形門環(huán)使用廣泛，但是成本較高，因此使用非涂層熱成形鋼如何去除和控制氧化皮就成為沖壓廠生產(chǎn)的技術(shù)核心，但目前非涂層熱成形鋼門環(huán)生產(chǎn)仍然有很多技術(shù)難點。
本文采用非涂層熱沖壓成形鋼22MnB5進行激光拼焊門環(huán)的試制生產(chǎn)，對比前期4 個零件的工藝指標，對試制工藝、缺陷分析和整改進行討論，用以指導非涂層熱成形門環(huán)的批量生產(chǎn)。
試制材料和工藝
本文所采用的試制材料為某鋼廠已工業(yè)化生產(chǎn)的非涂層熱成形鋼，牌號為22MnB5。門環(huán)的毛坯材料為4塊落料片激光拼焊而成，厚度為1.2mm+1.4mm，其對比方案是采用傳統(tǒng)沖壓和焊接工藝生產(chǎn)的4 個零件，具體如圖1 所示。
展開 什么是熱沖壓成形技術(shù)
熱沖壓成形一般是將鋼板首先加熱到900℃左右的奧氏體后進行沖壓，而后通過對沖壓模具快速注水實現(xiàn)零件的冷卻，通過這種熱循環(huán)和冷卻過程，鋼板的強度可以大大提高，抗拉強度由交貨狀態(tài)下的約500MPA提高到熱沖壓成形后的約1500MPa。根據(jù)工序過程的不同，熱沖壓成形可分為直接熱沖壓成形和間接熱沖壓成形兩種工藝。
（1）直接熱沖壓成形技術(shù)
熱成形鋼板下料后，不經(jīng)過預成形，直接加熱到奧氏體化溫度，然后放入模具中快速成形，一旦沖壓形狀到達預定值，零件立即被淬火硬化，見圖1。該工藝主要用于形狀較簡單且變形程度不大的工件，由于直接成形工藝成本較低，使用也最為廣泛。
圖1 直接熱沖壓成形工藝示意圖
（2）間接熱沖壓成形技術(shù)
熱成形鋼板首先在常規(guī)冷成形模具中成形到最終形狀的90%～95%，然后將預成形的零件加熱奧氏體化后熱沖壓成形和淬火硬化，工藝過程見圖2。對于一些形狀復雜或者拉延深度較大的零件，間接熱沖壓成形可以避免成形開裂，零件的預成形可以減小材料與模具之間的相對位移，從而減小模具表面在高溫下的磨損。采用鍍鋅涂層熱成形鋼的零件一般必須使用間接熱沖壓成形工藝。
圖2 間接熱沖壓成形工藝示意圖
無論是直接熱沖壓成形和間接熱沖壓成形，典型工藝過程一般都包括以下幾個工序過程：開卷落料、零件加熱、沖壓成形、淬火、激光切割、噴丸和涂油等。
a.開卷落料
現(xiàn)代沖壓工藝為了提高材料的利用率和生產(chǎn)的效率，一般會采用開卷落料的方式。
b.熱沖壓成形零件的加熱
目前主要的加熱類型包括輻射加熱、感應加熱和電傳導加熱三種。
c.熱沖壓成形
熱沖壓成形最大的特點是沖壓過程是在高溫狀態(tài)下完成的，且熱沖壓時板料的溫度必須在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以上。
目前熱沖壓工藝的發(fā)展方向是如何提高熱沖壓成形的生產(chǎn)效率，縮短成形周期。
展開 汽車B柱內(nèi)板熱沖壓成形工藝優(yōu)化的模擬分析
摘 要：針對某品牌汽車B柱內(nèi)板的成形工藝問題，研究了零件22MnB5高強度鋼的熱沖壓成形參數(shù)對成形質(zhì)量的影響，以最大減薄率、最大增厚率和最大回彈量為評價目標，通過正交實驗和極差分析，獲得零件熱沖壓成形的最優(yōu)工藝參數(shù)，并完成最優(yōu)工藝參數(shù)的成形仿真和回彈分析，仿真結(jié)果表明零件的厚度分布均勻，零件最大減薄率為10.1%,最大增厚率為7.1%,零件的回彈量小，最大回彈量為0.714 mm,該零件成形質(zhì)量符合設計要求，表明了該零件熱沖壓成形優(yōu)化方案的可行性。
