多篇關(guān)于熱沖壓的論文

1、熱沖壓技術(shù)熱沖壓成形（Hotstamping）是國(guó)際上近幾年來(lái)出現(xiàn)的一項(xiàng)專(zhuān)門(mén)用于成形超高強(qiáng)度鋼板沖壓件的先進(jìn)制造技術(shù)，也是汽車(chē)沖壓件制造領(lǐng)域內(nèi)的最新技術(shù)。熱沖壓成形中所使用的鋼板是一種特殊的硼合金鋼板，這種鋼板不同于傳統(tǒng)的冷成形超高強(qiáng)鋼?，F(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的雙相鋼、復(fù)相鋼等冷成形高強(qiáng)度鋼板一般是在常溫下通過(guò)冷沖壓的方法成形，成形前后零件的顯微組織和機(jī)械強(qiáng)度基本不發(fā)生改變。而熱沖壓成形中所使用的鋼板在常溫下強(qiáng)度不很高，抗拉強(qiáng)度僅有400600MPa，具有良好的塑性與可成形性；它是通過(guò)熱沖壓成形工藝進(jìn)行成形和淬火后，零件的顯微組織由原來(lái)的鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變成均勻的馬氏體，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1500MP

2、a以上，硬度可以達(dá)到50HRC，而且基本沒(méi)有回彈，具有很高的尺寸精度。在鋼板中添加了硼，其目的在于提高鋼板的淬火性能，使板料的組織轉(zhuǎn)變順利進(jìn)行。此外，為了提高材料的強(qiáng)度以及其它力學(xué)性能，還添加了Ti、Cr、Mo、Cu、Ni等多種合金微量元素。熱沖壓成形由以下幾個(gè)工序組成：1.落料：是熱沖壓成形中的第一道工序，把板材沖壓出所需外輪廓坯料。2.奧氏體化：包括加熱和保溫兩個(gè)階段。這一工序的目的在于將鋼板加熱到一個(gè)合適的溫度，使鋼板完全奧氏體化，并且具有良好的塑性。加熱所使用的設(shè)備為專(zhuān)用的連續(xù)加熱爐，鋼板在加熱到再結(jié)晶溫度以上之后，表面很容易氧化，生成氧化皮，這層氧化皮會(huì)對(duì)后續(xù)的加工造成不利的影響。為

3、了避免或減少鋼板在加熱爐中的氧化，一般在加熱爐內(nèi)設(shè)置惰性氣體保護(hù)機(jī)制，或者對(duì)板料進(jìn)行表面防氧化處理。3.轉(zhuǎn)移：指的是將加熱后的鋼板從加熱爐中取出放進(jìn)熱成形模具中去。在這一道工序中，必須保證鋼板被盡可能快地轉(zhuǎn)移到模具中，一方面是為了防止高溫下的鋼板氧化，另一方面是為了確保鋼板在成形時(shí)仍然處在較高的溫度下，以具有良好的塑性。4.沖壓和淬火。在將鋼板放進(jìn)模具之后，要立即對(duì)鋼板進(jìn)行沖壓成形，以免溫度下降過(guò)多影響鋼板的成形性能。成形以后模具要合模保壓一段時(shí)間，一方面是為了控制零件的形狀，另一方面是利用模具中設(shè)置的冷卻裝置對(duì)鋼板進(jìn)行淬火，使零件形成均勻的馬氏體組織，獲得良好的尺寸精度和機(jī)械性能。研究表明，

4、就目前常用的熱沖壓鋼材而言，實(shí)現(xiàn)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的最小冷卻速率為2730/s，因此要保證模具對(duì)板料的冷卻速度大于此臨界值。5.后續(xù)處理。在成形件從模具中取出以后，還需要對(duì)其進(jìn)行一些后續(xù)的處理，如利用酸洗或噴丸的方式去除零件表面的氧化皮，以及對(duì)零件進(jìn)行切邊和鉆孔。熱沖壓件由于強(qiáng)度太高，不能用傳統(tǒng)的手段對(duì)其進(jìn)行切邊及鉆孔加工，而必須用激光技術(shù)來(lái)完成。熱沖壓模具設(shè)計(jì)是熱沖壓成形工藝的核心技術(shù)，它不僅要滿足零件的成形需要，而且還要具有優(yōu)異的冷卻能力，以保證零件獲得良好的機(jī)械性能和尺寸精度。國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)度汽車(chē)板熱沖壓技術(shù)研究現(xiàn)狀為適應(yīng)汽車(chē)輕量化、降低燃油消耗、減少污染物排放和提高汽車(chē)碰撞安全性的要求，汽

5、車(chē)用高強(qiáng)度鋼板的使用比重越來(lái)越大。當(dāng)前各大汽車(chē)廠生產(chǎn)車(chē)身及部件主要采用冷沖壓法，采用此法沖壓高強(qiáng)度汽車(chē)板時(shí)，沖壓過(guò)程中需要的沖壓力大且容易開(kāi)裂，產(chǎn)生過(guò)量回彈。尤其是針對(duì)超高強(qiáng)度鋼板（抗拉強(qiáng)度550MPa），沖壓時(shí)這兩項(xiàng)缺陷尤為突出。熱沖壓技術(shù)可以解決這兩個(gè)問(wèn)題，同時(shí)可以使沖壓后的成品抗拉強(qiáng)度得到大幅度提高。熱沖壓的關(guān)鍵工藝過(guò)程是加熱、沖壓、保壓和冷卻。加熱過(guò)程直接影響到高強(qiáng)度鋼板的沖壓性能。熱沖壓的主要設(shè)備包括：加熱爐、上下料裝置、壓機(jī)、模具、切邊和沖空。采用熱沖壓工藝后，尤其是轎車(chē)車(chē)身所用高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度鋼板的厚度可以降低，同時(shí)由于部件的強(qiáng)度得到大幅度提高，車(chē)身上的加強(qiáng)板、加強(qiáng)筋可以大量減少

6、，從而減少了車(chē)身的重量，同等條件下提高了車(chē)身的防撞安全性。由于采用熱加工工藝，鋼板的熱變形能力得到大幅提高，并且沖壓變形所需的壓力相對(duì)降低，一般而言熱沖壓軋機(jī)的噸位800t就可以滿足生產(chǎn)要求。在熱狀態(tài)下沖壓，也降低了回彈的程度，基本沒(méi)什么回彈。相對(duì)冷沖壓而言，熱沖壓也有不足之處。由于需要加熱爐對(duì)鋼板進(jìn)行前處理，增加了加熱設(shè)備及其能耗這一大環(huán)節(jié)。生產(chǎn)過(guò)程中由于需要加熱和保壓（淬火），從而增加了生產(chǎn)時(shí)間，生產(chǎn)效率也因此降低。此外，由于熱沖壓成熟的技術(shù)設(shè)備，特別是熱沖壓壓機(jī)、模具、激光切割機(jī)以及全套設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本由國(guó)外公司掌控，技術(shù)封鎖嚴(yán)密，現(xiàn)階段設(shè)備投資大，一般的小型汽車(chē)廠難以承受。目前，

