目前，汽車工業(yè)界對于汽車輕量化有著日益緊迫的要求。車身輕量化發(fā)展主要有兩個方向：
一是優(yōu)化汽車框架和結(jié)構(gòu)，即利用有限元法和優(yōu)化設(shè)計方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以減輕車身骨架、發(fā)動機和車身鋼板的重量；
二是在車身制造上采用高強度低密度材料，如高強度和超高強度鋼板。在目前看來，車用高強度和超高強度鋼板以其輕質(zhì)、高強度的特點在汽車生產(chǎn)中越來越受關(guān)注，并已成為滿足汽車減重和增強碰撞強度、提高安全性能的重要途徑。
但是，眾所周知，超高強度鋼板在室溫下變形能力很差。
一方面，超高強度鋼板強度高，在室溫下塑性變形范圍很窄，所需的沖壓力大，而且容易開裂；
另一方面，沖壓成形后零件的回彈增加，導(dǎo)致零件尺寸和形狀穩(wěn)定性變差。因此傳統(tǒng)的冷沖壓方法難以解決超高強度鋼板在汽車車身制造中遇到的問題。超高強度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)是能夠解決上述問題的一種新型的成形技術(shù)。
近年來，世界各國汽車業(yè)投入大量的精力來開展超高強度鋼板開發(fā)和熱沖壓成形技術(shù)的研究，歐美和日本的主要汽車制造企業(yè)已開始嘗試使用通過熱沖壓成形技術(shù)生產(chǎn)的超高強度鋼板構(gòu)件，如車門防撞桿，保險杠加強梁，A、B、C柱，門框加強梁等。
德國蒂森克虜伯公司、美國本特朗特公司、安賽樂米塔爾公司都可提供超高強度的熱沖壓部件。
1 熱沖壓成形對鋼板和模具的要求
熱沖壓超高強度鋼板。熱沖壓成形工藝一般是將板料加熱到再結(jié)晶溫度以上某個適當(dāng)?shù)臏囟?，使其完全奧氏體化后再進(jìn)行沖壓成形，沖壓成形后須保壓一段時間使零件形狀尺寸趨于穩(wěn)定。
在成形和保壓過程中，為了防止板料強度降低，須進(jìn)行淬火處理以獲得在室溫下具有均勻馬氏體組織的超高強度鋼構(gòu)件。
由于熱沖壓是在板料沖壓成形的同時進(jìn)行了淬火處理，故熱沖壓用鋼板的成分設(shè)計要適應(yīng)熱沖壓過程中的熱循環(huán)，如含硼鋼板，在鋼的組織轉(zhuǎn)變時，可以延遲鐵素體和貝氏體的形核進(jìn)而增強了鋼的強度。
此外，鋼板被加熱至再結(jié)晶溫度以上時，在空氣中不可避免地會出現(xiàn)表面的氧化和脫碳，進(jìn)而影響鋼板的強度。因此，熱沖壓成形鋼板應(yīng)具備抗高溫和耐腐蝕的鍍層。
熱沖壓成形模具。在熱沖壓過程中鋼板和模具都要經(jīng)過從900℃以上到室溫這一復(fù)雜的溫度變化。模具集對板料成形與淬火作用于一身，其材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計都有嚴(yán)格的要求，對于熱沖壓部件最終性能有著重要影響。
在超高強度鋼板的熱沖壓工藝中，不僅要求成形模具具有足夠的結(jié)構(gòu)剛性、表面硬度和疲勞壽命，更要求模具能夠穩(wěn)定地工作在劇烈的冷熱交替條件下，同時能夠抵抗高溫板料對模具產(chǎn)生的強力熱摩擦，以及脫落的氧化層碎片和顆粒在高溫下對模具表面的磨粒磨損效應(yīng)。根據(jù)模具的加熱溫度，一般需要參考熱鍛用模具鋼，選用合理的模具材料。
為滿足熱沖壓成形零件淬火和批量生產(chǎn)的要求，在熱沖壓模具中須設(shè)置冷卻系統(tǒng)。在冷卻系統(tǒng)設(shè)計時既要使零件的冷卻速度足夠快，使奧氏體組織盡可能多地轉(zhuǎn)化成馬氏體組織，以保證零件的強度；還要通過該冷卻系統(tǒng)迅速帶走每次熱沖壓后模具儲存熱量，保證每次沖壓前模具初始條件相同，從而穩(wěn)定沖壓質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量。
2 熱沖壓成形超高強度鋼板研究現(xiàn)狀
熱沖壓超高強度鋼板的開發(fā)現(xiàn)狀。目前，全球最大的鋼鐵公司安賽樂米塔爾開發(fā)了熱沖壓成形鋼板USIBOR1500。該鋼板為鍍鋅板，鍍層質(zhì)量為120g/m2-160g/m2。淬火后力學(xué)特性明顯，強度值可達(dá)到1600MPa。
該鋼板可保持良好的韌性，沖擊韌度達(dá)到800J/m2。此外，該鋼板低溫脆性和焊接性能也較好。采用此種鋼板生產(chǎn)的汽車零件可以使同等強度、剛度的零件減重50%以上。
德國蒂森克虜伯開發(fā)了錳硼合金鋼，其熱沖壓淬火后最高強度可達(dá)1600MPa。此外，美國西渥斯托公司和戴姆-克萊斯勒公司共同開發(fā)出了熱沖壓硼鋼，用于取代載重車架橫梁以減輕重量，而且提高了耐疲勞性能。
對汽車大梁的研究表明，由硼鋼制成的零件比原有模式制成的零件更加耐用。用硼鋼代替中等鋼制成的零件重量減輕了20%。