關(guān)鍵詞：B柱內(nèi)板;熱沖壓;工藝參數(shù);
目前，中國汽車工業(yè)飛速發(fā)展，汽車保有量逐年上升，同時也面臨能源、環(huán)保等問題，如何開發(fā)節(jié)能環(huán)保的“綠色汽車”受到各汽車廠商的重視[1]。實現(xiàn)“綠色汽車”的主要方法為應用新能源、優(yōu)化引擎性能和汽車輕量化等，其中汽車輕量化是較為有效的方法。據(jù)相關(guān)研究表明，汽車質(zhì)量減少100 kg, 百公里可節(jié)省0.5 L燃油[2,3]。汽車輕量化的方法主要為材料優(yōu)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩種，材料優(yōu)化是使用高性能或輕質(zhì)材料替代普通材料，例如使用高強鋼或鋁合金材料替代普通鋼鐵材料達到車身減重的目的；結(jié)構(gòu)優(yōu)化是通用對零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行改進和優(yōu)化達到減少材料用量[4,5,6]。汽車B柱內(nèi)板屬于鈑金件，很難通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化實現(xiàn)輕量化，采用材料優(yōu)化是比較合理的方法。高強鋼具有安全性高、成本低廉等優(yōu)點，是汽車輕量化用材應用最廣泛的材料，但在冷沖壓成形中易出現(xiàn)開裂和回彈問題，為了解決這些問題，可采用熱沖壓成形技術(shù)[7,8]。在熱沖壓成形中板料初始溫度、模具初始溫度、壓邊力和沖壓速度等工藝參數(shù)對零件成形質(zhì)量有較大影響[9,10],因此，對熱沖壓成形工藝參數(shù)優(yōu)化具有十分重要的意義。
展開 TA15軸承座熱等靜壓工藝成形技術(shù)研究
本項目采用850℃～980℃溫度、施加壓力不小于120MPa、保持2h～4h成形后爐冷的熱等靜壓工藝，700℃～850℃保溫1h～4h，冷卻到100℃以下出爐空冷的熱處理工藝成形出尺寸和表面質(zhì)量滿足加工要求、室溫拉伸性能接近鍛件水平的粉末制件，實現(xiàn)了鈦合金復雜結(jié)構(gòu)件的整體近凈成形。
熱等靜壓工藝（HIP）是一種以氮氣、氬氣等惰性氣體為傳壓介質(zhì)，將制品放置到密閉的容器中，在一定的溫度和壓力的共同作用下，向制品施加各向同等的壓力，對制品進行壓制燒結(jié)處理的技術(shù)。HIP成形技術(shù)是在冷等靜壓和熱壓技術(shù)基礎上發(fā)展起來的綜合工藝，HIP最早開始用于難成形材料的制坯和擴散連接。但隨著HIP設備和計算機技術(shù)的發(fā)展，HIP在近凈成形難加工材料復雜零件方面的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)了出來，成為當今世界工業(yè)發(fā)達國家研究的熱點。
HIP近凈成形技術(shù)結(jié)合了粉末HIP技術(shù)制備高性能組織和模具（包套與型芯）控形技術(shù)，在一次熱等靜壓過程中同時實現(xiàn)材料致密和構(gòu)件成形的工藝過程，是典型的“材料-工藝一體化技術(shù)”。其主要涉及粉末制備、包套與型芯設計與制造、熱等靜壓工藝、包套與型芯的去除等。其中，包套為成形粉末提供真空環(huán)境，并傳遞溫度、壓力致密粉末，型芯約束最終零件的結(jié)構(gòu)。熱等靜壓后，包套和型芯一般需要去除，結(jié)構(gòu)簡單的包套和型芯采用傳統(tǒng)的機械加工方法即可去除，結(jié)構(gòu)復雜部位一般采用選擇性腐蝕的方法去除。去除包套和型芯后，即可獲得高致密、力學性能與鍛件相當、尺寸精度高的金屬零件，整個過程幾乎不產(chǎn)生任何廢料。
