熱沖壓成型概述

1、.汽車輕量化課程高強鋼熱沖壓成形工藝分析.主要內(nèi)容高強鋼熱沖壓成型的國內(nèi)外現(xiàn)狀高強鋼熱沖壓成型主要設(shè)備高強鋼熱沖壓成型工藝流程高強鋼熱沖壓成型模具設(shè)計高強鋼熱沖壓成型冷卻系統(tǒng).高強鋼熱沖壓成型工藝發(fā)展現(xiàn)狀車用高強鋼的使用趨勢. 先進高強度鋼（先進高強度鋼（AHSSAHSS）的發(fā)展）的發(fā)展 在白車身中，低碳鋼與高在白車身中，低碳鋼與高強低合金鋼（強低合金鋼（HSLA）的）的重量比呈下降趨勢重量比呈下降趨勢；約束約束淬火高強鋼（淬火高強鋼（PHS）的重）的重量比呈上升趨勢量比呈上升趨勢；烘烤硬；烘烤硬化鋼的用量將維持不變。化鋼的用量將維持不變。 低碳鋼低碳鋼（260-260-270MPa270MP

2、a）烘烤硬化鋼烘烤硬化鋼（300-390MPa300-390MPa）HSLAHSLA（440-650MPa440-650MPa）DP600DP600（590-980MPa590-980MPa）PHSPHS（900-1500MPa900-1500MPa）2005200541%41% 12%12%- -目前目前12%12%20%20%25%25%30%30%12%12%未來未來12%12%20%20%15%15%25%25%28%28%第三代第三代AHSSAHSS發(fā)研發(fā)目標發(fā)研發(fā)目標： 性能可達到：1000-1500MPa時具備20%- 30%的延伸率 應(yīng)用從碰撞安全件延伸至結(jié)構(gòu)件甚至外覆蓋件，如

3、下圖所示。美國汽車業(yè)高強鋼的目標美國汽車業(yè)高強鋼的目標： 1）第三代AHSS的量產(chǎn)，并且降低價格; 2）強度達到1000-1500MPa，并可冷成形; 3）材料可焊性好、成本低。各種性能的鋼材在車身的應(yīng)用與發(fā)展各種性能的鋼材在車身的應(yīng)用與發(fā)展.熱沖壓成型的主要設(shè)備熱沖壓工藝的主要設(shè)備包括:熱沖壓鋼板、坯料的拆卸系統(tǒng)、加熱爐、轉(zhuǎn)運過程中的機械手臂、壓機、具有冷卻系統(tǒng)的模具、激光切割機、噴丸機.熱沖壓成型工藝流程 熱沖壓是將硼板加熱到奧氏體化溫度以上，使其材料組織發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，并在奧氏體化溫度下保溫適當?shù)臅r間，板料內(nèi)部組織經(jīng)過一段時間后會全部變?yōu)榉謯W氏體，之后利用機械夾手夾持著紅熱狀態(tài)下的板料，

4、然后將其快速移動到具有冷卻水道的水冷模具內(nèi)，開動壓機實現(xiàn)板料的快速沖壓，并保壓一段時間使板料以一定的冷卻速率淬火并且實現(xiàn)內(nèi)部組織由奧氏體完全轉(zhuǎn)化為馬氏體的過程。 熱沖壓成形又分為直接(一次)成形和間接(二次)成形兩種基本的類型。薄板的直接成形工藝過程主要是高強度鋼板在高溫爐中被加熱到奧氏體化溫度或以上，并保溫一段時間以保證板料內(nèi)部的組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，將紅熱板料快速放入具有冷卻系統(tǒng)的水冷模具中快速沖壓成形并保壓一定時間以實現(xiàn)板料淬火，直接成形工藝需要價格昂貴的激光切割設(shè)備。二次成形過程是先通過一次沖壓成形將板料沖壓成需要的形狀，然后在對預(yù)成形件再進行加熱一定形一淬火，通過二次熱沖壓成形最終獲

