熱成形
關注創建者：gall**ich_hcbP 創建時間：2017-05-02
熱成形的視頻教程
基于MSC.marc的粉末冷壓縮與熱等靜壓成形
基于MSC.marc的粉末等靜壓有限元模擬 粉末冶金是使用金屬粉末，或金屬粉末與非金屬粉末的混合物作為原料，經過壓制成形和燒結，制造各種類型產品的工藝過程。 粉末壓制工藝過程通常會采用MSC.Marc軟件進行分析，采用粉末體本構方程----Shima-Oyane屈服函數----分析粉末金屬流動規律和相對密度分布規律。
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熱成形的實例教程
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量控制技術。
世界節能與環境協會的研究報告指出：汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%，面對國內汽車保有量不斷攀升、排放增大、環境污染日趨嚴重、全球資源短缺、新能源汽車續航能力不足等問題，汽車輕量化將是未來汽車重要的發展方向之一。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，隨著熱成形技術的不斷創新，新的熱成形類型應運而生并且技術越來越成熟，給主機廠帶來了更多的選擇。本文著重介紹目前已經量產的幾種類型。
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，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
隨著熱成形技術的發展，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，這幾種類型已經應用到很多車型上并且已經量產。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量也越來越多。根據碰撞時力的傳遞，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 （3）采用熱成形方案的B柱（斷面）：一般包含側圍外板、B柱加強板（件號1）、B柱補強板（件號2、4、5），B柱內板（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.熱成形零件結構設計
（1）熱成形孔結構設計。熱成形板成形時的延伸率達到36%～37%，成形性能良好。因此，熱成形的零件結構設計可參考傳統冷成形零件，但在進行熱成形零件結構設計時需要注意：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柱的鉸鏈安裝點結構。B柱上需設計車門鉸鏈及車門限位器等的安裝點，其結構特點為：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構剛度，圖3為典型的B柱車門鉸鏈安裝點處斷面。
（3）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柱結構設計完成后，需要進行熱成形工藝仿真分析。如圖5所示，該結構產品件成形良好，無缺陷。熱成形設備與模具結構如圖6所示，基本結構分為：模具，板料，托料板，頂桿。
展開 近年來，隨著熱沖壓成形技術的發展、擴大應用和汽車行業對熱沖壓成形應用的零件性能要求的多樣化以及中國大量引進國外的熱沖壓成形生產線，熱成形產生了一系列的焦點和熱點，現從以下幾個方面對焦點和熱點進行分析。
關于熱沖壓零件的強度問題
目前廣泛應用的22MnB5鋼其抗拉強度一般按1500MPa計算，屈服強度按1200MPa計算，近年來，結合輕量化的需求，有企業開發抗拉強度為1800MPa和2000MPa的熱成形鋼。按照零件厚度的拇指法則，來確定零件的厚度和強度之間的關系：t2/t1=1-(σ1/σ2）n ，式中零件的厚度t2、t1與材料的強度σ1、σ2相對應。
門的防撞桿、前后防撞梁、門B柱等構件基本上承受彎曲應力，強度的提升有可能減薄零件，即輕量化，但是厚度較薄意味著零件剛度的下降，這兩者之間需要一個合理的平衡。汽車零件的厚度與剛度密切相關，剛度影響零件的振動、噪聲、撞擊吸能，因此熱沖壓成形零件的強度1500MPa是否已經到極限值?是否還需要開發1800MPa的材料?并做進一步減薄?除了考慮零件剛度之外，進一步減薄還將影響到熱沖壓時零件的工藝性能，零件越薄，出爐后工件在空氣中的溫度下降越快，為保證在熱沖壓零件時發生馬氏體轉變，必須加快零件的傳輸速度，以保證熱成形時零件的溫度，并使其能夠在成形后保持淬火所需要的溫度。另外，強度越高，鋼中碳含量越高；馬氏體的脆性與鋼中碳含量有密切關系，因此在強度提高時還必須考慮熱沖壓成形零件強韌性的匹配。在強度越高時，零件的延遲斷裂抗力和氫脆的能力也會下降，目前已有熱成形零件發生延遲斷裂，因此這一因素也是在強度提高時應該考慮的因素。強度的提升，碳含量的提高，還會影響熱成形零件的可焊性，已經發現超高強度鋼和熱沖壓成形零件在沖擊時發生焊點不正常的失效模式，影響了焊點的吸能和高強度鋼零件的性能發揮。
展開 非涂層熱沖壓鋼22MnB5 的拼焊門環生產仍然有許多技術難點，目前還沒有量產車型應用信息。本文通過非涂層熱成形鋼的試制生產，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的批量生產，對于降本和輕量化具有很大的借鑒意義。
