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      精密五金沖壓的熱沖壓成形技術

      更新時間:2023-05-16    瀏覽次數:870

      目前冷沖壓工藝存在很多技術缺陷,如成型難度、產品質量差、成型后易變形等問題,超高強度鋼熱沖壓技術的研究和應用已被提上發展日程。雖然我國汽車制造領域已經出現了熱沖壓技術,但仍有一些技術問題亟待解決。本文簡要闡述和分析了現有鋼材熱沖壓成形的技術特點和相關研究進展。


      一、鋼的熱沖壓成形技術

      1.1  熱沖壓成形原理

      熱沖壓成形技術是指將硼合金鋼板加熱到再結晶溫度(約900℃)以上,利用金屬板在高溫下塑性和延展性的明顯增加,屈服強度迅速下降的特點,在模具中以大于27℃/s的冷卻速度沖壓成型,然后快速冷卻淬火,從而使鋼從奧氏體轉變為馬氏體的工藝。

      1.2  熱沖壓成形工藝特點

      近年來,隨著我國對鋼沖壓技術的不斷研究,出現了新的沖壓技術——熱沖壓。沖壓技術受到沖壓行業的廣泛關注。采用熱沖壓技術可獲得先進的超高強度沖壓件,鋼材的抗拉強度、塑性和延展性顯著提高。采用常規冷沖壓工藝,會出現工件所需沖壓力大、易變形、產品質量差等問題。然而,熱沖壓工藝技術解決了傳統冷沖壓工藝帶來的成型性和形狀凍結等不良問題,近年來發展更加迅速,在現代汽車制造業中得到了廣泛應用。

      1.3  熱沖壓成型材料

      在傳統的冷沖壓工藝中,對TRIP鋼、馬氏體鋼等一些先進的高強度汽車鋼板進行了加工成型,零件的性能指標基本上保持不變。在熱壓工藝中,硼鋼被廣泛使用,其主要成分為22MnB5,常溫拉伸強度僅為500~700MPa,但經熱沖壓淬火后轉變為馬氏體組織,材料的力學性能顯著提高,其抗拉強度可達1500兆帕,屈服強度可達1000兆帕以上,硬度可達50HRC。

      1.4  熱沖壓成型模具

      在冷沖壓成形技術中,模具只用于成形零件,沖壓前后零件的機械強度不會有太大變化。在熱沖壓工藝中,模具需要通過成形、淬火等工藝成型,結構復雜,成形后的零件強度更高,綜合性能更好。

      國外文獻報道過Al2   O  3/Cu復合材料用于熱沖壓模具,模具材料的合理選擇對熱沖壓技術至關重要。在成形、冷卻淬火過程中,熱沖壓模具材料應能實現快速、均勻冷卻,并同時具備快速傳熱、冷卻的功能。

      因此,模具不僅要有良好的熱機械性能、耐磨性能、耐腐蝕性能和抗熱疲勞性能,還要合理設計凸、凹模具尺寸,保證生產出的零件質量合格可靠。為避免零件局部冷卻速度不一致造成的熱沖壓部件硬度不均現象,設置冷卻水回路系統對模具進行冷卻,使其具有持續冷卻能力。而且反復沖壓,模具溫度不斷升高、降低,會降低模具的使用壽命。因此,我們迫切需要找到一種能夠將冷卻能力提高、并且耐用的模具。


      二、熱沖壓成形技術的優勢

      傳統冷沖壓工藝包括加熱、成型、冷卻和后續處理,不同加工環節的工藝參數不同。熱沖壓成形工藝主要由下料、預成形、加熱、轉移、沖壓成形、淬火及后續處理這幾個工序組成。

      熱沖壓成形技術的主要優點是:回彈容易控制,抗變形能力小、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;鋼的沖壓性能好,成形阻力低;車身零件生產周期短,強度高;減少了零件的厚度和加強板的數量,有利于實現車身的有效減重等。

      在熱沖壓工藝中,為了縮短生產周期,提高生產效率,應注意以下事項:加熱溫度不宜過高,應保持在再結晶溫度以上;爐子需要保溫一定時間,保溫時間不宜過長;有較高的沖壓速度和一定的保持時間;在冷卻和淬火的相變中,冷卻速度不能太低;沖壓板材厚度不宜過厚;模具材料應合理選擇和設計。


      三、熱沖壓技術的研究進展

      熱沖壓技術率先在歐美廣泛應用,可有效減輕車輛重量、降低成本、提高車輛碰撞穩定性。目前,該技術已在世界各國引起廣泛關注。相繼開發了硼鋼熱沖壓技術并在車門保險杠、 A、 B、 C柱、保險杠加強梁等部件上投入生產,該技術投入生產實踐后,能有效減輕汽車重量,提高穩定性,降低生產成本,因此在市場上備受青睞,獲得了迅速的發展和應用。

      3.1  國外研究現狀

      世界汽車工業在熱沖壓成形技術的研究上投入了大量的精力,主要分布在相對發達的歐洲國家,幾乎壟斷了全球熱沖壓成形市場。作為一種新的成形技術,熱沖壓可以實現沖壓件的高強度,這引起了許多研究者對熱沖壓技術研究和發展的興趣。

      3.2  國內研究現狀

      由于熱沖壓成形技術是一種先進的汽車制造技術,其應用可以使汽車更好地達到減重、環保的要求,提高汽車的抗沖擊能力和抗碰撞穩定性,因此受到了我國乃至全世界的關注和重視。雖然我國對這項技術的研究比較滯后,但可以說,我國近年來發展很迅速,緊跟時代發展趨勢,研發步伐也很快。在國內,各個企業和科研單位都展開了對熱沖壓成形技術的研究。


      四、結束語

      隨著熱沖壓技術在汽車生產中的應用,我國先進超高強度沖壓件的制備更加廣泛,技術也更加成熟。其中模具的結構、性能逐漸趨于理想化,成型件的綜合性能也更好,尺寸精度更高。與冷沖壓相比,熱沖壓后工件的力學性能有了顯著提高。未來,中國熱成型技術將不斷完善,其在汽車生產中的應用將不斷擴大,熱成型市場的競爭將更加激烈。

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