熱等靜壓技術(shù)早期主要用于核燃料的制備，20世紀80年代美國空軍材料實驗室將該工藝擴展到了制造鎳基高溫合金和鈦合金的預成形坯。國內(nèi)導彈研究院的李海泓分析了鈦合金粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點，并采用鈦合金粉末冶金技術(shù)成形出性能優(yōu)越的空空導彈伺服機構(gòu)殼體。
展開 
熱成形技術(shù)在汽車輕量化中的應用
（3）采用熱成形方案的B柱（斷面）：一般包含側(cè)圍外板、B柱加強板（件號1）、B柱補強板（件號2、4、5），B柱內(nèi)板（件號4）等件。
對比以上3種方案，采用熱成形方案在B柱截面外廓尺寸不變的前提下，B柱加強板的厚度為最低，重量最低，成本最低。
2.熱成形零件結(jié)構(gòu)設計
?。?）熱成形孔結(jié)構(gòu)設計。熱成形板成形時的延伸率達到36%～37%，成形性能良好。因此，熱成形的零件結(jié)構(gòu)設計可參考傳統(tǒng)冷成形零件，但在進行熱成形零件結(jié)構(gòu)設計時需要注意：熱成形B柱的設計中，應該避免圓孔翻邊（見圖2）。目前的熱沖壓工藝中還無法進行圓孔熱翻邊，對成形后的B柱進行圓孔翻邊也極為困難。
（2）熱成形B柱的鉸鏈安裝點結(jié)構(gòu)。B柱上需設計車門鉸鏈及車門限位器等的安裝點，其結(jié)構(gòu)特點為：除B柱加強板外在安裝點處還設計安裝螺母板，以提升安裝點處的結(jié)構(gòu)剛度，圖3為典型的B柱車門鉸鏈安裝點處斷面。
?。?）熱成形B柱防銹設計。為使B柱外腔達到良好的電泳效果，B柱加強板與側(cè)圍外板間、以及與相臨加強板間最小隙要達到5mm以上，如圖4所示。
熱成形仿真分析
1.熱成形仿真與沖壓工藝
B柱結(jié)構(gòu)設計完成后，需要進行熱成形工藝仿真分析。如圖5所示，該結(jié)構(gòu)產(chǎn)品件成形良好，無缺陷。熱成形設備與模具結(jié)構(gòu)如圖6所示，基本結(jié)構(gòu)分為：模具，板料，托料板，頂桿。
展開 熱沖壓成形的熱點分析
熱沖壓成形模具的開發(fā)流程如圖1所示。
圖1 熱成形模具的開發(fā)流程
熱沖壓成形零件的檢測評價
熱沖壓成形零件的檢測評價包括：⑴零件形狀的檢測，要滿足熱成形零件設計的公差要求。⑵基本力學性能（包括高速拉伸性能）和組織的檢測，滿足所用鋼種淬火、低溫回火組織的性能和顯微組織的要求。由于熱成形后的零件強度性能很高，在進行熱成形力學性能測試時，要特別注意屈服強度、抗拉強度、延伸率的測試方法和可靠性，使所得的數(shù)據(jù)與組織能夠自洽和互洽，還要特別注意不同批次零件的不同部位強度性能的分布和零件要求的一致性、重現(xiàn)性、穩(wěn)定性。⑶沖壓零件的功能檢測，包括按零件的受力模式進行冷彎等功能檢測。⑷零件實物碰撞的檢測，其結(jié)果應與計算機模擬相對應。在進行這些檢測時，應特別注意零件的失效模式和零件的基本力學性能檢測結(jié)果、碰撞吸能等數(shù)據(jù)是否相容。
熱成形零件的氫脆和延遲斷裂
