启飞汽车

摘要
 
    钢板热冲压技术能够在确保制作高强度的钢板时其形状不变, 这种钢板用于汽车制造领域可提升汽车的碰撞性能。该文主要介绍了钢板热冲压技术及其工艺原理、数值应用, 并进行数值模拟, 最后对这项技术的使用现状以及未来的发展前景进行了阐述。
    如今, 我国的汽车制造业发展迅速, 国家对于汽车碰撞的要求越来越高, 对于汽车尾气排放也颁布了相应的法规, 因此制造商必须响应国家号召, 节能减排, 降低环境污染, 在汽车制造的过程中通过使用强度较高的钢板来提升汽车的质量。由于高强度的钢板在制作时会随着强度的提高使得其成形难度增大, 很多零件就难以达到理想的形状, 影响其使用性能。为了在制作高强度的钢板时其形状不变, 就研发出了钢板热冲压技术。钢板热冲压技术能够在1 500 MPa压力下制造出冲压件, 形成的冲压件精度较高, 成形较为精确, 钢板热冲压技术对于汽车制造领域至关重要。该文介绍了钢板热冲压技术及其工艺原理、数值应用, 并进行数值模拟, 最后说明了这项技术的使用现状以及未来的发展前景。
 
一、钢板热冲压技术概述
 
    热冲压技术是通过高温将钢板加热到奥氏体温度范围, 使得钢板组织发生变化, 之后将发生变化的钢板快速移动到模具中, 然后再快速冲压, 模具中都含有冷却装置, 通过冷却装置迅速冷却模具中的零件, 将得到的零件再通过淬火进行冷却, 最终得到了高强度冲压件的新型工艺。在进行钢板热冲压时主要的步骤为加热、冲压、保压和冷却。通过加热使得钢板初步成型, 温度的高低直接影响了高强度钢板的冲压性能, 通过冲压机的作用使得钢板成型, 而保压使得钢板的形状更加稳定, 在淬火的作用下促使钢板的组织发生变化。
    作为一种新兴工艺, 热冲压成形技术在汽车工业中的应用, 满足了车身减重、车身强度和碰撞安全的要求, 有利于节能、环保以及车身轻量化目标的实现。目前, 由于技术及设备条件的限制, 国内汽车厂商使用热冲压零件的比例很小, 2013年, 中国汽车产销目标预计达到2 000万辆, 有望突破2 300万辆, 热冲压成形技术具有广阔的市场前景。
与冷冲压相比, 热冲压具有明显的技术优势, 主要表现在以下几个方面:
    1)可以得到超高强度的车身零件, 从而减小零件厚度, 减少车身加强板数量, 提高车身的碰撞性能, 实现车身的有效减重。
    2)成形性相对较好。
    3)冲压所需的设备吨位较小, 一般而言, 800 t的高速液压机就能满足大部分车身零件热冲压需要。
    4)尺寸精度好。
    5)零件表面硬度、抗凹性和刚度特性好。
    6)零件外形设计可以简化。
 
二、钢板热冲压技术在汽车制造的应用
 
1.工艺原理
 
    热冲压工艺流程如图1所示, 分为a、b两种流程, a为直接成形工艺, b为间接成形工艺。直接成形工艺:首先将板料进行加热, 直至板料奥氏体化, 然后将其转移到具有冷却功能的模具中, 使得钢板成形;间接成形:首先将板料进行冷冲压预成形, 然后加热直至板料奥氏体化, 然后将其转移到具有冷却功能的模具中, 使得钢板成形。热冲压直接成形工艺通常应用于一些形状结构较为简单的零件, 而直接成形工艺就应用于形状复杂的零件。
 

 
图1 零件热冲压成形过程

 
2.参数设置
 
    热冲压过程有2个阶段, 即压边、成形。这2个阶段的成形参数如下:压边阶段:板料开始温度为810℃, 模具为75℃, 模具运动速度为200 mm/s;成形阶段:板料的温度就是压边阶段结束之后的温度, 模具运动速度为200 mm/s, 两者之间的摩擦系数为0.4。
 
三、钢板热冲压使用现状及其前景展望
 
    钢板热冲压技术能够确保制作高强度的钢板时其形状不变, 这项技术在1 500 MPa的压力下制造冲压件, 并且形成的冲压件精度较高, 成形较为精确, 作为一新兴的成形技术, 热冲压技术对于汽车制造领域至关重要, 应用前景更为广阔。国外多种类型的车都开始使用热冲压零件, 而国内的进口车也多采用钢板热冲压零件。钢板热冲压常用于前、后门左右防撞杆, 前、后保险杠, A、B、C柱加强板以及车顶加强梁等, 如图3所示。
    总的来说, 国产车的碰撞性能较差, 如果在图3标注的部位使用热冲压零件, 不但使得车身的碰撞性能大幅度提升, 而且还能够降低车身自重。目前, 国内的一些自主品牌汽车厂开始重视热冲压新技术, 在其自主研发的新车型中采用钢板热冲压技术, 大大提升了汽车的质量。由于国内某款车型的A、B加强板采用了热冲压零件, 其国外碰撞测试从一星级升为三星级。由此可见, 钢板热冲压新技术在未来将会应用得更加广泛, 此项技术不但可以应用于汽车制造领域, 还可应用于农业、矿山机械领域, 提升其相关器具的强度等。
 
四、结语
 
    钢板热冲压技术是增强汽车碰撞性能的新型技术, 引起了专家学者的高度重视。钢板热冲压技术的工艺流程为:首先将板料进行加热, 直至板料奥氏体化, 然后将其转移到具有冷却功能的模具中, 使得钢板成形。此技术发展时间较短, 但其在增强汽车碰撞性能及强度方面发挥着较大的作用。钢板热冲压技术在未来将会应用得更为广泛, 不但可以应用于汽车制造领域, 还可应用于农业、矿山机械领域, 提升其相关器具的强度等。所以, 在汽车制造领域应着重推广钢板热冲压技术。
 

 
图3 适合于热冲压的车身零件

    另一方面, 从整体来看, 我国热冲压装备生产线技术较国外发展起步较晚, 因此需要加大研发力度, 汲取先进经验, 研发出具有中国特色的冲压成形, 从而提高我国汽车全球竞争力。
 
作者：高敏 刘佳郑  来源：中国新技术新产品
 

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