引言

隨著全球汽車(chē)向輕量化方向發(fā)展,汽車(chē)行業(yè)在注重自身經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)需要研發(fā)更為先進(jìn)的板材加工工藝,為整個(gè)汽車(chē)鋼材的生產(chǎn)節(jié)約能源生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)時(shí)間。在生產(chǎn)汽車(chē)過(guò)程中使用輕合金技術(shù)是最好的,但是由于輕合金價(jià)格昂貴,在實(shí)際生產(chǎn)中主要使用的生產(chǎn)工藝材料是高強(qiáng)度的鋼板。因此,高強(qiáng)度的鋼板生產(chǎn)工藝流程是現(xiàn)代汽車(chē)行業(yè)研究的重中之重。

1熱沖壓成形技術(shù)概述

高強(qiáng)度的熱沖壓成形技術(shù)在塑性加工時(shí)需要面臨很多的問(wèn)題,比如在常溫下鋼板的形成很困難,其形成的溫度較高,一般的生產(chǎn)工藝很難達(dá)到加工工藝需求。如果在生產(chǎn)過(guò)程中采用冷沖壓技術(shù)對(duì)鋼板進(jìn)行加工,則生產(chǎn)出的鋼板具有回彈嚴(yán)重的問(wèn)題,同時(shí)在冷沖壓技術(shù)過(guò)程中很難對(duì)加工零件的尺度進(jìn)行把握。所以熱沖壓技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,熱沖壓技術(shù)能夠與鋼材生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)工序相互協(xié)調(diào),比如可以使不同部位的零件在不同部位得到不同的微觀組織,淬火馬氏體組織可以滿(mǎn)足各個(gè)復(fù)雜零件的生產(chǎn)加工工藝流程。

2熱沖壓成形技術(shù)工藝原理

熱沖壓成形技術(shù)的工藝原理是通過(guò)加熱低碳硼合金的高強(qiáng)度鋼板并使其保溫一定時(shí)間,在這個(gè)過(guò)程中使加熱鋼材均勻奧氏體化,然后利用工廠中自動(dòng)機(jī)械手將板料運(yùn)輸?shù)焦S的冷卻系統(tǒng)中進(jìn)行沖壓模板的沖壓成形,同時(shí)系統(tǒng)中的淬火對(duì)鋼材進(jìn)行保壓,使板料能夠獲得均勻的馬氏體相變從而形成剛度均勻的鋼材。熱沖壓成形技術(shù)工藝流程如圖1所示。

3熱沖壓成形主摘影響因素

3.1材料

熱沖壓成形技術(shù)中采用的是一種具有很強(qiáng)剛度的硼合金材料,與傳統(tǒng)的相變誘導(dǎo)鋼以及馬氏體鋼具有很大的差別,傳統(tǒng)的鋼材在常溫下其強(qiáng)度就很高,一般采用的是冷沖壓生產(chǎn)技術(shù)得到,鋼材在形成零件前后其微觀組織沒(méi)有發(fā)生改變,強(qiáng)度指標(biāo)等基本不會(huì)發(fā)生變化。而在熱沖壓成形技術(shù)過(guò)程中使用的鋼材是硼合金鋼板,該材料是一種低碳微合金鋼,材料里面添加了一定的微量元素,提高了整個(gè)鋼材的淬火性能。該材料在鋼材成形后會(huì)發(fā)生大的相變,同時(shí)鋼材的強(qiáng)度指標(biāo)大大提升,此外在該材料中還添加了Ti、Ni等微量元素,提高了整個(gè)鋼材的整體屈服性能以及其他力學(xué)性能。

圖1熱沖壓成形工藝流程圖

典型的熱沖壓成形鋼板在常溫下其強(qiáng)度不高,但是通過(guò)熱成形技術(shù)加熱成形以后,該材料的微觀組織產(chǎn)生了馬氏體,材料的強(qiáng)度以及剛度得到了大大的提升,其屈服強(qiáng)度可以提升到1000MPa以上,但是一個(gè)明顯的缺點(diǎn)就是該成形零件的塑性明顯降低,比如在進(jìn)行熱沖壓之前該合金材料的伸長(zhǎng)率可以達(dá)到24%左右,但是在進(jìn)行熱沖壓成形之后其伸長(zhǎng)率就只有8%左右。

3.2工藝參數(shù)

熱沖壓成形技術(shù)的工藝流程與傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)流程完全不同。在熱沖壓成形過(guò)程中其工藝參數(shù)很多,工藝復(fù)雜,在生產(chǎn)工藝過(guò)程中主要包含了加熱、成形以及冷卻的加工過(guò)程,為了使鋼材向馬氏體轉(zhuǎn)變,確保加工的零件具有足夠的強(qiáng)度和剛度,需要對(duì)不同的加工工藝流程參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

加熱階段主要是對(duì)鋼材加熱溫度以及加熱時(shí)間進(jìn)行把控,對(duì)鋼材進(jìn)行加溫時(shí)需要確保其加熱的溫度控制帶在再結(jié)晶的溫度以上,這樣能夠確保材料奧氏體化,但是也需要特別注意加熱的溫度不能夠設(shè)置太高,否則會(huì)造成板料的燒毀和晶粒變大,這樣影響整個(gè)板料奧體化的均勻性,同時(shí)影響材料成形后的零件質(zhì)量以及性能,在對(duì)板料加熱到一定溫度以后需要對(duì)板料進(jìn)行保溫,在對(duì)材料進(jìn)行奧體化的保溫進(jìn)程中其保溫時(shí)間不宜太長(zhǎng),不然會(huì)造成晶粒變大,會(huì)增加整個(gè)零件的生產(chǎn)周期以及降低零件的生產(chǎn)效率。