近年來，已有相關(guān)超高強度鋼和熱成形零件氫脆和發(fā)生延遲斷裂的報道，有的是熱成形零件預壓后室溫停放發(fā)生斷裂的，經(jīng)分析是氫和應力引起的典型的延遲斷裂，有的是在使用過程中由于安裝應力產(chǎn)生的斷裂，也是氫和應力綜合引起的延遲斷裂。隨著超高強度熱成形零件應用的增多，這類問題越來越引起汽車工業(yè)界和熱成形領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)研發(fā)人員的關(guān)注。目前，該領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)問題的研究包括原材料中引起延遲斷裂的原子氫的含量及其測試方法；在確定原子氫的含量后，發(fā)生斷裂的零件中的應力值；對延遲斷裂失效模式的評價方法，發(fā)生失效的預測；材料的強韌性與延遲斷裂之間的關(guān)系；為避免發(fā)生延遲斷裂，在材料的冶金過程、熱成形工藝過程中，應該采取什么措施等。上海交大、中國汽研、華科大利用國家自然科學基金重點研發(fā)項目正在進行一些相關(guān)研究工作，希望有關(guān)結(jié)果能對以上問題的解決提供幫助。
熱成形零件的點焊
點焊工藝對低強度零件已有普遍應用，工藝也較成熟。
展開 汽車車身輕量化的關(guān)鍵工藝制造技術(shù)
另外，熱成形所采用的板材主要分為無鍍層與有鍍層兩種類型，無鍍層在應用熱成形工藝制造技術(shù)時，需增加后續(xù)加工環(huán)節(jié)，在后續(xù)加工中進行噴丸處理，以此清除板材表面的氧化層。熱成形是當前汽車生產(chǎn)中的新型制造工藝，該工藝與傳統(tǒng)的冷沖壓技術(shù)相比，熱成形主要具備了五大優(yōu)勢：
（1）熱成形工藝制造技術(shù)具備回彈小的優(yōu)勢，其能夠有效提高零件大小尺寸的精準度，這是傳統(tǒng)制造技術(shù)無法達到的。
（2）熱成形工藝制造技術(shù)能夠降低汽車各個零件的整體厚度，并有效提高零件的自身強度對汽車車身輕量化的生產(chǎn)十分有利。
（3）熱成形使板材在高溫環(huán)境下能夠具備更優(yōu)質(zhì)的塑性，使汽車十分復雜的組成零件不容易出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。
（4）熱成形制造技術(shù)在使用時能夠使板材變形抗力降低，減少了成形成本的支出。
（5）在應用熱成形后，板材的整體強度能夠在原基礎上大力的提高，其表面硬度也會有效提高。
熱成形工藝制造技術(shù)在未來的應用趨勢上，其主要面臨的問題是技術(shù)的提升與工藝的改進上，由于熱成形工藝在我國發(fā)展起步較晚，目前在生產(chǎn)上還未形成有可觀的規(guī)模，無法應對當前我國汽車熱沖壓所需的大規(guī)模產(chǎn)量，雖然我國當前已有部分熱成形的生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，但這些產(chǎn)業(yè)的還未有自主知識產(chǎn)權(quán)。
展開 超高強鋼汽車構(gòu)件熱沖壓成形技術(shù)與裝備
圖1 熱沖壓構(gòu)件在汽車上的應用
圖2 熱沖壓工藝流程
目前熱沖壓成形材料主要用22MnB5，包括鋁硅（Al-10Si）鍍層、GI/GA鍍層、鋅鎳（Zn-10Ni）鍍層、復合鍍層及其他涂層和裸板。作為典型的第三代先進高強度鋼，將中錳鋼加熱至750℃即可獲得全奧氏體組織，擴大了熱成形工藝窗口。
熱沖壓成形技術(shù)與裝備研究進展
