在汽車(chē)工業(yè)飛速發(fā)展的背景下，減輕車(chē)身重量、降低油耗（經(jīng)濟(jì)性），降低廢氣的排放（環(huán)保）越來(lái)越受到人們的重視。與此同時(shí)，人們對(duì)汽車(chē)的安全性和舒適度的要求也逐步提高。為適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，各大鋼鐵企業(yè)開(kāi)發(fā)出了應(yīng)用于車(chē)身部件的高強(qiáng)鋼板，同時(shí)也帶來(lái)了高強(qiáng)鋼板的成形問(wèn)題。在常溫下高強(qiáng)鋼板成形困難，由此，熱成形技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

　　一、熱成形的提出：

　　在汽車(chē)工業(yè)飛速發(fā)展的背景下，減輕車(chē)身重量、降低油耗（經(jīng)濟(jì)性），降低廢氣的排放（環(huán)保）越來(lái)越受到人們的重視。與此同時(shí)，人們對(duì)汽車(chē)的安全性和舒適度的要求也逐步提高。為適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，各大鋼鐵企業(yè)開(kāi)發(fā)出了應(yīng)用于車(chē)身部件的高強(qiáng)鋼板，同時(shí)也帶來(lái)了高強(qiáng)鋼板的成形問(wèn)題。在常溫下高強(qiáng)鋼板成形困難，由此，熱成形技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

　　熱成形技術(shù)主要是針對(duì)高強(qiáng)鋼板而開(kāi)發(fā)的，其工藝過(guò)程為：首先將常溫下強(qiáng)度為500～600MPa的硼合金鋼板加熱到850～950℃，使之均勻奧氏體化，然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成型，最后快速冷卻，將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使沖壓件得到硬化，大幅度提高強(qiáng)度（安全性）。

　　熱沖壓工藝過(guò)程

　　熱沖壓工藝過(guò)程

　　二、熱成形所用的鋼材：

　　ARCELOR(法國(guó)阿塞洛公司)的USIBOR1500；

　　BENTLER（德國(guó)本特勒公司）的BTR系列（BTR165鋼板、BTR155鋼管）；

　　SSAB（瑞典薩博公司）的DOMEX 024B；

　　LUCOIL STEEL 的BO 02～05系列；

　　RAEX?（芬蘭） B BORON STEELS；

　　NIPPON STEEL（新日本制鐵株式會(huì)社）的BORON鋼；

　　THYSSEN（德國(guó)蒂森克虜伯公司）MBW?1500+AS；

　　POSCO（韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵公司）；

　　BAOSTEEL（中國(guó)寶鋼）；

　　激光拼焊板的使用（德國(guó)蒂森克虜伯公司）

　　TRB mubea（德國(guó)慕貝爾，世界唯一一家熱成型TRB板材供應(yīng)商）

　　三、熱成形技術(shù)的典型應(yīng)用：

　　熱成形技術(shù)在車(chē)身結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用

　　采用熱成形技術(shù)可極大提高車(chē)身整體結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，大幅度提高整車(chē)碰撞安全性能與NVH性能；大量運(yùn)用該技術(shù)可有效減輕整車(chē)的質(zhì)量，提高整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性能。根據(jù)車(chē)身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，車(chē)身以下部位推薦使用熱成形件，如圖:

　　熱沖壓零件應(yīng)用

　　熱成形技術(shù)在車(chē)身上的應(yīng)用

　　四、熱成形鋼板的加熱：

　?。?、純電加熱

　　能耗高，價(jià)格昂貴。

　?。狻⑷紵烊粴饧訜?/p>

　　經(jīng)濟(jì)性好，但要嚴(yán)格檢測(cè)天然氣是否達(dá)標(biāo)。

　?。?、電氣混合加熱：開(kāi)始采用燃燒天然氣加熱，使鋼板迅速加熱至900℃，后面采用電阻加熱的方式，主要是為了使鋼板加熱均勻。

　　d、感應(yīng)加熱：感應(yīng)加熱會(huì)產(chǎn)生表面集膚現(xiàn)象。

　　板料加熱到奧氏體狀態(tài)后，要經(jīng)過(guò)保溫處理以保證板料成形前具有均勻的組織性能。若保溫時(shí)間短，則板料內(nèi)的奧氏體晶粒大小不均勻，在成形過(guò)程中，板料各部分變形不均勻，經(jīng)過(guò)淬火后得到的馬氏體組織也不均勻，從而也影響到熱沖壓件的質(zhì)量均勻性。

　　五、加熱之后的鋼板移到壓力機(jī)：

　　a．機(jī)器人

　　機(jī)器人的成本高，速度稍慢，但柔性更好。

　　b. 行架機(jī)構(gòu)

　　行架機(jī)構(gòu)速度快，通用性差

　　無(wú)論哪種方式都需要有端拾器來(lái)配合工作。機(jī)械手保證速度，端拾器保證精確定位，這兩個(gè)設(shè)備同時(shí)保證板料在轉(zhuǎn)移到模具上時(shí)溫度損失最低。

