汽车车身热冲压成型技术的应用和质量控制措施

周 飞

（安徽江淮汽车集团股份有限公司 技术中心，安徽 合肥 230601）

前言

现如今，我国汽车工业发展速度越来越快，已经逐渐成为我国经济发展的重要产业。但是由于受到诸多因素带来的影响，比如：环境以及能源等，严重阻碍汽车行业稳定发展。根据大量的研究资料表明，大气污染的根本原因是汽车尾气污染，在我国日益推进节能减排以及汽车轻量化发展的背景下，开发钢铝混合车身以及应用汽车轻量化材料等，已经成为现阶段我国汽车节能减排的主流趋势。

1 热冲压成型技术的具体应用

通过合理应用高强度钢板，不仅可以获得显著的减重效果，而且使冲压成型工艺面临严峻的挑战，以往的冷冲压工艺在高墙板冲压成型中很有可能出现各种问题，比如：制件起皱以及破裂等，与产品质量的标准要求不相符[1]。而应用热冲压成型技术，可以使高强钢板以及超高强度钢板在常温环境下迅速成型。从汽车车身用材发展中不难发现，在高强钢冲压成型技术高速发展的背景下，在白车身材料中热成型高强度钢材有了更高的比例。热成型高强度钢材具有很多特征，比如：材料轻量化以及超高强度等，是当前我国乃至全球最为先进的车身轻量化材料，普遍应用于汽车生产制造中[2]。相对于其他国家而言，我国是最近几年才发展高强度钢板热冲压成型技术，技术不先进，所以我国为了可以成为汽车强国，使我国汽车品牌有更多的市场竞争力，需要普遍关注高强度钢板热冲压成型技术。目前，我国很多热成型件供应商以及主机厂都在深入研究与应用热冲压成型技术。并且我国钢板技术迅速发展，今后的热成型技术主要倾向于不等厚板，还有激光拼焊板，热成型冲压技术的应用也逐渐朝着先进热成型工艺技术的方向不断发展。

2 热冲压成型工艺和主要零件类型

2.1 热冲压成型技术工艺的基本原理

热冲压成型技术和以往的冷冲压成型技术完全不同，其不仅导致板料出现塑性变形，而且使得板料基体组织出现马氏体组织相变，以得到超高强度热冲压成型制件，这种工艺方法将传热、组织相变等相结合。

2.2 热冲压成型技术的具体实施过程

热冲压成型技术在具体实施中通常可以划分成多种类型，比如：直接热冲压成型、间接热冲压成型等。前者，是指在保护气氛加热炉中将板料加热到880 摄氏度到950 摄氏度之间，连续保持三分钟到10 分钟，之后在最短的时间内向热冲压模具进行转移，进而冲压成型，接着保压，而且及时冷却，让板料以每秒50 摄氏度到950 摄氏度之间的冷却速度进行淬火，温度在低于200 摄氏度时将板材取出来，留出适当的自回火温度，这样可以将其残余应力完全消除，在一些成型不复杂、变形程度不大的零件中广泛应用[3]。后者，针对拉深变形深度很大和难以成型的零件，在实施热冲压成型前必须采用以往的冷成型工艺来切割以及加工板料，使其可以预成型，再采用热冲压成型工艺，实施硬化处理以及定型处理。

2.3 热冲压成型的主要零件类型

热冲压成型技术零件结合使用的不同类型板料，通常可以划分成滚压不等厚板以及激光拼焊板等。首先，就滚压不等厚板来讲，属于可以调整厚度轧制的一种板料，其特点是耐磨性相当强、抗传导性以及抗热疲劳性都很强，确保零件每个成型位置冷却效果都保持均匀，而且定位非常精准，保证零件各个厚度的地区在对应的模具内腔范围成型，为了避免板料在成型中出现串位的情况，应该在成型前预压料，如果预压料厚度有很大的不同，这时必须在料厚范围模腔运用传热性能强的模具材料[4]。其次，就激光拼焊板来讲，其是指激光拼焊材料一样，但是等厚度不一样的热成型板料，接着总体热冲压成型，其特点和滚压不等厚板大同小异。