超高強度鋼板熱沖壓技術(shù)研究現(xiàn)狀。在汽車工業(yè)中，基于減重和環(huán)保的目的，超高強度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)逐漸受到關(guān)注和重視，各大鋼鐵公司、汽車制造廠商和部、分大學(xué)紛紛開始了超高強度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)的研究。
由于超高強度鋼板熱沖壓成形具有集成形與淬火工藝于一體的特殊性，其研究集中在以下幾個方面：
第一，從宏觀上探索超高強度鋼板連續(xù)冷卻工藝的特性和在高溫下的流動性能。超高強度鋼板連續(xù)冷卻工藝特性和高溫流動性能是制定熱沖壓工藝的基礎(chǔ)。
一方面，采用熱膨脹和淬火工藝試驗確定鋼板的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變特征參數(shù)，如預(yù)熱溫度、預(yù)熱時間和冷卻速度；另一方面，通過熱模擬試驗，再現(xiàn)熱沖壓物理過程，獲得鋼板在高溫下的流變行為。
第二，采用數(shù)值模擬技術(shù)研究熱沖壓成形過程，分析各參數(shù)對部件性能的影響規(guī)律。隨著計算技術(shù)尤其是有限元理論和方法的不斷發(fā)展，描述宏觀尺度的塑性變形物理模型、數(shù)值計算方法日臻完善，數(shù)值模擬成為研究塑性變形過程的有力手段。
借助數(shù)值模擬技術(shù)可以對熱沖壓變形過程中的溫度場進(jìn)行模擬，并分析熱沖壓過程參數(shù)對于熱沖壓過程的成形力、板料厚度等的影響規(guī)律。
第三，從微觀上研究熱沖壓成形過程中材料組織變化情況以期預(yù)測熱沖壓部件最終的強度性能。美國一些學(xué)者認(rèn)為，產(chǎn)品的內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)是決定產(chǎn)品最終性能的重要因素。
通過研究熱沖壓過程中奧氏體分解和組織轉(zhuǎn)變，預(yù)測并控制產(chǎn)品最終組織分布和強度性能。
第四，超高強度鋼板熱沖壓成形試驗研究。試驗研究是一種直觀有效的方法。在熱沖壓成形工藝分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計成形性能試驗裝置以期獲得材料高溫下成形性能，制造熱沖壓模具，進(jìn)行熱沖壓零件制備，通過調(diào)節(jié)各工藝參數(shù)優(yōu)化熱沖壓工藝。
3 熱沖壓成形技術(shù)的關(guān)鍵問題
目前，有關(guān)人員雖然對超高強度鋼板熱沖壓成形技術(shù)進(jìn)行了研究，取得了一定的成果，但對其關(guān)鍵問題的研究還不夠系統(tǒng)和深入，從而限制了熱沖壓成形技術(shù)在工程中的廣泛應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：
第一，應(yīng)考慮成形溫度、降溫速率和相變形為的熱沖壓成形極限。在以彎曲為主的成形情況下，熱沖壓非常有利，不會發(fā)生冷加工成形時的問題，即彈性變形回復(fù)，但在對復(fù)雜部件進(jìn)行成形時，須進(jìn)行凸肚、深沖和凸緣等成形加工，因此必須弄清它們在高溫下的成形極限。
變形阻抗不僅與溫度有關(guān)，而且沖頭接觸部分溫度的下降和氧化鐵皮的潤滑效果也會對其產(chǎn)生復(fù)合影響。通過改進(jìn)常溫成形極限試驗裝置，考慮成形溫度、降溫速度和材料相變行為等，建立熱沖壓成形極限涵十分有必要。
第二，對熱沖壓零件的質(zhì)量控制。熱沖壓零件最終質(zhì)量既受宏觀工藝條件影響，又由材料微觀組織變化決定。沖壓過程中零件的溫度不均勻會直接導(dǎo)致最終零件性能的不均勻。
如果在沖壓零件沒有充分冷卻時就將其從金屬模具中取出，制品的硬度和形狀精度會下降。因此，針對不同零件，在進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)及其冷卻系統(tǒng)設(shè)計、改進(jìn)冷卻溝槽的布置、提高模具的冷卻速度的同時，保障零件均勻降溫是熱沖壓零件質(zhì)量控制的可行之舉。
結(jié)語
隨著世界經(jīng)濟和社會的發(fā)展，節(jié)能、舒適、降低排放和提高安全性已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)、性能和技術(shù)的重要發(fā)展方向。作為汽車輕量化的重要途徑，超高強度鋼板熱沖壓成形技術(shù)正備受世界各國學(xué)者的普遍關(guān)注。
這項技術(shù)的發(fā)展歷史雖然并不長，但其在減輕車身質(zhì)量、增強部件強度和尺寸精度方面所顯示出的潛力無疑是巨大的。因此，系統(tǒng)地、深層次地展開此方面的研究對世界汽車業(yè)的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。
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