7、國(guó)內(nèi)主要是同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)、上海大眾汽車(chē)和奇瑞汽車(chē)、寶鋼研究院等相關(guān)研究單位在對(duì)熱沖壓技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行研究。國(guó)內(nèi)大學(xué)研究高強(qiáng)度汽車(chē)板熱沖壓工藝取得成果較多的是同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院，他們選用的是安賽樂(lè)生產(chǎn)的USIBOR1500高強(qiáng)度鋼板，采用熱模擬機(jī)和量身訂制的模具進(jìn)行試驗(yàn)研究。國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究表明：高強(qiáng)度汽車(chē)板熱沖壓加熱溫度為850950為宜；模具在室溫下，即原始溫度1050對(duì)熱沖壓成形沒(méi)有明顯影響；保壓時(shí)間一般為155260s，冷卻速度一般21/s，淬火后零件溫度為200左右，冷卻水臨界經(jīng)濟(jì)流速為0.7m/s。國(guó)外對(duì)此工藝研究的比較早，由于技術(shù)封鎖，很難見(jiàn)到有實(shí)際意義的生產(chǎn)

8、線的技術(shù)文獻(xiàn)和有關(guān)高強(qiáng)度汽車(chē)板熱沖壓生產(chǎn)實(shí)踐性資料，但國(guó)外尤其是歐洲已有設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)能夠提供高強(qiáng)度汽車(chē)板熱沖壓生產(chǎn)線。如瑞典AP&T公司具備提供整套熱沖壓設(shè)備能力、德國(guó)舒勒公司能夠提供全套的鋼板熱沖壓設(shè)備，舒勒已向一家德國(guó)汽車(chē)制造廠提供6條全自動(dòng)熱成形生產(chǎn)線，國(guó)內(nèi)熱沖壓整套和部分設(shè)備都還沒(méi)有廠家能夠生產(chǎn)。高強(qiáng)度汽車(chē)板熱沖壓技術(shù)主要用于生產(chǎn)轎車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)中對(duì)強(qiáng)度要求高的部件，如：門(mén)內(nèi)側(cè)梁、柱，底板中央通道、車(chē)身縱梁和橫梁、門(mén)檻、保險(xiǎn)杠等安全防撞件。這些部件的強(qiáng)度級(jí)別直接關(guān)系轎車(chē)的安全性能，尤其是國(guó)家提高了對(duì)汽車(chē)防撞級(jí)別的要求，這些部件的強(qiáng)度級(jí)別更是關(guān)系到整車(chē)的安全星級(jí)。研究顯示，德國(guó)大眾B

9、6車(chē)型、沃爾沃XC90和C70、馬自達(dá)6采用了高強(qiáng)度硼鋼和熱沖壓成型工藝。國(guó)內(nèi)某自主品牌汽車(chē)也在部分車(chē)型中采用了此項(xiàng)技術(shù)以提高碰撞安全級(jí)別。目前對(duì)熱沖壓工藝的自動(dòng)控制研究還基本沒(méi)有，因而需要加強(qiáng)研究和消化，以免在工藝的生產(chǎn)控制方面受制于人。同時(shí)強(qiáng)化操作人員培訓(xùn)，提高生產(chǎn)水平。鋼板熱沖壓新技術(shù)的核心技術(shù)對(duì)于強(qiáng)度超過(guò)1000MPa的高強(qiáng)鋼，傳統(tǒng)冷沖壓工藝束手無(wú)策，一種新型熱沖壓技術(shù)則應(yīng)運(yùn)而生，即鋼板熱沖壓新技術(shù)。 鋼板熱沖壓新技術(shù)是瑞典的Hard Tech公司于20世紀(jì)80年代最早提出，最近二十多年逐漸應(yīng)用和推廣開(kāi)來(lái)，是一種將特殊的高強(qiáng)度鋼板加熱到奧氏體溫度范圍，快速移動(dòng)到模具，通過(guò)模具沖壓，然后

10、淬火冷卻獲得強(qiáng)度超過(guò)1500MPa甚至更高的馬氏體組織沖壓件的新型成形工藝。其核心技術(shù)是：      1.工序設(shè)計(jì)特點(diǎn)。      采用冷沖壓工藝的零件，需要通過(guò)3-6個(gè)工序來(lái)成形所需的外形、尺寸。鋼板熱沖壓只能通過(guò)一道沖壓成形，因此零件外形設(shè)計(jì)上要充分考慮其工藝特點(diǎn)，對(duì)于沖壓深度很深、成形難度大的中通道類(lèi)零件，可以先采用冷沖壓預(yù)沖壓，然后再進(jìn)行熱沖壓。      2.模具特點(diǎn)。      1)模

11、具型面設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮鋼板的熱脹冷縮效應(yīng)，采用特定的熱補(bǔ)償方案。      2)模具內(nèi)部冷卻回路設(shè)計(jì)要充分考慮到冷卻孔徑大小、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。      3)考慮模具分塊及精密裝配技術(shù)。      3.定位技術(shù)改動(dòng)。      冷沖壓而言，常采用定位銷(xiāo)對(duì)毛坯進(jìn)行定位。對(duì)熱沖壓而言，為最大限度避免毛坯在沖壓之前過(guò)早地和模具表面接觸，以減小溫降，提高

12、熱沖壓成形性，要專(zhuān)門(mén)的支撐機(jī)構(gòu)支撐毛坯。      4.熱沖壓CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程) 分析。      CAE分析分為用于預(yù)測(cè)零件熱沖壓可制造性的熱沖壓過(guò)程分析、用于預(yù)測(cè)零件組織和力學(xué)性能的保壓淬火過(guò)程分析、用于預(yù)測(cè)零件的成形精度的回彈分析。      1) 熱沖壓過(guò)程分析。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?？梢猿晒︻A(yù)測(cè)零件的熱沖壓成形缺陷，同時(shí)優(yōu)化和改進(jìn)零件外形及熱沖壓模具型面。 

13、     2) 保壓淬火過(guò)程分析。要提高保壓淬火CAE分析精度，需要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)在設(shè)定的熱沖壓生產(chǎn)節(jié)奏下，冷卻水以設(shè)定的入口溫度、壓強(qiáng)和流量流過(guò)模具冷卻回路時(shí)對(duì)高溫狀態(tài)鋼板能夠產(chǎn)生的冷卻速度，接著是復(fù)雜的熱力偶合分析，預(yù)測(cè)零件的組織和力學(xué)性能。完成奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的精確分析。      3) 回彈分析。目前基本上是通過(guò)制作樣模進(jìn)行試沖，來(lái)檢驗(yàn)零件的力學(xué)性能和尺寸精度。熱沖壓可以得到超高強(qiáng)度的車(chē)身零件、成形性相對(duì)較好、沖壓需要800t小噸位液壓機(jī)就能完成、尺寸精度好。熱沖壓作為一個(gè)新興的成形技術(shù)，在汽車(chē)制造領(lǐng)