本研究團隊在中國汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金（編號：U1564202）、湖北省技術(shù)創(chuàng)新專項重大項目（編號：2016AAA053）等資助下，圍繞超高強度硼鋼熱沖壓成形機理、技術(shù)及裝備開展了相關(guān)研究。
高強鋼熱沖壓成形過程中不僅包含塑性變形過程，還包含溫度變化及組織演變過程，是一個典型的熱-力-相變耦合的過程。為準確實現(xiàn)熱沖壓變形規(guī)律預測和缺陷控制，建立了耦合位錯密度和損傷演化的材料本構(gòu)模型和成形極限模型。圖3所示為耦合位錯密度的熱沖壓硼鋼高溫本構(gòu)模型。
熱沖壓汽車構(gòu)件組織性能協(xié)同控制技術(shù)
研究團隊提出了基于急動度的伺服熱沖壓工藝設計方法，能夠有效地控制沖壓速度和成形溫度，提升成形效果；研發(fā)了低溫熱沖壓專利技術(shù)，降低連續(xù)生產(chǎn)時的模具溫度、縮短保溫時間、節(jié)約成本；研發(fā)了熱沖壓汽車構(gòu)件組織性能協(xié)同控制技術(shù)，以改善高強度鋼板熱沖壓件綜合性能和精度；建立了A柱、B柱、C柱、前縱梁、保險杠等汽車安全結(jié)構(gòu)件熱沖壓全過程有限元模型，可以有效預測零件成形性、減薄率、馬氏體含量及抗拉強度的變化（圖4）。
圖3 耦合位錯密度的熱沖壓硼鋼高溫本構(gòu)模型
圖4 幾種不同汽車構(gòu)件的熱沖壓模擬結(jié)果
通過伺服熱沖壓及組織性能協(xié)同調(diào)控技術(shù)，對B柱等樣件進行了試制（圖5）。
展開 汽車沖壓件的熱沖壓成形與冷沖壓成形的區(qū)別
沖壓件的成形有冷沖壓成形技術(shù)，還有熱沖壓成形技術(shù)。那么沖壓件的冷沖壓成形與熱沖壓成形有什么不同呢？沖壓件廠家--滄州惠豐汽車配件有限公司來為你介紹過。
熱沖壓成形是汽車沖壓件制造領(lǐng)域內(nèi)的較為選進的技術(shù)，是國際上近幾年來出現(xiàn)的一項專門用于成形超高強度鋼板沖壓件的先進制造技術(shù)。熱沖壓成形中所使用的鋼板是一種特殊的硼合金鋼板，這種鋼板不同于傳統(tǒng)的冷成形超高強度鋼。
現(xiàn)在應用比較廣泛的雙相鋼、復相鋼等冷成形高強度鋼板一般是在常溫下通過冷沖壓的方法成形，成形前后零件的顯微組織和機械強度基本不發(fā)生改變；而熱沖壓成形中所使用的鋼板在常溫下強度不很高，抗拉強度僅有400-600MPA，具有良好的塑性與可成形性。它是通過熱沖壓成形工藝進行成形和淬火后，零件的顯微組織由原來的鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變成均勻的馬氏體，抗拉強度可以達到1500MPA以上，硬度可以達到50HRC，而且基本沒有回彈，具有很高的尺寸精度。
熱沖壓成形在鋼板中添加了硼，其目的在于提高鋼板的淬火性能，使用板料的組織轉(zhuǎn)變順利進行。此外，為了提高材料的強度以及其它力學性能，還添加了Ti、Cr、Mo、Cu、Ni等多種合金微量元素。
展開 熱成形的應用與質(zhì)量控制技術(shù)
本文介紹了熱成形零件的類型以及這幾種類型在白車身上的分布以及應用情況；同時，從熱成形的微觀和宏觀兩個方面介紹了熱成形的質(zhì)量控制技術(shù)。