5、得免除激光切邊工序的高強度結(jié)構(gòu)件.熱沖壓工藝流程示意圖熱沖壓工藝示意圖卷材下料加熱傳送沖壓并迅速冷卻.高強鋼熱沖壓成型的模具設(shè)計1.上墊板2.上墊腳3.上模座4.導(dǎo)向結(jié)構(gòu)5.下模座6.下墊腳7.下墊板8.凸凹模9.吊鉤10.冷卻系統(tǒng)板式熱成型模具整體結(jié)構(gòu).高強鋼熱沖壓成型的模具設(shè)計 模具的工作部件直接與零件接觸。由于在高溫下零件的流動性能優(yōu)異以及回彈微小，因此在設(shè)計型面時考慮的主要因素是減小零件的流動阻力，并使零件與模具表面緊密接觸，以期達到優(yōu)異的冷卻性能。熱成形模具工作部件的必須具有合理的圓角半徑值。圓角半徑過小時，零件的直壁和過渡區(qū)變形過大，大大降低了危險斷面的強度?？傊?，圓角半徑小時會導(dǎo)

6、致零件的拉深系數(shù)偏大，零件的流動阻力增大，零件與模具表面的摩擦力也相應(yīng)增大，造成零件表面質(zhì)量降低以及模具使用壽命縮短。理論上圓角半徑越大，越有利于降低零件的流動阻力，但是過大的圓角半徑會導(dǎo)致過渡部分強度降低。 在模具工作部件的設(shè)計中，凸凹模間隙值的大小對于零件的成形和冷卻都有顯著的影響。設(shè)計熱成形模具凸凹模間隙的時候要考慮一下因素:(1模具表面與零件間的摩擦情況。凸凹模間隙越大，零件與模具之間的摩擦力就越小，零件的流動阻力就越小，這樣就越有利于沖壓出表面精度高的零件。對于模具的壽命也越有利。(2)模具表面與零件間的接觸情況。模具表面與零件之間的接觸情況對熱量的傳遞有重要的作用。間隙越大，零件表

7、面與模具的接觸就越不緊密，傳熱效果也就越差 模具的工作部件是與零件直接接觸的部件，其作用不僅僅沖壓零件成型，還起到對零件冷卻淬火的作用。因此工作部件是熱成形模具的核心部件，對設(shè)計和材料都提出了比較高的要求。設(shè)計準則可概括如下:(1)模具的設(shè)計必須符合沖壓時的精度要求沖壓的過程涉及到零件和模具的應(yīng)力應(yīng)變復(fù)雜劇烈的相互作用，因此設(shè)計時要保證在這種作用下零件表面的精度要求;(2)模具的冷卻系統(tǒng)必須符合零件在型腔內(nèi)淬火的要求。冷卻系統(tǒng)不僅僅應(yīng)該具備快速轉(zhuǎn)移零件熱量的能力，使零件快速淬火生成馬氏體組織。而且還應(yīng)該具備均勻的冷卻效果，這樣在沖壓過程中零件和模具不至于受到劇烈的熱應(yīng)力，可以提高模具的壽命.熱

8、沖壓成型的冷卻系統(tǒng) 熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)直接影響著板料奧氏體到馬氏體微觀組織轉(zhuǎn)變的好壞以及相變產(chǎn)生是否均勻。因此熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)必須滿足冷卻能力強，冷卻均勻性好的要求。為了使奧氏體盡可能多的轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l狀馬氏體，冷卻系統(tǒng)首先要使成形件的冷卻速度足夠大，超過轉(zhuǎn)變的最小冷卻速率27C /s，以保證轉(zhuǎn)變的發(fā)生;其次，為了實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，冷卻系統(tǒng)要能夠在沖壓間歇時間內(nèi)使模具迅速冷卻，確保每次沖壓前模具初始溫度相同。 冷卻系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)對成形件的淬火，還要使淬火均勻，即對模具和成形件的冷卻要均勻。如果冷卻不均勻，導(dǎo)致成形件各部分淬火程度不同，淬火后組織分布不均勻，成形件力學(xué)性能不均勻，還容易產(chǎn)生熱應(yīng)力影響成