14、域具有廣闊的應(yīng)用前景。(成王)超高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形CAE技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸加強(qiáng)和對(duì)汽車(chē)安全性能要求的日益提高，世界各國(guó)對(duì)汽車(chē)安全和環(huán)保法規(guī)的控制越來(lái)越嚴(yán)格。各大汽車(chē)公司紛紛通過(guò)汽車(chē)輕量化來(lái)減少燃油消耗、降低發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放（在降低油耗、減少排放的諸多措施中，減輕車(chē)重的效果最為明顯，車(chē)重減輕10%，可節(jié)省燃油3%8%）。為保證輕量化后仍能滿足碰撞安全要求，各大汽車(chē)公司在優(yōu)化汽車(chē)框架和結(jié)構(gòu)的同時(shí)，把工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了新材料、新工藝的應(yīng)用。在這種背景下，超高強(qiáng)鋼板熱沖壓技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。超強(qiáng)度鋼板熱沖壓是一種將先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板加熱到奧氏體溫度后快速?zèng)_壓成形，在保壓階段通過(guò)模具實(shí)現(xiàn)

15、淬火并達(dá)到所需的冷卻速度，從而得到組織為均勻馬氏體，強(qiáng)度在1500MPa左右的超高強(qiáng)度零件的新型成形技術(shù)。通過(guò)對(duì)先進(jìn)高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼熱沖壓技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用，提高了汽車(chē)的碰撞性能，實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)輕量化。超高強(qiáng)度鋼板熱沖壓作為一種新興的技術(shù)，該領(lǐng)域公開(kāi)發(fā)表的成果較少，存在技術(shù)封鎖和壟斷。國(guó)內(nèi)外對(duì)超高強(qiáng)度板料熱沖壓核心技術(shù)的研究大都還處在探索與嘗試階段，尤其是CAE分析部分。本文綜述了超高強(qiáng)度鋼板料熱沖壓CAE分析技術(shù)的研究現(xiàn)狀，指出了存在的問(wèn)題和發(fā)展方向。1 熱沖壓成形CAE分析的研究現(xiàn)狀CAE分析作為超高強(qiáng)鋼板熱沖壓領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，可以分為成形過(guò)程分析（預(yù)測(cè)零件的熱沖壓可制造性）、保壓淬火過(guò)

16、程分析（預(yù)測(cè)零件的組織和力學(xué)性能）和回彈分析（預(yù)測(cè)零件的成形精度）3個(gè)方面，下面分別加以論述。1.1 成形過(guò)程的CAE分析熱沖壓成形過(guò)程是指高溫奧氏體狀態(tài)下的板料在熱沖壓模具內(nèi)所進(jìn)行的短時(shí)間內(nèi)快速成形的過(guò)程。由于板料在高溫奧氏體狀態(tài)下，因此，進(jìn)行高強(qiáng)鋼板熱沖壓過(guò)程的CAE分析，首先要獲得高強(qiáng)鋼板在高溫下的力學(xué)性能。在國(guó)外，意大利Padova大學(xué)以Nakazima試驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行了相位轉(zhuǎn)變?cè)囼?yàn)與高溫成形試驗(yàn)，獲得了高強(qiáng)鋼板的熱成形下的成形極限圖(Forming Limit Diagram，F(xiàn)LD)，為熱沖壓的有限元仿真提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在國(guó)內(nèi)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院和材料科學(xué)與工程學(xué)科將坯料加

17、熱到950左右使其奧氏體化，并保溫一段時(shí)間使奧氏體均勻化，從加熱爐中取出坯料，在等溫和非等溫成形條件下進(jìn)行V形彎曲和槽形件成形試驗(yàn)，從而獲得22MnB5的高溫力學(xué)性能。同濟(jì)大學(xué)選用安賽樂(lè)生產(chǎn)的USIBOR1500高強(qiáng)度鋼板，對(duì)其進(jìn)行了高溫力學(xué)性能試驗(yàn)的相關(guān)研究。其次，熱沖壓成形階段CAE分析還需要根據(jù)材料的彈性模量、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來(lái)分析預(yù)測(cè)熱沖壓的可制造性。在國(guó)外，瑞典律勒歐理工大學(xué)在2002年就用Gleeble 1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了對(duì)熱沖壓鋼板22MnB5的高溫壓縮試驗(yàn)和熱膨脹的測(cè)量，獲得了材料的力學(xué)性能和熱性能數(shù)據(jù)，建立材料模型模擬分析了熱沖壓過(guò)程中

18、的成形力、板料厚度分布和硬度分布等。結(jié)果表明：在成形淬火過(guò)程中，板料因其內(nèi)部組織的不同，力學(xué)性能變化很大；應(yīng)變速率對(duì)不同溫度下的流動(dòng)應(yīng)力影響不同。德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)通過(guò)有限元模擬并試驗(yàn)驗(yàn)證了22MnB5鋼熱沖壓成形過(guò)程的參數(shù)變化。紐倫堡大學(xué)在德國(guó)研究基金(DFG)項(xiàng)目的支持下對(duì)淬火鋼板的熱沖壓成形過(guò)程進(jìn)行了相關(guān)研究，并在2005年進(jìn)行了熱沖壓成形的基礎(chǔ)研究。在國(guó)內(nèi)，近些年來(lái)上海寶鋼集團(tuán)通過(guò)大量試驗(yàn)，在鋼板熱沖壓零件可制造性方面取得了一系列的突破，并能滿足部分工業(yè)要求。比如國(guó)內(nèi)某些車(chē)型的B柱加強(qiáng)板的熱沖壓可制造性分析（圖1），并做了零件試沖和結(jié)果對(duì)比。可以說(shuō)寶鋼的熱沖壓可制造性分析能較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)零

19、件的熱沖壓成形缺陷，這對(duì)優(yōu)化、改進(jìn)零件性質(zhì)及熱沖壓模具都有重要作用。中國(guó)工程物理研究院計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所與重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院利用SuperForm軟件，對(duì)帶直邊大型厚壁半球形封頭的熱沖壓成形過(guò)程進(jìn)行了有限元模擬，得到了部分熱沖壓變形中坯料與模具摩擦等因素對(duì)成形影響的資料數(shù)據(jù)，給板料熱沖壓技術(shù)的發(fā)展提供了參考數(shù)據(jù)。吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院應(yīng)用三維彈塑性有限元模型和MSC.Marc軟件對(duì)橋殼的熱沖壓成形過(guò)程進(jìn)行了模擬分析，通過(guò)在不同的溫度、沖壓速度、摩擦條件下的成形過(guò)程分析，發(fā)現(xiàn)在橋殼熱沖壓成形過(guò)程中，應(yīng)力和溫度值雖然會(huì)隨沖壓溫度等工藝參數(shù)的變化而變化，但它們的分布規(guī)律不變。在此基礎(chǔ)上確定了最佳