世界節(jié)能與環(huán)境協(xié)會的研究報告指出：汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%，面對國內(nèi)汽車保有量不斷攀升、排放增大、環(huán)境污染日趨嚴重、全球資源短缺、新能源汽車續(xù)航能力不足等問題，汽車輕量化將是未來汽車重要的發(fā)展方向之一。綜合比較鋁合金、鈦合金、鎂合金，以及非金屬碳纖維復合材料等輕量化材料，高強度鋼是目前滿足車身輕量化，同時提升碰撞安全性能的最佳材料之一。近年來，熱成形在主機廠的應用越來越廣泛；同時，隨著熱成形技術(shù)的不斷創(chuàng)新，新的熱成形類型應運而生并且技術(shù)越來越成熟，給主機廠帶來了更多的選擇。本文著重介紹目前已經(jīng)量產(chǎn)的幾種類型。
由于熱成形零件涉及很復雜的金屬材料熱、力、相變等多物理場耦合等等問題，所以相對冷沖壓件，熱成形零件在質(zhì)量控制上有很多特殊的要求。在這種背景下，熱成形的工藝過程控制技術(shù)，將作為主機廠和熱成形供應商共同研究的一個課題并且會持續(xù)不斷更新。
熱成形零件的類型，分布以及應用
隨著熱成形技術(shù)的發(fā)展，熱成形種類越來越多，并且也越來越成熟。表1是目前比較成熟的熱成形類型在成形前的板料截面示意圖，這幾種類型已經(jīng)應用到很多車型上并且已經(jīng)量產(chǎn)。另一方面，由于車身輕量化以及碰撞的要求越來越高，熱成形零件在白車身上的分布越來越廣，單車上熱成形零件使用數(shù)量也越來越多。根據(jù)碰撞時力的傳遞，白車身上有接近40個零件都是可以使用熱成形工藝的，如圖1光亮處所示。
表1 成形前板料截面示意圖（5種類型）
以下是熱成形類型在成形前的板料截面介紹。
⑴等厚。熱成形前的板料為一塊等厚板料。等厚是目前應用最廣的類型，一個白車身上等厚的熱成形零件占所有熱成形零件的90%以上。
展開 熱沖壓成形模具設計要點
熱沖壓成形量產(chǎn)模具設計流程如圖5所示，采用autoform、pam stamp2G等軟件進行對熱沖壓成形過程進行快速成形模擬和冷卻過程模擬，利用熱沖壓成形鋼板的高溫流變曲線、高溫摩擦系數(shù)、FLD等參量進行成形模擬，采用Fluent、Ansys等軟件進行模具冷卻效果模擬，保證熱成形模具長期工作熱平衡性。這一過程實際是熱力學、機械學耦合模擬。將模擬結(jié)果作為模具設計方案確定的重要依據(jù)。
圖5 熱沖壓成形量產(chǎn)模具設計流程
熱沖壓成形模具型面設計要點如下：
（1） 模具型面主要卻決于產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并根據(jù)客戶對零件的技術(shù)要求，制定合適的模具加工精度和公差，并應考慮熱脹冷縮及回彈的影響，對模具型面采取合適補償方案；同時熱沖壓鋼板高溫時摩擦系數(shù)大，高溫成形時易于開裂，因此，熱沖壓模具型面通常不設計拉深筋，對于復雜成形零件，增加壓料裝置用于控制板料合理流動，保證熱沖壓成形性能。
（2）翻邊孔變形特征的轉(zhuǎn)變設計。
（3）對于后續(xù)激光切割時難于定位的零件，應適當增加工藝凸臺。
熱沖壓成形實際上鋼板在熱沖壓成形模具中成形和淬火的過程，熱沖壓零件的組織、性能和尺寸精度能否穩(wěn)定地滿足要求均與在模具中成形和淬火密切相關(guān)，熱沖壓成形模具應具備良好的沖壓成形、淬火、長期穩(wěn)定的能力。熱沖壓成形模具是熱沖壓成形工藝的核心技術(shù)。同時，熱沖壓成形模具工作溫度在800℃左右至室溫之間，工作溫度高，并需要承受冷熱的急劇變化。
展開 
汽車側(cè)圍加強板一體式門環(huán)結(jié)構(gòu)的應用
一體式門環(huán)的制造工藝
一體式門環(huán)工藝流程