3 影响热冲压成型制件质量的主要因素

热冲压成型技术属于物理变形过程，相当复杂。在热冲压成型制作的成型过程中必须对所有环节的工艺要求进行严格控制，影响其质量的因素有很多，比如：热成型工艺设计和工艺过程控制，还有热冲压成型技术设备匹配等。

3.1 热冲压成型工艺设计和过程控制

在开发热冲压成型产品过程中热冲压成型工艺设计是不可或缺的环节。就热冲压成型工艺方式设计来讲，必须在产品设计完成后，拥有产品数模，才可以合理设计工艺方式，需要CAE 分析产品数模成型，可以向产品设计及时反馈运算结果，以调整产品数模，但是必须多加注意的是，板料成型性容易受到很多因素影响，比如：冷却时间、加热温度等，最后通过模拟运算获取分析结果，当做模具设计的重要参考依据[5]。并且要结合零件热成型技术特征完成模具设计：模具设计主要有冷却系统设计、模具表面等；冷却系统设计需要完全模拟确定水路冷却效果保持均匀，防止零件冷速集中出现变形的情况。最终，在装配视模和加工组立热冲压成型模具过程中，科学检验验证零件产品，而且对模具状态进行研究、配置和调试，以保证将零件产品尺寸的偏差控制在最小化。

工艺过程控制必须认真考虑各个方面，比如：保温时间以及板料加热速度等。如果加热温度偏低且保温时间偏短，奥氏体化不完全，造成成型后组织改变不彻底；如果加热温度偏高且保温时间偏长，很有可能导致组织晶粒存在各种缺陷，比如：过热以及粗大等。并且如果保压冷却时间短很有可能造成成型改变不完全，留出的自回火温度偏高，出现回火脆性；如果保压冷却时间偏长，就很有可能导致零件直接完全冷透到常温，造成零件参与应力偏大出现开裂的情况。那么，要想使生产效率得到大幅度提升，与生产要求相符，在确保热冲压成型制件质量合格，才可以对生产速度进行严格控制。

3.2 大型连续热冲压成型工艺系统设备匹配

就大型连续热冲压成型系统设备来看，其是由多个部分组成，比如：高温装卸机器人、上料台以及热冲压冲床等，中央控制系统也必须兼具两个系统，一个是设备操作控制系统，另一个是软件程序编辑运行系统[5]。对于连续式保温气氛加热炉而言，其最为普遍使用的滚轮式加热炉，常见的加热方法有两种，一种是电加热，还有一种是瓦斯加热，炉长在30 米到50 米之间，考虑到不同的产能，需要科学配备露点仪以及保护气氛等，以实时监控检测炉中氧含量。在实际工作过程中保护气氛下板料从常温普通不间断加热到925 摄氏度时。而且保温时间达到要求后，才可以出炉；保护气氛发生装置可以将氮气以及富化气提供到加热炉腔中，这样就会形成氧化铁皮；在制件中主要的热冲压成型装置是热冲压冲床，其必须具有瞬间合模保压的作用，在成型过程中必须迅速，可以结合实际需求，适当调整保压时间以及保压压力，通常设备吨位必须大于或者等于800 吨；就热冲压成型淬火模具来看，往往使用热作模具钢，其具有良好的耐高温性能，在实际工作过程中要求热作模具钢具有高温硬度以及热塑变形抗力强等优势，以确保热冲压成型制作过程顺利进行；淬火冷却和温度控制系统包含两个方面的系统，一方面是冷却系统，另一方面是温度控制系统，前者属于淬火冷却循环水装置，其淬火冷却循环水回路利用热冲压成型淬火模具，使高温板料可以在很短的时间内淬火冷却降低温度[6]。后者，可以对冷却水温度进行科学的控制，确保其温度在5 摄氏度到20 摄氏度，如果冷却水温度偏高，这时系统就会自动将外部风冷装置启动，使冷却水可以降低温度；在大型连续热冲压成型工作系统中核心控制单元是中央控制系统，主要是转化以及处理系统中的各种信号，比如：温度以及水等，确保不同设备之间可以积极配合，安全运行。

4 结语

总而言之，在汽车轻量化日益发展的背景下，热冲压成型技术逐渐广泛在汽车白车身中应用。从某个角度来看，热冲压成型技术属于高端的高强钢板成型技术，最近几年，也应用于高强度车身制造技术中，这样可以大大地提高制造水平。