20、的熱沖壓工藝參數(shù)，其中沖壓成形溫度應(yīng)高于700，沖壓速度應(yīng)小于20mm/s。同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院以安賽樂(lè)生產(chǎn)的USIBOR1500高強(qiáng)度鋼板為材料，采用熱模擬機(jī)和專(zhuān)門(mén)模具，主要研究了熱沖壓成形過(guò)程中板料加熱溫度、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)模式和沖壓速度等對(duì)沖壓成形的影響。華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院與吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院以會(huì)議Numisheet 2008提供的B柱熱沖壓考題為基礎(chǔ)，建立了B柱熱沖壓模型，耦合數(shù)值分析得到了成形過(guò)程中的厚度分布。結(jié)果表明；截面厚度分布基本在試驗(yàn)結(jié)果的±5%范圍內(nèi)，在尾部圓角處厚度減薄量較大；熱沖壓的力能參數(shù)約為冷沖壓的十分之一左右。1.2 淬火過(guò)程的CAE分

21、析超高強(qiáng)鋼板熱沖壓保壓淬火過(guò)程是指板料在快速成形后，在模具內(nèi)保持壓力的狀態(tài)下從奧氏體狀態(tài)以一定的冷卻速度進(jìn)行淬火并得到均勻馬氏體組織零件的過(guò)程。該過(guò)程CAE分析主要是根據(jù)模具的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的熱力耦合分析來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)成形零件的組織和力學(xué)性能，圖2為模擬得到的成形表面的硬度分布。該技術(shù)是目前全球范圍內(nèi)亟待攻克的技術(shù)難題，至今沒(méi)有很好的解決方案。保壓淬火涉及零件內(nèi)部組織從奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，以及由此帶來(lái)的零件力學(xué)性能變化。要提高保壓淬火的CAE分析精度，首先要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)在設(shè)定的生產(chǎn)節(jié)拍下，冷卻水以設(shè)定溫度、壓強(qiáng)和流量流入模具冷卻回路時(shí)對(duì)高溫鋼板能夠產(chǎn)生的冷卻速度，并考慮模具冷卻系統(tǒng)分布方式和尺寸等

22、對(duì)整個(gè)零件淬火過(guò)程的影響，然后才是復(fù)雜的熱力耦合分析，進(jìn)而預(yù)測(cè)零件的組織和力學(xué)性能。德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)通過(guò)有限元模擬并試驗(yàn)驗(yàn)證了22MnB5鋼熱沖壓保壓淬火過(guò)程的溫度與沖壓力變化。德國(guó)戴姆勒-克萊斯勒公司對(duì)熱沖壓淬火過(guò)程模擬中可能出現(xiàn)的難點(diǎn)進(jìn)行了分析，特別闡述了熱沖壓模擬中的接觸傳熱和板料溫度分布的不均勻性。意大利帕多瓦大學(xué)在2006年用熱膨脹計(jì)獲得了22MnB5的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變特征參數(shù)，得到馬氏體相變的初始溫度為382，并采用Gleeble 3800熱模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)22MnB5材料進(jìn)行了連續(xù)冷卻單向拉伸試驗(yàn)，分析了不同初始溫度和不同應(yīng)變速率條件下的流動(dòng)應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)溫度是影響流動(dòng)應(yīng)力的主要因素，應(yīng)變速

23、率的影響較小。并且參照Nakazima試驗(yàn)裝置開(kāi)發(fā)了一種新型的高溫成形性能試驗(yàn)裝置。伊朗Arak大學(xué)研究了熱變形條件對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響。通過(guò)熱膨脹試驗(yàn)和熱單向壓縮試驗(yàn)，分析了變形初溫、應(yīng)變量和應(yīng)變速率對(duì)馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度及馬氏體含量的影響。同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院與上海第二工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，運(yùn)用傳熱學(xué)基本理論對(duì)熱沖壓淬火過(guò)程中傳熱進(jìn)行分析，根據(jù)其傳熱特點(diǎn)建立解析模型并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證得出結(jié)論，熱沖壓過(guò)程中鋼板溫度呈指數(shù)變化。同濟(jì)大學(xué)機(jī)械材料學(xué)院以安賽樂(lè)生產(chǎn)的USIBOR1500高強(qiáng)度鋼板為材料，采用熱模擬機(jī)和專(zhuān)門(mén)模具，研究了保壓淬火過(guò)程中板料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變化、保壓時(shí)間、冷卻臨界速度（淬火速度）、沖壓模

24、具溫度變化等對(duì)淬火效果的影響。華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院與吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院以Numisheet 2008提供的B柱熱沖壓考題為基礎(chǔ)，建立B柱熱沖壓模型，通過(guò)熱力耦合數(shù)值模擬分析了保壓淬火過(guò)程，得到了熱沖壓過(guò)程中板料的溫度及厚度分布規(guī)律。結(jié)果表明：板料壓邊區(qū)域溫度下降較快，但直到成形結(jié)束其溫度高于600，不會(huì)導(dǎo)致該處材料成形困難；零件尾部圓角處溫度過(guò)高，局部溫度過(guò)高會(huì)使板料產(chǎn)生局部流動(dòng)，導(dǎo)致減薄過(guò)大；成形結(jié)束后，板料壓邊區(qū)域溫度較低，而尾部圓角及梁表面溫度較高，板料整體溫差在400左右。因此，使板料在保壓淬火過(guò)程中溫度的均勻變化是模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。1.3 回彈過(guò)程的CAE分析

25、板料熱沖壓回彈發(fā)生在保壓淬火完成并撤去壓力之后，彈性變形回復(fù)從而導(dǎo)致零件的形狀和尺寸發(fā)生變化而與模具不一致，這種現(xiàn)象叫做回彈。由于是在高溫淬火條件下成形，所以與冷沖壓回彈相比要小得多。此過(guò)程CAE分析的目的是利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)零件的成形精度。但到目前為止，回彈分析還是整個(gè)沖壓界都沒(méi)有妥善解決的世界性難題。每屆的國(guó)際NUMISHEET會(huì)議（板料沖壓仿真會(huì)議），都有關(guān)于回彈的標(biāo)準(zhǔn)考題和回彈CAE分析的階段性、局部性研究成果發(fā)布。由于之前的熱沖壓成形過(guò)程分析和保壓淬火過(guò)程分析的復(fù)雜性，導(dǎo)致最后階段精確的回彈分析變得非常困難。目前，業(yè)內(nèi)基本上是通過(guò)制作樣模進(jìn)行試沖，來(lái)檢驗(yàn)零件的力學(xué)性能和尺寸精度

26、，但延長(zhǎng)了模具設(shè)計(jì)周期，增加了鋼板熱沖壓零件的制造成本。國(guó)外在高強(qiáng)鋼板熱沖壓回彈方面研究較多的是日本東京大學(xué)的學(xué)者們，他們對(duì)高強(qiáng)鋼板的熱沖壓回彈和成形溫度進(jìn)行了理論研究，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證了在塑形變形區(qū)或彎曲變形區(qū)溫度高于750K時(shí)，成形零件的回彈有明顯的減少。意大利那不勒斯東方大學(xué)采用AutoForm軟件對(duì)DP600和TRIP800兩種材料的沖壓回彈進(jìn)行了模擬。國(guó)內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院與材料科學(xué)與工程學(xué)院采用ABAQUS軟件對(duì)高溫下22MnB5高強(qiáng)鋼板溝槽形件沖壓成形進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。建立了基于熱力耦合彈塑性有限元模型和熱成形下的材料模型，通過(guò)對(duì)溝槽形件熱成形的數(shù)值模擬，考察了壓邊力