一體式門環(huán)熱成形工藝和其他熱成形零件的工藝流程基本一致，同樣是將硼鋼鋼板(初始強度為500～700MPa)加熱至奧氏體化狀態(tài)(加熱溫度一般為890～950℃，并保持一定時間)，然后快速轉(zhuǎn)移到模具中高速沖壓成形，在保證一定壓力的情況下，制件在模具本體中以大于27℃/s的冷卻速度進行淬火處理，保壓淬火一段時間，以獲得具有均勻馬氏體組織的超高強鋼零件。其中關(guān)鍵工藝過程是加熱、沖壓，加熱過程直接影響到高強度鋼板的沖壓性能，沖壓過程中伴隨的淬火則對零件強度的提高起到?jīng)Q定性的作用，工藝流程如圖4。
圖4 一體式門環(huán)工藝流程圖圖
一體式門環(huán)的工藝過程特點
熱成形一體式門環(huán)的原材料一般分為22MnB5裸板和鋁硅鍍層兩種，鋁硅鍍層熱成形材料可有效避免熱沖壓過程的表面氧化，避免增加拋丸工序及拋丸工序?qū)α慵鹊挠绊?，同時具有優(yōu)異的防腐性能。但鋁硅熱成形門環(huán)板料價格較高且有專利保護，因此當前國內(nèi)正在研究推進的主要為裸板熱成形材料。
裸板熱成形材料即原材料表面沒有鍍層，大多鋼廠均可實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)。但裸板熱成形從激光拼焊到涂裝防腐、拋丸等制造過程難度更大。裸板激光拼焊一般有無填絲激光拼焊和有填絲激光拼焊2種工藝，無填絲焊進行等厚板焊接時，由于局部熔體損失導致焊縫輕微凹陷，易出現(xiàn)拉深沿焊縫位置斷裂，而有填絲焊工藝則不存在此問題。裸板熱成形門環(huán)板料由于表面無鋁硅鍍層，摩擦系數(shù)加大，零件沖壓易在減薄率大的位置出現(xiàn)開裂，此外裸板門環(huán)板料沖壓還存在粘?，F(xiàn)象，容易出現(xiàn)出件困難導致沖壓不連續(xù)。熱成形件只開一序成形模，沖孔和修邊是通過激光切割實現(xiàn)的，一體式門環(huán)也同樣如此，由于需要切割的地方特別多，所以激光切割的產(chǎn)能很重要，在零件開發(fā)前要進行充分評估。
展開 汽車五金沖壓件加工廠熱沖壓成形的技術(shù)特點
汽車五金沖壓件加工廠中熱沖壓成形是國際上近幾年出現(xiàn)的一項專門用于成形超高強度鋼板沖壓件的先進制造技術(shù)，也是汽車沖壓件制造領(lǐng)域內(nèi)的較為先進的技術(shù)；
五金沖壓件加工廠在熱沖壓成形中所使用的鋼板是一種特殊的硼合金鋼板，這種鋼板不同于傳統(tǒng)的冷成形超高強鋼，現(xiàn)在應用比較廣泛的雙相鋼、復相鋼等冷成形高強度鋼板，一般是在常溫下通過冷沖壓的方法成形；
成形前后零件的顯微組織和機械強度基本不發(fā)生改變，而熱沖壓成形中所使用的鋼板在常溫下強度不很高，抗拉強度僅有400~600MPa, 具有良好的塑性與可成形性，它是通過熱沖壓成形工藝進行成形和淬火后，零件的顯微組織由原來的鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變成均勻的馬氏體，抗拉強度可以達到1500MPa 以上，硬度可以達到50HRC，而且基本沒有回彈，具有很高的尺寸精度，在鋼板中添加了硼，其目的在于提高鋼板的淬火性能，使板料的組織轉(zhuǎn)變順利進行，此外，為了提高材料的強度以及其它力學性能，還添加了Ti Cr Mo Cu Ni 等多種合金微量元素；
展開 汽車鋼板沖壓件的熱沖壓成形包含多少工序
汽車鋼板沖壓件的熱沖壓成形工序通常由以下幾個工序組成：
1.落料：是熱沖壓成形中的第一道工序，把板材沖壓出所需外輪廓坯料；