近年來，由于安全法規和環保要求越來越嚴格，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，以及焊接技術的發展，一體式熱成形門環，以及雙門環的“安全籠”方案取代傳統多個零件，逐漸成為車身結構設計和應用的一個新趨勢，不僅可以增強汽車側碰性能，還可以有效應對IIHS 的25%小角度偏置碰撞。
帶涂層熱成形門環通常采用直接沖壓工藝，免除后續的噴丸工序，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的限制，目前鋁硅涂層熱成形門環使用廣泛，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的技術核心，但目前非涂層熱成形鋼門環生產仍然有很多技術難點。
本文采用非涂層熱沖壓成形鋼22MnB5進行激光拼焊門環的試制生產，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的批量生產。
試制材料和工藝
本文所采用的試制材料為某鋼廠已工業化生產的非涂層熱成形鋼，牌號為22MnB5。門環的毛坯材料為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沖壓和焊接工藝生產的4 個零件，具體如圖1 所示。
展開 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零件的冷卻，通過這種熱循環和冷卻過程，鋼板的強度可以大大提高，抗拉強度由交貨狀態下的約500MPA提高到熱沖壓成形后的約1500MPa。根據工序過程的不同，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
熱成形鋼板下料后，不經過預成形，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
熱成形鋼板首先在常規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
現代沖壓工藝為了提高材料的利用率和生產的效率，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下完成的，且熱沖壓時板料的溫度必須在馬氏體轉變溫度以上。
目前熱沖壓工藝的發展方向是如何提高熱沖壓成形的生產效率，縮短成形周期。
展開 
熱成形的最新內容
更重要的是，本項目證明了：對于發動機連桿這類典型鍛件，單獨分析熱處理往往是不夠的，只有將模鍛成形與熱處理過程打通，才能真正找到質量波動的根源。
經驗小結
對45鋼發動機連桿而言，熱處理質量很大程度上取決于模鍛后的初始狀態控制。
連桿大小頭與桿身截面差異明顯，必須重視鍛后溫差和再加熱均熱的一致性。
主題：從MAT_244到MAT_254的相變數據轉換
內容簡介：在熱成形、焊接、烘烤硬化、熱處理的過程中，為精確進行應力分析，通常需要考慮金相組織的變化以及這個變化帶來的力學影響。
在此硬度下，SM1鋼具有高的強韌性、優良的切削性能和鏡面拋光性能，模具加工成形后可不再熱處理而直接使用。此鋼還具有較好的耐蝕性和可滲氮等優點，廣泛用于制造高精度橡塑成型模具，如錄音機外殼模、洗衣機外殼模、繼電器組合件射出模等。
此前我們介紹了海克斯康面向金屬加工領域的各項解決方案，例如Simufact Forming成形與熱處理工藝仿真方案、Simufact Welding焊接結構工藝仿真方案等等。對于某一工藝細節的仿真分析，使用單一專業方案能夠快速有效的進行工藝可行性研究。但在諸多工藝類型中，前序工藝都會對當前所要分析的工藝產生顯著影響，例如鈑金件生產制備的殘余應力會顯著影響焊接的變形趨勢。
同期活動：
華南汽車用鋼對接會
汽車輕量化技術暨創新型車用材料研討會
同期汽車輕量化技術論壇議題包括但不限于：
1、汽車輕量化的設計研究與車輛安全
2、國內外高強鋼及熱成形技術的最新進展
3、工程塑料的輕量化創新應用與開發
4、碳纖維增強復合材料零部件的開發與前景探討
5、鋁合金在新能源汽車中的開發與應用
熱沖壓的好處如下：
1-相對冷沖壓而言，熱沖壓的成形性比較好；
2-尺寸精度好，冷沖壓件的強度只有600M Pa左右，而且存在較明顯的回彈，熱沖壓件的強度在1500M Pa左右，幾乎沒有回彈的情況。
3-零件的表面硬度、抗凹性和剛度都比較好；
4-對于汽車沖壓件來說，可以得到超高強度的車身零件，從而能夠壓薄零件厚度，減少車身加強板的數量，提高車身的碰撞性能，實現車身的有效減重。
近年來，熱成形鋼在汽車白車身中的應用逐年增加，為進一步改善該鋼的強塑性，微合金化處理被廣泛應用于熱成形鋼中。
Nb元素對熱成形鋼的組織性能調控作用顯著，可以有效細化原始奧氏體晶粒，形成的納米第二相會釘扎位錯，同時提高材料的強度與塑性。
Job requirements
● Degree：Bachelor
● Work Experience：3Y
● Language：英語熟練
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目前熱成形鋼的發展趨勢主要集中在提高延性上，同時，新鋼種的設計也克服了表面過度氧化，避免了沖壓模具冷卻系統的復雜性。這種新型鋼及相應的成形技術被稱為低溫熱成形或熱沖壓技術，克服了傳統熱成形鋼的缺點。本文研究了不同退火溫度后的微觀結構特性和力學行為。結果表明，其微觀結構和力學特性與退火溫度有很大的關系。