27、、模具間隙和凹模圓角半徑等工藝參數(shù)對(duì)熱成形時(shí)溫度分布和回彈的影響，分析熱成形中回彈的產(chǎn)生機(jī)理，確定了合適的工藝參數(shù)，通過(guò)熱成形試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值結(jié)果的可靠性，圖3為模擬得到的壓邊力對(duì)回彈的影響。并研究了影響22MnB5超高強(qiáng)鋼板熱沖壓成形中回彈的因素。通過(guò)等溫度和非等溫試驗(yàn)考察了變形溫度、熱成形終了溫度和壓邊力對(duì)熱成形后回彈的影響。得出結(jié)論：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。另外，華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以回彈角作為回彈值，基于ISO2CD24213/2006方法，運(yùn)用Dynaform對(duì)高強(qiáng)鋼板的沖壓成形及

28、回彈進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了板料厚度、板料寬度、壓邊力、拉延筋及材料性能等因素對(duì)回彈值的影響。研究發(fā)現(xiàn)：在一定范圍內(nèi)隨著壓邊力的增大回彈值呈減小趨勢(shì)。此研究為超高強(qiáng)度板料熱沖壓回彈的研究提供了參考。壓邊力對(duì)回彈的影響2 存在的問(wèn)題和今后的發(fā)展趨勢(shì)超高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形技術(shù)是將板料熱加工和淬火工藝相結(jié)合的一項(xiàng)較新的復(fù)雜成形技術(shù)。它使超高強(qiáng)度鋼板具有較小的變形抗力、塑性好、成形極限高，且成形零件的精度和強(qiáng)度高。但其CAE分析技術(shù)的發(fā)展還存在諸多缺點(diǎn)和不足之處，主要體現(xiàn)在：(1)作為一個(gè)新興的技術(shù)，超高強(qiáng)鋼板熱沖壓CAE分析領(lǐng)域公開(kāi)發(fā)表的成果較少，存在技術(shù)封鎖和壟斷，在這一領(lǐng)域各廠家也分別以企業(yè)技術(shù)秘密

29、的形式，實(shí)行嚴(yán)格的技術(shù)保護(hù)和封鎖，見(jiàn)諸報(bào)道的都是分析的結(jié)果，而不是過(guò)程；(2)準(zhǔn)確的材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)是高強(qiáng)鋼板熱沖壓CAE分析獲得正確結(jié)果的前提，目前對(duì)高強(qiáng)鋼板在高溫條件下力學(xué)性能的研究還較少，對(duì)淬火冷卻過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變及其對(duì)力學(xué)性能的影響還不是十分清楚；(3)在確定導(dǎo)熱系數(shù)和摩擦系數(shù)時(shí)也存在大量的不確定因素，使得模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差；(4)對(duì)熱沖壓模具冷卻水道的研究較少，在合理設(shè)計(jì)及優(yōu)化模具的冷卻水道方面還有待于進(jìn)一步的深入研究；(5)對(duì)成形后零件的回彈研究較少，板料回彈分析沒(méi)有找到相適應(yīng)的理論準(zhǔn)則，使得回彈分析仍然是整個(gè)沖壓界都沒(méi)有妥善解決的世界性難題；(6)缺乏專(zhuān)用于高強(qiáng)鋼板熱

30、沖壓工藝的有限元模擬及優(yōu)化軟件；(7)高強(qiáng)鋼板熱沖壓過(guò)程的CAE分析，既涉及對(duì)板料成形及回彈過(guò)程等宏觀尺度的模擬，也涉及對(duì)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程的微觀尺度模擬，而目前還沒(méi)有關(guān)于高強(qiáng)鋼板熱沖壓過(guò)程多尺度模擬的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。為此今后可以在以下幾個(gè)方面加大對(duì)超高強(qiáng)鋼板熱沖壓CAE技術(shù)的研究力度：(1)以熱沖壓過(guò)程的成形階段為研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)設(shè)備測(cè)量材料在奧氏體狀態(tài)下的硬度、微觀組織、流動(dòng)曲線、材料熱物性參數(shù)、力學(xué)性能參數(shù)和成形極限等，建立由應(yīng)變、應(yīng)變速率和溫度表示的奧氏體狀態(tài)宏觀流動(dòng)應(yīng)力模型，為數(shù)值模擬研究提供可靠數(shù)據(jù)；(2)為得到均勻馬氏體組織，需要研究熱沖壓冷卻階段相變機(jī)理，計(jì)算相關(guān)情況下的材料流

31、動(dòng)應(yīng)力和組織轉(zhuǎn)變，建立考慮材料成形溫度、降溫速率及相變行為本構(gòu)關(guān)系模型，加強(qiáng)對(duì)向馬氏體轉(zhuǎn)化的控制理論的研究，即向馬氏體的轉(zhuǎn)化百分比和晶粒大小及均勻程度等，為淬火冷卻過(guò)程的CAE分析奠定基礎(chǔ)；(3)研究熱沖壓工藝成形過(guò)程的熱粘塑性有限元理論及建模方法；(4)研究熱沖壓工藝?yán)鋮s階段的熱彈塑性有限元理論及建模方法；(5)借鑒塑料模具和擠出模具在冷卻水道CAE分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的成功經(jīng)驗(yàn)，深入開(kāi)展高強(qiáng)鋼板熱沖壓模具冷卻水道的CAE分析和優(yōu)化技術(shù)的研究；(6)大力開(kāi)展超高強(qiáng)鋼板熱沖壓零件回彈的CAE分析，在準(zhǔn)確進(jìn)行成形過(guò)程和淬火過(guò)程CAE分析的基礎(chǔ)上，提高回彈預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性；(7)同時(shí)考慮板料成形、回彈過(guò)

32、程的宏觀變形和冷卻過(guò)程中奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變的微觀過(guò)程，開(kāi)展熱沖壓過(guò)程的多尺度模擬研究，將成為超高強(qiáng)鋼板熱沖壓CAE分析的一個(gè)重要方向；(8)在理論研究的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用于熱沖壓工藝的有限元模擬及優(yōu)化軟件，以便使工程技術(shù)人員可以利用模擬及優(yōu)化軟件對(duì)相應(yīng)零件的熱沖壓工藝進(jìn)行數(shù)值分析及工藝優(yōu)化，并根據(jù)模擬及優(yōu)化的結(jié)果制訂合理的熱沖壓工藝方案。3 結(jié)語(yǔ)超高強(qiáng)鋼板熱沖壓技術(shù)是世界汽車(chē)業(yè)今后的發(fā)展趨勢(shì)，而CAE分析技術(shù)是高強(qiáng)鋼板熱沖壓成形的核心技術(shù)。國(guó)外熱沖壓CAE技術(shù)比較成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際的模具生產(chǎn)中。但由于技術(shù)封鎖等原因，我國(guó)超高強(qiáng)鋼板熱沖壓CAE分析的研究還不夠深入和系統(tǒng)，這極大地阻礙了超高

