关于冲压镀锌板成型技术的探究

张　伟（长城汽车股份有限公司技术中心、河北省汽车工程技术研究中心,河北保定071000）

关于冲压镀锌板成型技术的探究

张伟
（长城汽车股份有限公司技术中心、河北省汽车工程技术研究中心,河北保定071000）

对镀锌板的冲压成型技术的研究有着很重要的意义。国内对镀锌板的研究主要集中在镀锌板的冲压成型性、焊接性和涂敷性三个方面，其中热镀锌板的冲压成型性是一个最重要的方面，是衡量热镀锌板是否可以加工成成品零件形状的重要考虑因素。本文通过对冲压镀锌板成型技术的原理分析，介绍了冲压镀锌板成型技术的一些新发展。

镀锌板；冲压成型技术；成型性

所谓镀锌板，就是指在钢板的基底表面，镀上锌层，可以增加钢板的耐腐蚀性、成型性。在镀完锌之后，钢板表面会有一层薄膜出现，而这层薄膜则具有很强的耐腐蚀性，大大增加了其使用寿命。

1　冲压镀锌板成型技术原理

1.1镀锌板成型性

镀锌层可以引起镀锌板晶体结构、成分特点和力学性能与原板的很大差异，而因为镀锌层本身的材料比较软，硬度差，造成了它的耐磨性能要比原板差很多，而在冲压过程中，镀锌层因为率先和模具接触，受到了摩擦力的影响，因而更容易被破坏，所以在相同的冲压条件下，镀锌层的承受摩擦力能力更弱，造成了镀锌层比原板更容易成型失败。

镀锌板的成型性是由基体、中间层和镀层的显微组织所决定。因为镀锌板的表面镀层和基板材料的弹性模量以及屈服极限等性能参数不一致，造成了其界面摩擦和成形性能与普通钢板有所不同[1]，而基体和镀层在成型过程中，产生不同的形变，界面受到残余应力的影响，出现界面剥离或者镀层破裂等失效形式，即成型失败。

在冲压过程中，锌层首先是以粉化形式失效，并且因为微裂纹聚集会形成孔洞。因为粉化和孔洞缺陷，与过渡层的粘合力减少，从而造成承受切应力的部位进一步穿晶断裂，使得其最终成块从过渡层上剥离。

1.2冲压成型失败的情况

在冲压成型过程中,有时候会因为板料质量、压力机精度、模具结构或者冲压工艺过程等原因，使生产出来的冲压件具有诸如毛刺、叠边等缺陷，这些缺陷不仅会影响到冲压件的表面质量，甚至会影响到冲压件的强度以及刚度。这些问题一般有：毛刺、开裂、起皱、回弹、精度差等。

1.3镀锌板成型方法

对于一个原板来说，虽然力学性能比较好，但镀层和冲模间的滑动性比较差，就会限制到冲头冲入时钢板的流入量，进而出现裂纹等缺陷。改变镀层的冷轧轧辊的粗糙度，可以制出两种钢板，即高粗糙度钢板与低粗糙度钢板。冲压较低时,低粗糙度的钢板摩擦系数小；随着压力的不断增大，摩擦系数受粗糙度的影响逐渐变小，而当压力超过6860N的时候，高粗糙度与低粗糙度两者之间的影响差别出现消失的情况[2]。通过使GI钢板拥有适当的粗糙度，以及涂附高润滑防锈油的方法，能够使GI钢板具有良好的成型性。

2　冲压镀锌板成型技术的新发展

2.1采用新型IF钢合金化镀锌板材料

70年代，为满足市场的需求，出现了IF钢，即无间隙原子钢，其冲压成型性特别好。在冲压成型时，IF钢合金化镀锌板容易在镀层出现剥落。其剥落的形式有两种:一种为剥离，是在镀层呈片状的剥落；另一种为粉化，是在镀层呈颗粒状的剥落。另外，有时锌层表面和冲压模之间的摩擦系数不匹配，也会造成钢板撕裂或者皱皮。为获得成型性和耐腐蚀性良好的IF钢合金化镀锌板，镀层的最佳铁含量应该为9%至10%之间，最多不能超过11%,因为过高的话，容易出现镀层粉化的状况，而过低则会因为摩擦系数增大而变得容易剥离。

2.2对钢板进行烘烤硬化和热处理强化

应变时效强化，可以使超低碳钢中残余的微量固溶碳在冲压成型时发生位错现象，随后涂装烘烤时，可以利用析出的Fe-C化合物将错位固定，最终提高钢板的强度。除此之外，可以改变钢的微观组织，进而提高其强度。

目前有3种高强度级别的钢板已经开发出来，如双相(DP)钢板与贝氏体钢板。其中，双相钢板是属于复合组织强化性的钢板，在它里面含有铁素体和马氏体。此钢的加工硬化指数高，并且成型性极好。超低碳钢中的锰含量为0.8%～1.6%时，经过热处理以及快速冷却，能够获得约80%的马氏体组织，它的抗拉强度能够达到690～1030MPa。另外，还有相变诱发超塑性钢等高强度钢板。

2.3火炉设备的优化

为了提高炉子的加热强度，采用的是立式高温退火炉，能够提高钢带的线速度和改善退火质量。此种立式高温退火炉有四个部分组成：加热段、均热段、冷却段以及保温段[3]。用氢含量5%的保护气体进行还原，用煤气加热的辐射管把钢带从室温加热到退火温度。冷却室内，对称排列的气体入口管道以及出口管道，通过扫描高温计对钢带宽度方向上的气体分布进行监控，从而确保钢带的温度均匀和操作的稳定性。

此外，均热段顶部可以安装隔热板，以防止炉辊的温度过高。为避免变换生产线的操作条件时钢带发生翘曲和折皱等状况，炉内设置全新的张力控制模式。

2.4镀锅的改进

镀锌板的成型率及生产效率，很大程度上由沉没辊的表面质量与耐磨性决定。80年代之前，沉没辊都是用SUS316钢进行制造，它的耐磨性极差。最近在沉没辊表面喷涂WC-Co合金镀层，使的它的寿命达到延长。因为喷涂层有小孔隙，容易产生颗粒间的边界腐蚀，所以一种封孔剂开发出来，使沉没辊的使用寿命大大提高。

2.5采用新型气刀擦试锌层

气刀，设计采用的结构是与镀锅的距离、与钢带的距离及角度都能够调节的整体框架式结构，这种结构容易定位和自动跟踪钢带。而新型气刀的刀唇之间的间隙能够自动控制，从而使镀锌层更加均匀，增加了镀锌板的成型率，避免了边部镀层出现过厚的现象。

3结论

冲压成型时，因为镀锌层可能会过早地破裂和剥落，为了保持冲压件的外观，不影响到后续的加工和使用，镀锌板的成型极限必然应该小于原板。冲压时的裂纹容易在凸模圆角和拉延壁部的相切处产生，那里是板材最危险的部位，也是镀锌层最容易很早失效的部位[4]。通过模具圆角半径的改变以及合理润滑等方式，可以减小镀锌板板的危险应力状态，并减少和避免锌层的失效。

[1]宋加.热镀锌板生产技术发展及相关问题探讨[J].轧钢,2009(02):39-43.

[2]张召恩,刘利,李学涛,刘光明.热镀锌板表面控制技术[J].表面技术,2009(05):90-92.

[3]张笑笑,王雷刚,黄瑶.镀锌板冲压成形性的模拟与实验研究[J].锻压技术,2011(06):19-23.