　　六、制件在模具中的成形：

　　加熱完的鋼板在壓力機(jī)的作用下快速合模及保壓，再通過(guò)水冷淬火，使零件的強(qiáng)度達(dá)到1500MPa以上。

　　一方面，根據(jù)金屬熱變形理論，成形溫度高，金屬原子動(dòng)能急劇增加，發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，再結(jié)晶可消除材料的硬化現(xiàn)象，顯著降低金屬的變形抗力，提高金屬的塑性，從而可減少?zèng)_壓成形所需的壓力。

　　熱沖壓成形工藝中的淬火目的是保證鋼板在形變過(guò)程中能夠快速冷卻，獲得在室溫下具有均勻馬氏作組織的高強(qiáng)度鋼構(gòu)件。若選用的淬火介質(zhì)不當(dāng)或模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，熱成形過(guò)程中冷卻速度慢，則奧氏體會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w或貝氏體而得不到馬氏體組織。

　　熱沖壓零件的質(zhì)量?jī)?yōu)點(diǎn)之一是成形零件形狀和尺寸精度高，而成形結(jié)束后的保壓淬火工藝是決定該質(zhì)量的關(guān)鍵；同時(shí)，沖壓作業(yè)線(xiàn)的節(jié)拍與零件的最終質(zhì)量性能是對(duì)立關(guān)系。保溫時(shí)間的過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短則會(huì)使熱沖壓材料組織晶粒不均勻，影響零件質(zhì)量。

　　在成形期間和成形之后進(jìn)行有針對(duì)性的溫度控制，例如把模具加熱到一個(gè)更高的溫度，就會(huì)使冷卻速率變小，得到另外一種強(qiáng)度降低而延展性更好的組織。因此模具的溫度，應(yīng)當(dāng)高于馬氏體轉(zhuǎn)變的起始溫度。

　　由于硼鋼是在加熱狀態(tài)下成型，所以幾何性能與拉伸性能非常的好，多復(fù)雜的形狀基本都可以一次成型，唯一的需要注意的時(shí)邊角位置不便于內(nèi)置冷卻水道，會(huì)影響冷卻時(shí)間和效果。

　　硼鋼加熱后延展率約為40%，淬火冷卻以后約為6%

　　七、熱沖壓模具：

　　A、模具型面的設(shè)計(jì)需要考慮鋼板熱脹冷縮效應(yīng)，并且,型面不能設(shè)計(jì)冷沖壓常用的拉伸筋；

　　B、模具內(nèi)部冷卻回路的設(shè)計(jì)（包括冷卻孔徑的大小、冷卻孔的間距和布置方式、冷卻孔中心離模具型面的距離、冷卻水的流動(dòng)方式等）；

　　C、模具的分塊、冷卻通道的加工以及模具的裝配；

　　D、應(yīng)該考慮到冷卻通道的密封問(wèn)題。

　　熱沖壓模具水道設(shè)計(jì)

　　八、熱沖壓零件的CAE仿真分析：

　?。ㄈ鏏utoForm；Pam-stamp；Dynaform）

　　需要準(zhǔn)確的材料性能參數(shù), 如彈性模量、泊松比、高溫狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和鋼板摩擦特性等，這些參數(shù)和冷沖壓狀況是完全不同的。

　　熱沖壓過(guò)程分析（預(yù)測(cè)零件的熱沖壓可制造性）

　　熱成形的FLD圖

　　溫度場(chǎng)分布

　　厚度分布

　　保壓淬火過(guò)程分析（可結(jié)合高溫蠕變、損傷等知識(shí)來(lái)分析）

　　回彈分析(預(yù)測(cè)零件的成形精度)

　　研究熱成形的回彈機(jī)理：從試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果可知,熱效應(yīng)是引起回彈的主要因素,蠕變應(yīng)變減少了熱成形后的回彈量。蠕變應(yīng)變和熱效應(yīng)是影響熱成形中回彈的主要因素。

　　壓邊力、模具溫度和凹模圓角半徑是影響回彈的主要因素。

　　九、模具的CAE分析（ABAQUS、LS-DYNA）：

　　優(yōu)化模具的冷卻通道，選取適當(dāng)?shù)牧魉?/p>

　　溫度的作用是降低材料的變形抗力，提高材料的塑性和改善成形狀態(tài)，隨溫度升高，板材塑性增加，變形抗力下降，各向異性減弱，沖壓成形性能改善。壓力的作用是平衡成形時(shí)的變形抗力。時(shí)間條件是滿(mǎn)足應(yīng)力松弛和進(jìn)入蠕變狀態(tài)所需要的合適時(shí)間。

　　溫度不均勻會(huì)直接導(dǎo)致成型后的零件性能不均勻。

　　十、模具材料：

　　模具鋼的選擇不同，主要焦點(diǎn)集中在材料的高熱傳導(dǎo)性（淬火時(shí)間短）和耐極端溫度變化上（反復(fù)極熱到極冷轉(zhuǎn)變），目前國(guó)內(nèi)還不能生產(chǎn)供熱成形使用的模具（極少數(shù)低產(chǎn)試驗(yàn)?zāi)＞叱猓^大多數(shù)生產(chǎn)模具靠從歐洲進(jìn)口。