33、強(qiáng)鋼板熱沖壓技術(shù)在我國(guó)汽車(chē)業(yè)的應(yīng)用。大力開(kāi)展超高強(qiáng)鋼板熱沖壓CAE分析技術(shù)的研究，才能打破國(guó)外在高強(qiáng)鋼板熱沖壓領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，促進(jìn)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一的汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，降低制造成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，早日使我國(guó)從世界汽車(chē)制造大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)槭澜缙?chē)制造強(qiáng)國(guó)。(end)自主開(kāi)發(fā)模具生產(chǎn)設(shè)備 推動(dòng)熱沖壓生產(chǎn)線國(guó)產(chǎn)化2011年中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)突破2000萬(wàn)輛，汽車(chē)市場(chǎng)持續(xù)加溫。汽車(chē)輕量化已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)制造的主流，車(chē)身輕量化對(duì)減輕汽車(chē)整車(chē)自重，提高整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能環(huán)保至關(guān)重要。汽車(chē)重量每降低100公斤，每百公里至少可節(jié)約1.6升燃油。輕量化可能會(huì)降低汽車(chē)的碰撞安全性，因此既能保證安全性又能

34、實(shí)現(xiàn)輕量化，而且同時(shí)實(shí)現(xiàn)成本和效益最優(yōu)化是汽車(chē)制造業(yè)極為關(guān)注的目標(biāo)。由于鋁鎂合金性價(jià)比低，其關(guān)鍵力學(xué)性能與鋼鐵相比沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)，因此采用高強(qiáng)度鋼板熱沖壓生產(chǎn)技術(shù)正呈現(xiàn)出欣欣向榮的趨勢(shì)，成為同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化和提高碰撞安全性的最好途徑。熱沖壓是相對(duì)比常見(jiàn)的冷沖壓成形而言的。為了克服高強(qiáng)度鋼板冷成形的困難，熱沖壓須將鋼板加熱實(shí)現(xiàn)相變?cè)贈(zèng)_壓成形并進(jìn)行淬火，從而獲得更高的強(qiáng)度，抗變形性與硬度，能夠成形抗拉強(qiáng)度高達(dá)1600-2000MPa的零部件，可組焊成高強(qiáng)度駕乘單元，承受5噸以上的靜壓而不損壞。采用這種相對(duì)于超高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件，可明顯提高汽車(chē)的碰撞安全性，同時(shí)通過(guò)減小壁厚或截面，減少汽車(chē)裝配環(huán)節(jié)中的零部件

35、的數(shù)量尺寸，從而實(shí)現(xiàn)輕量化。正因?yàn)闊釠_壓的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使得高強(qiáng)度鋼熱沖壓技術(shù)正受到全球汽車(chē)廠商和鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的的青睞和極大關(guān)注。熱沖壓技術(shù)不僅有高強(qiáng)度比的優(yōu)點(diǎn)，且在高溫下材料成形性好，能消除回彈影響，零件精度高，成形質(zhì)量好。近年來(lái)，國(guó)外汽車(chē)制造商已將高強(qiáng)度鋼板熱沖壓技術(shù)應(yīng)用于前保險(xiǎn)杠、后保險(xiǎn)杠、A、B、C柱，車(chē)頂構(gòu)架，車(chē)底框架以及車(chē)門(mén)內(nèi)板，車(chē)門(mén)防撞梁在內(nèi)的結(jié)構(gòu)件上。例如在VOLVO車(chē)型中熱沖壓硼鋼的使用量逐年遞增，預(yù)計(jì)將達(dá)到白車(chē)身的45%以上。熱沖壓不單是簡(jiǎn)單的“冷轉(zhuǎn)熱”過(guò)程，涉及到了十分復(fù)雜的金屬材料熱-力-相變多物理場(chǎng)耦合和多尺度問(wèn)題以及熱邊界摩擦非線性力學(xué)問(wèn)題。高強(qiáng)鋼板熱沖壓的復(fù)雜性，要克

36、服熱沖壓缺陷的產(chǎn)生：諸如局部過(guò)分軟化，破裂，起皺，馬氏體轉(zhuǎn)化不均勻等，還要實(shí)現(xiàn)最佳的奧氏體-馬氏體化溫度，最佳模內(nèi)冷卻速率，最佳成形壓力，最佳保壓時(shí)間等優(yōu)化問(wèn)題，這就需要從宏觀和微觀尺度進(jìn)行諸如成形性分析，服役性能等進(jìn)行深入研究和技術(shù)積累。廣泛采用的22MnB5高強(qiáng)度硼鋼是目前從材料上實(shí)現(xiàn)熱沖壓的一種最優(yōu)選擇。22MnB5高強(qiáng)度硼鋼初始抗拉強(qiáng)度介于400MPa600MPa之間，無(wú)論是熱軋還是冷軋板材產(chǎn)品均可在奧氏體化后通過(guò)快速淬火處理得到馬氏體組織，實(shí)現(xiàn)熱沖壓成形生產(chǎn)。目前市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的熱沖壓板材，以歐洲Arcelor公司出產(chǎn)的帶Al-Si涂層的USIBOR1500及改型批次為代表，產(chǎn)品厚度

37、為0.7mm2.4mm不等。帶涂層的熱沖壓鋼板由于表面有效隔絕空氣與鋼鐵接觸，在熱沖壓過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生大量氧化皮，表面質(zhì)量好，后續(xù)幾乎不需噴丸工序，但涂層易與加熱爐中磁輥粘結(jié)。無(wú)涂層的鋼板由于具有大量氧化皮，后續(xù)需要噴丸處理，但不會(huì)與加熱爐中磁棍粘結(jié)，二者各具利弊。其他如日本的新日鐵，神戶制鋼，韓國(guó)的浦碩鋼廠也正在積極開(kāi)發(fā)生產(chǎn)用熱沖壓鋼板。國(guó)內(nèi)寶鋼開(kāi)發(fā)的冷軋B1500HS、熱軋BR1500HS已實(shí)現(xiàn)批量供貨，通鋼、鞍鋼等鋼鐵企業(yè)也正積極投入相關(guān)熱沖壓鋼板開(kāi)發(fā)中.根據(jù)實(shí)際零部件加工難易程度，成形順序等工序，熱沖壓工藝分為一次成形和二次成形方式。直接沖壓工藝是指高強(qiáng)度鋼板板料加熱到奧氏體化溫度并保溫

38、一段時(shí)間后，直接放入具有冷卻系統(tǒng)的模具里進(jìn)行沖壓成形及淬火，一次成形，但需要增加激光切割設(shè)備，其主要優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)。一是板料在一套模具中進(jìn)行沖壓成形及淬火,節(jié)省了預(yù)沖壓成形模具費(fèi)用并加快了生產(chǎn)節(jié)奏，二是材料被加熱前為平板料，這樣不僅節(jié)省了加熱區(qū)面積進(jìn)而節(jié)省能源，而且可以選取多種加熱方式，例如可以采取感應(yīng)和輻射加熱爐進(jìn)行奧氏體化加熱。二次成形過(guò)程是通過(guò)將一次成形并切邊的零件再進(jìn)行加熱-定形-淬火，最終可獲得減少激光切邊成本的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，最主要的優(yōu)點(diǎn)是可進(jìn)行更復(fù)雜形狀的車(chē)體結(jié)構(gòu)件沖壓成形。板料預(yù)沖壓成形后，后續(xù)熱沖壓成形工藝不需要過(guò)多考慮板料高溫沖壓成形性能，可確保板料充分淬火得到所需要的馬氏體組織