在成形階段需要對(duì)零件模具的表面冷卻淬火,產(chǎn)生相變,在這個(gè)過(guò)程中需要使奧氏體變成馬氏體,實(shí)現(xiàn)鋼材強(qiáng)度的增加,只有在鋼材冷卻到一定的溫度后才能使奧氏體變成馬氏體,否則在成形過(guò)程中會(huì)形成其他的一些組織,影響整個(gè)成形零件的強(qiáng)度。結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),一般在熱沖壓工程中將奧氏體轉(zhuǎn)換成馬氏體的最佳溫度是28℃/s,因此在鋼材的成形過(guò)程中需要使模具成形的溫度大于這個(gè)值,以此提高整個(gè)冷卻介質(zhì)的循環(huán)壓力,使冷卻零件的各個(gè)部位受力均勻,同時(shí)注意冷卻的速度,并不是冷卻速度越快越好,因?yàn)楫?dāng)冷卻速度增加以后,零件將會(huì)開(kāi)裂。

3.3熱沖壓模具

冷沖壓模具只能應(yīng)用于實(shí)際零件的形成,而熱沖壓模具不但可以將材料應(yīng)用于模具的成形,還能將零件進(jìn)行冷卻淬火,因此在模具的選擇上更加復(fù)雜,同時(shí)也需要注意模具材料的選擇以及模具設(shè)計(jì)等方面的要求。在進(jìn)行模具材料方面的選擇上,對(duì)熱沖壓模具需要確定好傳熱系數(shù),在生產(chǎn)工藝過(guò)程中需要確保鋼板與模具之間能夠迅速傳熱,以致形成的鋼板具有很好的冷卻功能,模具材料需要確定其具有很好的熱強(qiáng)度以及高耐磨性能,以保證在零件的成形過(guò)程中具有足夠的精度。模具表面需要具有足夠的光滑性,同時(shí)其表面需要具有足夠的強(qiáng)度,這樣可以確保在劇烈的冷熱交換過(guò)程中保證零件具有足夠的壽命,此外模具的表面需要具有足夠的耐銹蝕性,保證模具內(nèi)部管道不被冷卻介質(zhì)銹蝕而發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

4熱成形試驗(yàn)仿真與結(jié)果

以某車(chē)型的防撞梁為研究對(duì)象,其材料為22MnB5的特定硼鋼板,利用熱成形模擬軟件Pam-stamp2G建立防撞梁仿真模型,如圖2所示。為了確定成形溫度和沖壓速度,對(duì)其模型進(jìn)行了不同成形溫度條件和不同沖壓速度條件下的仿真研究。

4. 1    不同成形溫度對(duì)防撞梁性能的影響

在沖壓速度一 定的情況下 ,成形溫度的變化對(duì)構(gòu)件的金 相組織和硬度影響不大:但是對(duì)構(gòu)件的厚度影響較大 , 即厚 度隨著成形溫度的增大而增大 ,在700~900 ℃時(shí) , 厚度達(dá)最 大 ,最佳成形溫度在800 ℃ 。  因此 ,將該溫度作為實(shí)驗(yàn)的初始 成形溫度 。

4.2不同沖壓速度對(duì)防撞梁性能的影響

在成形溫度為800C的情況下,研究不同沖壓速度對(duì)構(gòu)件金相組織、硬度和厚度的影響可知,沖壓速度對(duì)金相組織的影響較小。當(dāng)沖壓速度小于50mm/s時(shí),構(gòu)件硬度大幅降低,厚度快速增大。但是當(dāng)沖壓速度大于50mm/s時(shí),厚度有所減小,硬度基本不變。為了獲得較厚的構(gòu)件,在本文中選擇最佳的沖壓速度為℃00mm/s。

4.3防撞梁試驗(yàn)

由上述可知,最佳的初始成形溫度和沖壓速度分別是8001和℃00mm/s。利用上述結(jié)果對(duì)其進(jìn)行沖壓試驗(yàn),將試驗(yàn)件進(jìn)行力學(xué)性能和金相組織鑒定測(cè)試。由力學(xué)性能試驗(yàn)測(cè)得該構(gòu)件抗拉強(qiáng)度為℃500MPa,硬度為℃H50℃,金相組織為馬氏體,構(gòu)件的組織和性能滿(mǎn)足使用要求。

5結(jié)語(yǔ)

高強(qiáng)度的鋼板加熱沖壓成形技術(shù)備受世界關(guān)注,本文主要介紹了熱沖壓成形過(guò)程中成形零件的加工工藝,對(duì)提升整車(chē)汽車(chē)零件的強(qiáng)度以及剛度具有十分重要的意義。本文針對(duì)某一汽車(chē)零件采用熱沖壓成形技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M仿真,證明了該技術(shù)對(duì)于提高整個(gè)汽車(chē)零部件的剛度以及強(qiáng)度具有很強(qiáng)的作用,是符合實(shí)際需求的,為未來(lái)汽車(chē)零部件的加工指明了方向。