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精密五金冲压的热冲压成形技术

更新时间:2021-09-27    浏览次数:55

目前冷冲压工艺存在很多技术缺陷,如成型难度、产品质量差、成型后易变形等问题,超高强度钢热冲压技术的研究和应用已被提上发展日程。虽然我国汽车制造领域已经出现了热冲压技术,但仍有一些技术问题亟待解决。本文简要阐述和分析了现有钢材热冲压成形的技术特点和相关研究进展。


一、钢的热冲压成形技术

1.1  热冲压成形原理

热冲压成形技术是指将硼合金钢板加热到再结晶温度(约900℃)以上,利用金属板在高温下塑性和延展性的明显增加,屈服强度迅速下降的特点,在模具中以大于27℃/s的冷却速度冲压成型,然后快速冷却淬火,从而使钢从奥氏体转变为马氏体的工艺。

1.2  热冲压成形工艺特点

近年来,随着我国对钢冲压技术的不断研究,出现了新的冲压技术——热冲压。冲压技术受到冲压行业的广泛关注。采用热冲压技术可获得先进的超高强度冲压件,钢材的抗拉强度、塑性和延展性显著提高。采用常规冷冲压工艺,会出现工件所需冲压力大、易变形、产品质量差等问题。然而,热冲压工艺技术解决了传统冷冲压工艺带来的成型性和形状冻结等不良问题,近年来发展更加迅速,在现代汽车制造业中得到了广泛应用。

1.3  热冲压成型材料

在传统的冷冲压工艺中,对TRIP钢、马氏体钢等一些先进的高强度汽车钢板进行了加工成型,零件的性能指标基本上保持不变。在热压工艺中,硼钢被广泛使用,其主要成分为22MnB5,常温拉伸强度仅为500~700MPa,但经热冲压淬火后转变为马氏体组织,材料的力学性能显著提高,其抗拉强度可达1500兆帕,屈服强度可达1000兆帕以上,硬度可达50HRC。

1.4  热冲压成型模具

在冷冲压成形技术中,模具只用于成形零件,冲压前后零件的机械强度不会有太大变化。在热冲压工艺中,模具需要通过成形、淬火等工艺成型,结构复杂,成形后的零件强度更高,综合性能更好。

国外文献报道过Al2   O  3/Cu复合材料用于热冲压模具,模具材料的合理选择对热冲压技术至关重要。在成形、冷却淬火过程中,热冲压模具材料应能实现快速、均匀冷却,并同时具备快速传热、冷却的功能。

因此,模具不仅要有良好的热机械性能、耐磨性能、耐腐蚀性能和抗热疲劳性能,还要合理设计凸、凹模具尺寸,保证生产出的零件质量合格可靠。为避免零件局部冷却速度不一致造成的热冲压部件硬度不均现象,设置冷却水回路系统对模具进行冷却,使其具有持续冷却能力。而且反复冲压,模具温度不断升高、降低,会降低模具的使用寿命。因此,我们迫切需要找到一种能够将冷却能力提高、并且耐用的模具。


二、热冲压成形技术的优势

传统冷冲压工艺包括加热、成型、冷却和后续处理,不同加工环节的工艺参数不同。热冲压成形工艺主要由下料、预成形、加热、转移、冲压成形、淬火及后续处理这几个工序组成。

热冲压成形技术的主要优点是:回弹容易控制,抗变形能力小、零件表面硬度、具有良好的硬度特性。零件尺寸精度高,抗凹性好;钢的冲压性能好,成形阻力低;车身零件生产周期短,强度高;减少了零件的厚度和加强板的数量,有利于实现车身的有效减重等。

在热冲压工艺中,为了缩短生产周期,提高生产效率,应注意以下事项:加热温度不宜过高,应保持在再结晶温度以上;炉子需要保温一定时间,保温时间不宜过长;有较高的冲压速度和一定的保持时间;在冷却和淬火的相变中,冷却速度不能太低;冲压板材厚度不宜过厚;模具材料应合理选择和设计。


三、热冲压技术的研究进展

热冲压技术率先在欧美广泛应用,可有效减轻车辆重量、降低成本、提高车辆碰撞稳定性。目前,该技术已在世界各国引起广泛关注。相继开发了硼钢热冲压技术并在车门保险杠、 A、 B、 C柱、保险杠加强梁等部件上投入生产,该技术投入生产实践后,能有效减轻汽车重量,提高稳定性,降低生产成本,因此在市场上备受青睐,获得了迅速的发展和应用。

3.1  国外研究现状

世界汽车工业在热冲压成形技术的研究上投入了大量的精力,主要分布在相对发达的欧洲国家,几乎垄断了全球热冲压成形市场。作为一种新的成形技术,热冲压可以实现冲压件的高强度,这引起了许多研究者对热冲压技术研究和发展的兴趣。

3.2  国内研究现状

由于热冲压成形技术是一种先进的汽车制造技术,其应用可以使汽车更好地达到减重、环保的要求,提高汽车的抗冲击能力和抗碰撞稳定性,因此受到了我国乃至全世界的关注和重视。虽然我国对这项技术的研究比较滞后,但可以说,我国近年来发展很迅速,紧跟时代发展趋势,研发步伐也很快。在国内,各个企业和科研单位都展开了对热冲压成形技术的研究。


四、结束语

随着热冲压技术在汽车生产中的应用,我国先进超高强度冲压件的制备更加广泛,技术也更加成熟。其中模具的结构、性能逐渐趋于理想化,成型件的综合性能也更好,尺寸精度更高。与冷冲压相比,热冲压后工件的力学性能有了显著提高。未来,中国热成型技术将不断完善,其在汽车生产中的应用将不断扩大,热成型市场的竞争将更加激烈。

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