39、。板料預(yù)沖壓成形后可以進(jìn)行修邊，翻邊，沖孔等工藝加工，避免板料淬火硬化后加工困難問(wèn)題。但由于增加了二次模具冷卻,其不可避免的增加了制造過(guò)程中的模具成本。“高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形生產(chǎn)線是實(shí)現(xiàn)這一先進(jìn)成形技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。熱沖壓成形技術(shù)特征決定了它不同于常規(guī)沖壓的裝備及關(guān)鍵技術(shù)，它是將落料、加熱、防氧化、沖壓、淬火冷卻、切形和噴丸處理等為一體的綜合制造集成加工系統(tǒng)，是體現(xiàn)機(jī)械加工、電控和材料化工緊密交叉的國(guó)際前沿高新技術(shù)。”據(jù)國(guó)際模協(xié)秘書(shū)長(zhǎng)羅百輝介紹，目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的5條熱沖壓生產(chǎn)線全部為高價(jià)進(jìn)口的國(guó)外生產(chǎn)線(如寶鋼、上?？ㄋ宫?shù)?，用于國(guó)產(chǎn)速騰，奧迪等幾款轎車(chē)核心零部件生產(chǎn)(如A柱、B柱、前后保險(xiǎn)杠等

40、)，耗資巨大，造成市場(chǎng)成本居高不下。羅百輝認(rèn)為，要從根本上解決上述瓶頸問(wèn)題，需要我們的企業(yè)立足于自主開(kāi)發(fā)和制造主要設(shè)備及模具，自主研發(fā)具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效率熱沖壓裝備生產(chǎn)線。對(duì)于以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)而言，熱沖壓成形生產(chǎn)線裝備主要包括四大部分：滿足快速合模，保壓要求高速專(zhuān)用液壓機(jī)；具備最優(yōu)冷卻回路設(shè)計(jì)及滿足成形工藝要求的水冷模具；保證定位精度的具備防氧化，節(jié)拍可控的專(zhuān)用加熱爐；具備中央可控聯(lián)調(diào)功能的自動(dòng)化傳輸系統(tǒng)。其中，生產(chǎn)線中央集成控制成套裝備和熱沖壓零件質(zhì)量穩(wěn)定性控制是衡量和評(píng)價(jià)熱沖壓生產(chǎn)線品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化之路的重中之重。目前，國(guó)內(nèi)以長(zhǎng)春偉孚特汽車(chē)零部件有限公司為代表的高科技企業(yè)

41、，開(kāi)展了產(chǎn)-學(xué)-研全面合作，已打破國(guó)外公司的技術(shù)壟斷，建立了熱沖壓高強(qiáng)度鋼板在成形過(guò)程中的熱-力-相變多物理場(chǎng)耦合本構(gòu)理論和動(dòng)力顯式彈塑性大變形有限元算法，自行成功研制出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的節(jié)能型高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成套技術(shù)，仿真軟件和批量的自動(dòng)化生產(chǎn)裝備線。在保證高技術(shù)附加值的基礎(chǔ)上具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。這些高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成套自動(dòng)化生產(chǎn)線和制造工藝中的各種關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)自主汽車(chē)廠商（如奇瑞、一汽等）小批量生產(chǎn)熱成形件，具有突出的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。目前正在開(kāi)展汽車(chē)A柱、B柱、車(chē)頂構(gòu)架、車(chē)底通道框架、前后保險(xiǎn)杠以及車(chē)門(mén)防撞梁等熱沖壓件的模具設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)準(zhǔn)備。雖然高強(qiáng)度鋼板熱沖壓技術(shù)具有巨

42、大的市場(chǎng)前景和生命力，但在成形過(guò)程和熱處理過(guò)程中仍存在各種技術(shù)問(wèn)題，如：熱軟化、破裂、馬氏體轉(zhuǎn)換的不均勻性、塑性變形能力低、表面氧化等；另一方面，由于高強(qiáng)度鋼板熱沖壓技術(shù)還處于起步階段，還有很多產(chǎn)業(yè)化實(shí)際問(wèn)題需要解決和完善。例如制造工藝參數(shù)優(yōu)化、生產(chǎn)效率產(chǎn)品質(zhì)量、熱沖壓成形過(guò)程微觀機(jī)理研究、采用非鍍層鋼板時(shí)需要進(jìn)行噴丸處理、激光切割成本偏高等。因此熱沖壓技術(shù)今后應(yīng)朝著高效率、低成本、強(qiáng)韌化、防氧化方向發(fā)展；力學(xué)、機(jī)械、化學(xué)和材料學(xué)要緊密合作，讓多學(xué)科交叉融，為解決強(qiáng)韌化和防氧化問(wèn)題提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保證；優(yōu)先研究解決“試錯(cuò)”這一影響提高技術(shù)效率和降低成本的關(guān)鍵問(wèn)題，那樣，熱沖壓生產(chǎn)線國(guó)產(chǎn)化就會(huì)成為

43、大勢(shì)所趨。未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中的沖壓技術(shù)近年來(lái)，人們對(duì)熱壓加工技術(shù)進(jìn)行了廣泛的討論，之所以能夠引起人們?nèi)绱烁叨鹊年P(guān)注，其重要原因之一就是：當(dāng)今的高強(qiáng)度鋼材經(jīng)過(guò)這種變形加工之后能夠明顯降低板材的厚度。在采用熱變形加工之后，變形加工的結(jié)果也得到了優(yōu)化。寶馬公司使用了這種新的變形加工技術(shù)，并在新型沖壓機(jī)方面投進(jìn)了大量的資金。 幾周前，在寶馬公司Dingolfing生產(chǎn)廠的車(chē)架鋼板生產(chǎn)車(chē)間中，兩臺(tái)全新的具有創(chuàng)新意義的車(chē)架鋼板沖壓機(jī)投進(jìn)了生產(chǎn)。這兩臺(tái)新型沖壓機(jī)的投資總額約為5000萬(wàn)歐元，是專(zhuān)門(mén)為寶馬公司未來(lái)的白車(chē)架鋼材沖壓生產(chǎn)而購(gòu)置的。在這兩臺(tái)新型沖壓機(jī)上，寶馬公司將有100余名員工分3個(gè)班次進(jìn)行

