高强度钢板落料成形工艺浅析

文/申颜斌，陈海斌·海马轿车有限公司技术本部

高强度钢板落料成形工艺浅析

文/申颜斌，陈海斌·海马轿车有限公司技术本部

申颜斌，工程师，主要从事冷冲压板件的成形工艺分析、模具结构设计、品质管控等工作，主持完成海马多个车型的外覆盖件工艺及模具全过程管控工作，曾获得河南省张玮式创新能手奖等多项科技奖励。

当今汽车领域追求汽车车身轻量化已成为趋势，它可以降低能源消耗，减少CO2等废气的排放，而高强度钢板不仅能提高汽车的安全性，同时可减轻车身的重量，若应用恰当还可降低车身综合成本。因此，高强度钢板越来越多地应用在汽车的车身上，据了解国外汽车工业高强度钢板的使用已超过60%。

高强度钢板的分类

对于高强度钢板的定义，一直没有一个定论，根据国际钢铁协会组织ULSAB-AVC进行的划分，将屈服强度为210～550MPa的钢定义为高强度钢（HSS），如锰碳（MnC）钢、烘烤硬化钢（BH）等；屈服强度为550MPa以上的钢定义为超高强度钢（UHSS），典型的如孪晶诱导塑性钢（TWIP）、热成形钢（HF）等；而先进高强度钢则指屈服强度在500～1500MPa之间，覆盖于HSS和UHSS的强度范围，如典型的双相钢（DP）、相变诱导塑性钢（TRIP）、马氏体钢（MART），其屈服强度与延伸率有着密切关系，随着强度提高，延伸率下降。为了同常规的钢板区别开，将等级以相变强化为主的钢板统称为先进高强度钢板，这类钢板具有高的减重潜力、高的碰撞吸能特性，在汽车轻量化和提高安全性方面起着非常重要的作用。

高强度钢板在海马轿车车身领域的应用

高强度钢板在海马轿车车身领域，主要用在车身的A柱、B柱、下边梁、前纵梁、后纵梁、上边梁、前后防撞梁内板、前地板横梁等零部件上，屈服强度一般在210～590MPa。

成形方式工艺分析

以海马轿车AB01车型的前地板前横梁为例，该件所用材质是B410LAc钢板。

该产品的原冲压工艺为：敞开式拉延→剪边→侧整形侧剪边→侧剪边侧冲孔→翻边整形冲孔。存在的问题是拉延时产品造型部位局部易破裂或产生颈缩（暗裂），侧冲孔后，孔边缘易产生毛剌，制件不易从下模上取出。由于板料的屈服强度在410～560MPa之间，延伸率为16%，若采用一般的拉延成形，则产品存在高度差问题，板料流动不均匀，塑性变形存在差异，剪边后冲压件出现回弹、扭曲、破裂等问题，使得产品成形稳定性差、废品率高、材料利用率低。

图1 AB01车型的前地板前横梁冲压工艺图示

后经改进，采用的冲压工艺为：落料（含工艺定位孔）→成形翻边冲孔→翻边成形→冲孔侧冲孔整形，如图1所示。其毛坯料尺寸为360mm×590mm，B410LAc钢板的抗拉强度≥590MPa。

成形优势体现

使用上述冲压工艺后，该产品取得了良好的成形效果。落料成形工艺的优点是模具结构简单、制作周期短、调试简单，同时材料利用率比拉延高，工序少等。另外，该工艺还有利于降低生产成本，提高生产效率。而且，相比拉延成形+切边工艺，落料成形有明显优点：

⑴材料的利用率高。以该零件为例，采用拉延切边工艺，其材料利用率为54.4%，材料毛坯尺寸为400mm×680mm；而采用落料成形工艺，其材料利用率可达76.3%，材料毛坯尺寸为580mm×334mm。

⑵冲压件品质稳定。该件按传统的拉延切边工艺，需用四至五轮模具调试（每轮5～7天），主要检查回弹、扭曲问题，研合压边面。而采用落料成形工艺后，从首次取件到型面间隙合格率达到85%，仅用了三轮模具调试（每轮3天），主要检查翻边回弹。目前该冲压件的品检合格率达到96.7%。

前地板前横梁冲压件产品的品质检查成绩书（仅面间隙）如下：采用拉延切边工艺，首次取样面间隙共计46点，不合格11点，合格率为76%；采用落料成形工艺后，取样面间隙共计46点，不合格的有3～6点，合格率为87%～93.5%。

另外，从保证抗凹陷性方面考虑，要求暴露在外面的门板和盖板之类车用钢板具有较高的屈服强度，而从冲压成形性考虑，则要求其屈服强度低。如采用目前常规的拉延成形冷冲压工艺技术，屈服强度不得超过180MPa，以防面板之类的产品表面形状出现偏差。对于产品形状简单的零部件，板料的屈服强度在340～590MPa之间的，尽可能采用落料成形工艺；对形状复杂产品，考虑到板料的流动性存在差异，零部件易出现反弹、扭曲时，考虑采用拉延工艺，如B柱、A柱、前纵梁内外板、上边梁加强板等。对于屈服强度为590～980MPa的板料，根据产品的造型选择，基本上要优先考虑选择落料成形的方式。原因是屈服强度越高，板料的延伸率越低，成形性越差。

结束语

轿车车身高强度钢板梁类件冲压采用落料成形工艺后，成形模只需研合压料面即可，时间约3～5天，另外拉延成形的工序比落料成形工序多。拉延成形工艺的后工序，大多需要侧剪边、侧冲孔，斜楔装配调试时间长，模具制作成本较高。而落料成形工艺是将大量的剪边、冲孔改为沿冲压方向完成，缩短模具装配调试时间，模具制做成本较低，所以工艺改进后，更符合企业节约材料提升效率的追求。