　　熱成形模具的瓶頸主要集中在成型模擬上，相比冷沖只需要計(jì)算表面成型材料減薄等因素

　　外，熱成形還需要模擬材料溫度變化（熱流失）和模具內(nèi)冷卻水道的開(kāi)發(fā)，由于市面上沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的軟件可以使用，所以各大廠商都是靠自己開(kāi)發(fā)的軟件來(lái)完成模擬。

　　要求模具能夠穩(wěn)定地工作在劇烈的冷熱交替條件下，同時(shí)能夠抵抗高溫板料對(duì)模具產(chǎn)生的強(qiáng)力熱摩擦，以及脫落的氧化層碎片和顆粒在高溫下對(duì)模具表面的磨粒磨損效應(yīng)。

　　常用的熱成型模具材料有

　　一勝百：Dievar

　　Kind&CO：CR7V-L

　　洲際鋼鐵：D600 D700

　　十一、熱成型誤區(qū)：

　　廣為流傳的一個(gè)錯(cuò)誤概念就是熱成形等于硼鋼，不完全正確。

　　1.同樣厚度和尺寸的熱成形鋼板和普通鋼板的重量是一樣的。

　　2.說(shuō)熱成形部件能減輕車(chē)重的主要原因是其能提供超高強(qiáng)度，舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)：舊部件使用普通高強(qiáng)度鋼板（強(qiáng)度400Mpa，厚度2mm，重8kg），現(xiàn)在使用新的熱成形部件代替（強(qiáng)度1200MPa，厚度1mm，重4kg），對(duì)比下來(lái)由于材料厚度減小，所以重量降低4kg，但是由于其超高強(qiáng)度，反而比以前部件更加堅(jiān)固。

　　這就是為什么說(shuō)熱成形部件的應(yīng)用不但能增加車(chē)身強(qiáng)度，還能減輕車(chē)身重量（安全性和節(jié)能）。

　　3.早期熱成型生產(chǎn)有局限性，部分部件需要預(yù)成型（如中通道板），不過(guò)近幾年由于生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備的成熟，已經(jīng)不需要預(yù)成型了，所有部件均可一次成型。

　　4.最終強(qiáng)度無(wú)非取決于材料（硼鋼板，涂層或無(wú)涂層）、生產(chǎn)設(shè)備（加熱爐，壓機(jī)、模具和自動(dòng)化）和工藝，一般生產(chǎn)均可以達(dá)到＞1000Mpa的強(qiáng)度，如果沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)強(qiáng)度那么就是上述環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問(wèn)題，具體情況具體分析。

　　5.;最可能出現(xiàn)強(qiáng)度不足的原因可能是淬火保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（如果沒(méi)有在7~10秒內(nèi)將部件溫度降至400℃以下，就會(huì)影響奧氏體至馬氏體的轉(zhuǎn)化）

　　硼鋼是加入稀少硼元素的合金，但是硼鋼自己并不是超強(qiáng)度鋼板（一般硼鋼板強(qiáng)度在400MPa左右）。只有硼鋼經(jīng)過(guò)熱處理（加熱到850℃以上）然后急速冷卻淬火（10秒內(nèi)降到400℃以下），完成奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)化后，才會(huì)產(chǎn)生超高的強(qiáng)度，一般淬火后的強(qiáng)度在1200~1400MPa之間，極限強(qiáng)度甚至可以達(dá)到2000MPa（寶鋼熱沖壓廠生產(chǎn)的防彈鋼板）。

　　而硼起到的作用只是提高材料淬火的深度。

　　這過(guò)程與我們老祖宗鑄劍時(shí)將加熱的劍坯放進(jìn)冷水（油）淬火的工藝一樣，只不過(guò)現(xiàn)代人將之標(biāo)準(zhǔn)化，工業(yè)化、規(guī)模化。

　　【興迪源機(jī)械簡(jiǎn)介】

　　興迪源機(jī)械(Xingdi Machinery)是一家專(zhuān)注流體壓力成形技術(shù)的鍛壓設(shè)備制造企業(yè)。自2007年創(chuàng)立以來(lái)，興迪源機(jī)械一直致力于內(nèi)高壓成形的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)。主營(yíng)產(chǎn)品范圍從生產(chǎn)普通液壓設(shè)備，現(xiàn)今發(fā)展至生產(chǎn)、研發(fā)國(guó)內(nèi)頂尖流體壓力成形技術(shù)的鍛壓設(shè)備。

　　興迪源機(jī)械是先進(jìn)輕量化成形技術(shù)的提供者，從產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)備生產(chǎn)、模具研制、方案定制，直至最終交付及提供增值服務(wù)，我們?yōu)榭蛻?hù)提供的不僅僅是一臺(tái)設(shè)備，而是一整套智能制造成形方案。