44、工作。這兩臺(tái)新沖壓機(jī)中的一臺(tái)首次采用了汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中最新的沖壓技術(shù)（熱變形沖壓技術(shù)）。這種新的沖壓技術(shù)答應(yīng)對(duì)淬火后的車(chē)架鋼板進(jìn)行變形加工，不但可以對(duì)強(qiáng)度高、重量輕的鋼板進(jìn)行變形加工，而且可以對(duì)具有良好防銹性能的鍍鋅鋼板進(jìn)行變形加工。第二臺(tái)新沖壓機(jī)被稱(chēng)之為Prog-Die高速?zèng)_壓機(jī)，其極高的經(jīng)濟(jì)性給人們留下了深刻的印象。每分鐘40次的沖壓行程、每次的沖壓力為3000t，使得這臺(tái)沖壓性能夠在1min內(nèi)完成最多160個(gè)車(chē)架零部件的沖壓加工，同時(shí)也把材料利用率和能源利用率進(jìn)步到了一個(gè)新的水平。在經(jīng)濟(jì)形勢(shì)如此嚴(yán)重的時(shí)期，寶馬公司做出這樣的投資就是為了今后能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)性的發(fā)展。這兩臺(tái)沖壓機(jī)是寶馬公司創(chuàng)新力和

45、創(chuàng)造力的有力代表，也充分的證實(shí)了寶馬公司Dingolfing生產(chǎn)廠在汽車(chē)制造領(lǐng)域中具有的領(lǐng)先的技術(shù)水平和極強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。高強(qiáng)度車(chē)架零部件的輕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全球首次在汽車(chē)生產(chǎn)領(lǐng)域中使用的熱變形沖壓技術(shù)是由寶馬公司與Voestalpine Polynorm公司共同專(zhuān)門(mén)為大批量生產(chǎn)汽車(chē)零部件而研發(fā)的。這種技術(shù)能夠利用高強(qiáng)度鋼材生產(chǎn)出非常輕的、帶有鍍鋅防護(hù)層的車(chē)架零部件，非常適合加工承受高負(fù)載、尤其是能夠吸收碰撞能量的車(chē)架零部件，如側(cè)圍、縱梁和B立柱等。在使用了這種熱沖壓變形加工生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼材之后，每個(gè)輕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的車(chē)架零部件可減重20kg，因此在降低油耗中發(fā)揮了不可低估的重要作用。由這種新型熱沖壓變形加

46、工設(shè)備加工而成的零部件將在2009年9月首次在Dingolfing廠生產(chǎn)的新型寶馬5系Gran Turismo轎車(chē)中使用。在今后的三年中，將會(huì)有約20種不同寶馬車(chē)型的高強(qiáng)度車(chē)架部件采用這種熱變形沖壓工藝制造，同時(shí)Dingolfing生產(chǎn)廠將負(fù)責(zé)為寶馬公司在世界各地的生產(chǎn)廠提供熱變形沖壓件。 寶馬公司董事會(huì)成員Frank-Peter Arndt先生以為，通過(guò)這兩臺(tái)新型沖壓機(jī)的投資可以充分看到寶馬公司的創(chuàng)新力和創(chuàng)造力在這種新的沖壓技術(shù)中，鍍鋅鋼板首先在冷態(tài)下被沖壓成型，然后在爐中加熱到900，炙熱的工件將再次進(jìn)進(jìn)到?jīng)_壓模具中，用流量為2600l/min的冷卻水使其在幾秒鐘內(nèi)冷卻到70，從

47、而實(shí)現(xiàn)淬火。經(jīng)這樣處理的鋼板其強(qiáng)度比未處理的鋼板高34倍，并且可以在車(chē)架制造中采用常規(guī)的焊接或粘接技術(shù)制造成車(chē)架。通過(guò)工序集成而進(jìn)步效率新型的3000t Prog-Die高速?zèng)_壓機(jī)是這類(lèi)沖壓設(shè)備中個(gè)頭最大的，由于其在一個(gè)沖壓行程中集成了多個(gè)沖壓工位的沖壓工序，因此生產(chǎn)效率極高，可以在1min內(nèi)40次的沖壓行程中完成160個(gè)零部件的生產(chǎn)。在這里，向沖壓模具中傳送工件的操縱就是直接向模具中輸送帶鋼（即鋼卷），而無(wú)需像其他機(jī)床那樣先把鋼卷展開(kāi)，裁剪成一塊塊的鋼板。這種沖壓機(jī)的模具是一種順序沖壓模具，整套模具中最多可集成21道有先后順序關(guān)系的沖壓工序，模具本身的重量就高達(dá)50t。在每個(gè)沖壓行程中，所有

48、的沖壓工序都同時(shí)進(jìn)行沖壓：從第一道工序的沖孔開(kāi)始，到不同階段的拉延和拉伸，直至最后的沖裁件的相互壓合連接。每個(gè)行程，模具中的成卷板材就向外延伸一個(gè)工件的長(zhǎng)度，通過(guò)沖壓工序的集成使得高速?zèng)_壓機(jī)的金屬材料利用率進(jìn)步，而且與傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備相比較，這種高速?zèng)_壓機(jī)每年可節(jié)約高達(dá)500萬(wàn)kWh的電量，相當(dāng)于1500個(gè)家庭全年的電力消耗。這兩臺(tái)新型沖壓機(jī)是對(duì)寶馬Dingolfing生產(chǎn)廠現(xiàn)有16條沖壓生產(chǎn)線、最大沖壓壓力9500t的有力補(bǔ)充。天天，這家位于巴伐利亞的汽車(chē)零部件沖壓生產(chǎn)廠生產(chǎn)的鋼制和鋁制車(chē)架零部件數(shù)目高達(dá)160萬(wàn)件，其中有很多車(chē)架零部件是為寶馬公司在世界各地的生產(chǎn)廠提供的。高速變形加工Prog

49、-Die高速?zèng)_壓機(jī)是由Göppingen市的Schuler公司制造的。在變形加工機(jī)床生產(chǎn)廠中，Prog-Die系列的沖壓機(jī)屬于低本錢(qián)高產(chǎn)量的沖壓加工設(shè)備，是經(jīng)濟(jì)性好、生產(chǎn)可靠的變形加工設(shè)備。Schuler公司生產(chǎn)的Progressive-Die系列沖壓機(jī)屬于連續(xù)沖壓型，可用于汽車(chē)車(chē)架的加工和高要求成型件的順序沖壓加工，終極組裝成為一個(gè)完整的模塊式組件。該機(jī)床和它的自動(dòng)化裝置在部件尺寸大小和功任性能方面都做到了相互匹配和優(yōu)化。Prog-Die系列沖壓機(jī)具有產(chǎn)量高、單件本錢(qián)低、靈活性高和調(diào)整時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)配置的Prog-Die系列沖壓機(jī)帶有半自動(dòng)的模具更換裝置，沖壓時(shí)的快速行程和沖壓行程由控制系統(tǒng)中的控制程序進(jìn)行調(diào)整。Prog-Die沖壓機(jī)的移動(dòng)工作臺(tái)長(zhǎng)度為4100mm，工作臺(tái)可左右移動(dòng)，方便模具更換。在生產(chǎn)場(chǎng)地比較緊張的情況下，工作臺(tái)可配置為T(mén)型工作臺(tái)。在順序沖壓加工時(shí)，工件的傳送運(yùn)動(dòng)由傳送裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。在到達(dá)最后一個(gè)傳送工位時(shí)，工件材料被從整條板材上切離。Prog-Die沖壓