9、形件的尺寸精度和模具壽命。因此，冷卻系統(tǒng)要盡量減小模具各個位置的溫度差，使各個位置的冷卻速率盡量相同。 目前熱沖壓的冷卻方式主要是在熱沖壓模具內(nèi)部開設(shè)冷卻管道通入冷卻介質(zhì)。整個冷卻過程包括板料與模具表面的熱交換，模具內(nèi)部的熱傳導(dǎo)，模具與冷卻介質(zhì)間的熱對流，模具對外界熱輻射和板料邊緣的熱輻射等過程。雖然整個冷卻過程復(fù)雜，但是冷卻效果好，冷卻速率易于控制，因此成為了實際生產(chǎn)中廣泛采用的冷卻方式。實際生產(chǎn)中通入的冷卻介質(zhì)多為水。水的成本低廉可以重復(fù)使用，易于得到，而且水的流動性好，比熱容高，冷卻效果好，不造成污染，是一種應(yīng)用最為廣泛的冷卻介質(zhì)。.冷卻水道的類型 冷卻水道的開設(shè)主要有兩種方式，貫穿式和

10、分塊式。貫穿式是由直接貫穿于整個模具內(nèi)部的冷卻水道構(gòu)成，由模具一端進，從另一端出。這種冷卻方式優(yōu)點是加工簡單，模具生產(chǎn)周期短。缺點是受機械加工的限制只能適用于長度不大形狀不復(fù)雜的模具貫穿式冷卻水道 一般，當模具長度小，形狀簡單，機械鉆冷卻水孔不難時，可以不對模具進行分塊，直接鉆穿模具，開設(shè)出冷卻水道。實際生產(chǎn)中，一般零件尺寸較大，模具長度大，不易于機械鉆孔。需要對模具事先進行分塊，分成易于機械加工尺寸的模具分塊。然后再對每個分塊鉆孔開設(shè)出冷卻水道。相鄰兩個分塊的相鄰端面的冷卻水孔需要對接上，然后用密封圈密封，才能保證冷卻水從前一個分塊順利流到下一個分塊;或者相鄰分塊的相鄰端面分別開設(shè)水槽，連通

11、端面上所有冷卻水道孔，然后兩個分塊的水槽對接，再用密封圈密封，也能實現(xiàn)冷卻水從前一個分塊流到下一個分塊，進而貫穿整個模具。.分塊式冷卻水道事先對模具進行分塊，然后對每個模具分塊分別開設(shè)縱向進出水道和橫向冷卻水道，相鄰分塊之間用堵塞堵住水道端頭孔，從而每個模具分塊內(nèi)冷卻水從進水道進、從出水道出，各自有獨立的冷卻水道，分塊之間互不影響。 分塊式冷卻水道具有以下一些優(yōu)點: (1)每個模具分塊有獨立的冷卻水道，互不影響，易于控制每個分塊的冷卻效率，能使每個分塊都有很高的冷卻速率。 (2)對于尺寸較長，形狀復(fù)雜的模具也能達到很好的冷卻效果。根據(jù)形狀尺寸的特點對模具進行分塊，然后根據(jù)各個分塊的特點單獨設(shè)計冷卻水道，各個分塊內(nèi)的冷卻水道數(shù)量可以不同，布置位置也不相關(guān)，使得每個分塊都能達到冷卻效果的要求。 (3)由于每個分塊有獨立的冷卻水道，冷卻效果好，相同的冷卻速率要求下，冷卻水流速度和流量都將較低。 (4)分塊式冷卻水道使熱沖壓模具整體冷卻速率高，奧氏體轉(zhuǎn)換馬氏體更快，更完全，可以減少保壓時間從而加快生產(chǎn)節(jié)拍。.總 結(jié)通過以上論述我們初步了解了高強鋼熱沖壓成型的基本知識，包括熱沖壓成型的總體介紹，熱沖壓成型的所需設(shè)備以及熱沖壓成型工藝的基本過