2.鋼板的奧氏體化：這個過程包括加熱和保溫兩個階段。這一工序的目的在于將鋼板加熱到一個合適的溫度，使鋼板完全奧氏體化，并且具有良好的塑性。加熱所使用的設備為專用的連續(xù)加熱爐，鋼板在加熱到再結(jié)晶溫度以上之后，表面很容易氧化，生成氧化皮，這層氧化皮會對后續(xù)的加工造成不利的影響。為了避免或減少鋼板在加熱爐中的氧化，一般在加熱爐內(nèi)設置惰性氣體保護機制，或者對板料進行表面防氧化處理。
3.轉(zhuǎn)移：指的是將加熱后的鋼板從加熱爐中取出放進熱成形模具中去。在這一道工序中，必須保證鋼板被盡可能快地轉(zhuǎn)移到模具中，一方面是為了防止高溫下的鋼板氧化，另一方面是為了確保鋼板在成形時仍然處在較高的溫度下，以具有良好的塑性。
4.沖壓和淬火：在將鋼板放進模具之后，要立即對鋼板進行沖壓成形，以免溫度下降過多影響鋼板的成形性能。成形以后模具要合模保壓一段時間，一方面是為了控制零件的形狀，另一方面是利用模具中設置的冷卻裝置對鋼板進行淬火，使零件形成均勻的馬氏體組織，獲得良好的尺寸精度和機械性能。研究表明，就目前常用的熱沖壓鋼材而言，實現(xiàn)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的最小冷卻速率為27~30℃/s，因此要保證模具對板料的冷卻速度大于此臨界值。
5.后續(xù)處理：在成形件從模具中取出以后，還需要對其進行一些后續(xù)的處理，如利用酸洗或噴丸的方式去除零件表面的氧化皮，以及對零件進行切邊和鉆孔。熱沖壓件由于強度太高，不能用傳統(tǒng)的手段對其進行切邊及鉆孔加工，而必須用激光技術(shù)來完成。
熱沖壓模具設計是熱沖壓成形工藝的核心技術(shù)，它不僅要滿足零件的成形需要，而且還要具有優(yōu)異的冷卻能力，以保證汽車沖壓件獲得良好的機械性能和尺寸精度。
展開 【技術(shù)熱點】三維五軸激光在熱沖壓成形應用上的工藝提升
摘要
目前，在車身熱沖壓成型領(lǐng)域，三維五軸激光切割機床的技術(shù)應用已經(jīng)相當成熟。隨著熱沖壓成型技術(shù)的日趨成熟，以及汽車制造商對熱沖壓零件供應商壓低報價，汽車熱沖壓零部件供應商對于三維五軸激光切割設備的需求也在發(fā)生變化。隨著熱沖壓市場的發(fā)展，客戶群和客戶需求也隨之改變，從開始時的追求高效率、高質(zhì)量切割、高精度及長期穩(wěn)定性，到目前更傾向于兩個不同維度的要求：更低的投資成本和更高生產(chǎn)效率。此次研究得出的結(jié)果是基于：當前熱沖壓市場不同客戶的需求，以及三維五軸激光切割加工中心新的技術(shù)創(chuàng)新。其中一個就是最新的二合一光纖應用于三維五軸的切割，在相同的激光功率條件下，提高整個加工中心對于單件部件的切割效率，另一個是如何在滿足一些客戶需求的同時，降低設備的投資成本。
關(guān)鍵詞：激光工藝 三維五軸激光切割 熱沖壓零部件
三維五軸激光切割技術(shù)在汽車熱沖壓領(lǐng)域已有多年的應用。2006年，應用在汽車熱沖壓領(lǐng)域的三維五軸激光切割技術(shù)引入中國市場，并且目前一直在持續(xù)發(fā)展。在過去的17年間，隨著該技術(shù)的發(fā)展越來越趨于成熟，熱成型沖壓件的成本已經(jīng)大幅降低，熱沖壓零件在汽車上的應用比例也在逐步增高。三維激光切割已經(jīng)是熱沖壓工藝中的重要一環(huán)。熱沖壓零件的生產(chǎn)廠商對三維五軸激光切割設備的要求也越來越高。
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