浅析热冲压的形成工艺

刘洪升

【摘要】：为了实现汽车轻量化，热成形技术开始得到大量的应用，由此抗拉强度在1500Mpa以上的超高强度钢受到了市场的欢迎，越来越多地应用在汽车车身上。热成形具有诸多优势，尤以成形性好、强度高和回弹小著称。

【关键词】：热成型；优势

引言

若要得到超高强度冲压件则需要钢板热冲压技术，拥有此技术就可以不再担心超高强度钢成形性差的问题。这种新技术已经得到了相当长一段时间的发展及应用，随着国内市场对汽车安全的重视以及环保要求逐步跟世界接轨，热成形钢的应用会越来越广泛。

热成形技术具有成形性好、回弹小、强度高等明显优势，在白车身的使用逐年递增，目前我国的国产车型用量已经达到7～10%，德系新车型用量则是20%以上，而沃尔沃白车身已达到40%以上的用量。据专业权威机构预测，热成形钢在白车身的使用量将会稳定在30%以上，现在普遍使用以1500MPa级的热成形钢为主，附加值高，市场前景广阔。

热成形钢已经开始生产，在实际生产中仍然存在许多问题。最突出的问题是生产效率偏低，产品各向异性偏大等，如果要达到批量稳定供货的要求，还需要做很多的技术研究工作。

1.热冲压成形工艺

热冲压成形工艺通常有直接和间接热冲压成形工艺两种。直接热冲压成形是使钢板首先在加热炉中升温，之后的成形与淬火直接移动到冲压模具中来，大多应用在外形单一和变形程度不大的零件。间接热冲压成形则与直接的方式不同，在热冲压和淬火之前，需要在常温下对板材采取预先变形的操作，变形程度在90～95%之间。间接热成形主要针对生产尺寸比较大且外形复杂的零件，这样能够缩短零件和模具之间的移动距离，进而降低模具表面因高温造成的损耗，并且增加了模具与零件的磨合次数，在一定程度上减轻了冷却时产生的温度分布不均的的现象。

2.热冲压成形工艺的生产过程

热冲压成形工艺通常有六个工序：落料、预成形（间接热冲压成形工艺）、加热奥氏体化、转移、冲压和淬火、后续处理，以下为对各个工序的简要概括。

（1）落料：是热冲压成形的首要步骤，具体操作就是利用冷成形中落料的模具和压机使板材冲裁出符合标准要求的外轮廓板坯。

（2）预成形：促使坯料的外形发生一定的改变，目的是为了得到符合进一步塑性变形的形状。

（3）加热奥氏体化：此过程需要在加热后进行保温，为了促使钢板达到完全奥氏体化的目的，需要使钢板升温到适当的的温度，然后在此温度下保持一定的时间[12]。加热温度范围一般为900～950℃，然后保温5～10min，这时钢板的强度得到了降低，塑性与成形性能也比较优异。为了符合加热的各项要求，应该使用专用的连续加热炉，而且为了达到在设定的工作节奏下实现连续自动化生产的目的，自动化进料和出料就是其必不可少的的功能。加热功率也务必要达到指定要求，防止功率不足，只有这样才能在要求的时间里使加热炉中的钢板达到完全奥氏体化的目的。

（4）转移：就是使板材在炉中加热到指定温度后，将其取出，并立刻放置到热冲压成形模具中。此过程务必以最快的速度把板材放置到模具中，因为板材被加热到了一个很高的温度，一旦接触到空气很容易被氧化。成形时的板材在高温下的塑性性能得到了提升。

（5）冲压和淬火：在板材放到模具中后，应迅速对板材采取冲压成形的操作，防止降温太多对板材的成形性能造成破坏。为了规范零件的外形尺寸，在板材成形之后，模具应该合模保压必要的时间。板材的淬火处理需要通过模具中的冷却装置，这样能够使得其尺寸精度和力学性能得到明显改善。

（6）后续处理：取出工件后，其工艺生产过程并未全部完成，还要对以上操作做扫尾处理，例如：零件需要采取切边和钻孔处理；为了清除掉其表面的氧化皮还已应使用喷丸，也可利用酸洗方法。由于零件经过热冲压成形后，其强度会得到特别明显地提高，其切边和钻孔加工操作已经不能够使用一般的方式，所以一定要通过激光技术对零件进行切割。

加热奥氏体化和冲压与淬火工序在热成形工艺生产过程中是十分重要的两道工序。对于加热奥氏体化而言，保温时间和加热温度是其不可或缺的工艺参数，若要稳定板材的奥氏体化质量，需要调节这两个参数来实现其目的。在冲压与淬火工序中，开始变形温度、冷却速率和应变速率等是其主要的工艺参数，对零件的力学性能产生重要的影响。经过热冲压成形的零件会受到以上工艺参数的影响作用，从而在其性能和组织方面发生相关的变化。

3.热冲压成形工艺特点

在超高强度钢的可塑性和热加工性能等方面，热冲压成形工艺能够发挥极其作重要的作用，促使超高强度钢的综合性能得到显著地提升。热冲压成形工艺可以一次就能冲压成形完成比较复杂的零件，与冷冲压相比，它的回弹力不足其十分之一。热冲压成形工艺有以下优点：

（1）对压力机的吨位要求比较低，而冷冲压的压力机吨位是2500t。对于大部分车身零件而言，热冲压800t压力机完全符合使用标准，并且还降低了制造成本；

（2）经过热冲压的零件表面具有相对比较高的硬度，根据试验测得其抗拉强度超过了1500MPa，硬度也突破了50HRC，不过零件在經过热冲压成形后应该使用激光技术进行切边与冲孔操作；

（3）零件经过热成形后，重量会比之前轻很多，可以使汽车达到轻量化的目的，还能够节约资源，板材在使用超高强度钢热冲压件后，厚度不到原来的70%。

4.结语

本文提出了一种新的微观结构模型，其中静态再结晶过程由形核和长大的机理来描述。再结晶晶粒的生长速率由晶界迁移率和驱动压力的乘积给出。与其他几种模型相比，沉淀影响被纳入迁移项，而不是驱动压力项，即使齐纳力超过驱动力，也允许再结晶分数的进一步生长。该模型对参考文献的实验数据进行了验证，达到了良好的效果。

参考文献：

[1] Hansen S S， Vander Sande J B and Cohen M 1980 Niobium carbide precipitation and austenite recrystallization in hot rolled microalloyed steels Metall. Trans. A11A 387-402.

[2] Nes E 1997 Modelling of work hardening and stress saturation in FCC metals Prog. Mater.Sci. 41 129–93.

[3] Estrin Y， Tóth L S， Molinari A and Bréchet Y 1998 A dislocation-based model.