熱衝壓

熱衝壓成形技術，是利用金屬熱塑性成形的原理，能夠在成形的同時實現對板料的淬火熱處理，提高材料的成形性能，大大擴展了高強度超高強度鋼在汽車零件的套用範圍。

基本介紹

• 中文名：熱衝壓
• 外文名：Hot stamping
• 原理：金屬熱塑性
• 目的：實現對板料的淬火熱處理
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉

簡介

隨著國家汽車正碰、側碰、排放等強制法規的相繼推出，汽車車身鋼鐵用材正日益面臨嚴峻的挑戰，採用先進高強鋼，如DP鋼、TRIP鋼、高擴孔鋼等也無可爭議地成為汽車用材的主流趨勢。通過車身零件減薄和高強的合理匹配，不僅可以有效減輕車身重量，降低油耗，而且可以確保、提高車型的安全性和舒適性。但對衝壓成形工藝而言，減薄和高強是惡化成形性的雙重因素，不僅使得車身零件在成形過程中容易開裂，而且容易產生過量回彈，影響車身後續的裝配。另外，減薄高強對車身零件本身的使用性能，特別是剛度特性產生不利影響。對於強度超過1000M Pa的高強鋼，傳統衝壓工藝往往束手無策。一種新型的成形工藝，特殊高強度鋼板的熱衝壓技術應運而生。

鋼板熱衝壓的核心技術

零件外形和工序設計

採用冷衝壓工藝的零件，其外形設計自由度相對較大，並可以通過3-5道工序來成形所需外形、尺寸的零件。鋼板熱衝壓原則上只能一道衝壓成形，因此零件的外形設計要充分考慮其工藝特點。對於衝壓深度很深、成形難度很大的中通道類零件，可以先採用冷衝壓進行預成形，然後再進行熱衝壓，但設備投資和零件價格會相對較高。

熱衝壓模具

與冷衝壓模具及傳統意義上的熱衝壓模具不同，鋼板熱衝壓新技術所需的模具具有其特殊性，核心技術體現在：

1.由於車身衝壓件裝配精度要求較高，模具型面設計時，需要考慮鋼板的熱脹冷縮效應，並採取有效補償方案，同時模具型面不能設計冷衝壓模具中常用的拉深筋；

2.冷卻水的流動方式等；

3.基於加工工藝性，特別是鑽孔工藝性的模具分塊及其精密裝配技術；

4.模具冷卻水泄漏的有效解決方案。

全球範圍內能成功設計、製造鋼板熱衝壓模具的廠家不超過20家，而且實行嚴格的技術保護和封鎖。國內能夠接觸到這類模具內部結構的人極少，不具備這類模具的設計能力。國內僅有的4條鋼板熱衝壓產線所使用的熱衝壓模具全部從國外進口，價格昂貴。

毛坯定位

對冷衝壓而言，常常採用定位銷對毛坯進行定位。對熱衝壓來說，熱態毛坯在重力作用下的變形撓度很大。為最大限度避免毛坯在衝壓之前過早地與模具表面接觸以減小溫降、提高熱衝壓成形性，需要設計專門的支撐機構來支撐毛坯。

鋼板熱衝壓CAE分析

鋼板熱衝壓新技術領域的CAE分析可以拆分為熱衝壓過程分析（預測零件的熱衝壓可製造性）、保壓淬火過程分析（預測零件的組織和力學性能）和回彈分析（預測零件的成形精度）。在這一領域各廠家也分別以企業技術秘密（KNOW-HOW）的形式，實行嚴格的技術保護和封鎖，見諸報導的都是分析的結果，而不是過程。在衝壓過程的CAE分析中，需要準確的材料性能參數，如彈性模量、泊松比、高溫狀態下的應力應變關係和鋼板摩擦特性等，這些參數和冷衝壓狀況是完全不同的。

熱衝壓工藝的最佳化設計

熱衝壓零件的影響因素眾多，毛坯形狀、加熱溫度、爐內保溫時間、鋼板開始衝壓的溫度、衝壓速度、保壓時間、冷卻速度等因素都會對零件熱衝壓的成形性和成形質量產生直接影響。

熱衝壓的優缺點分析

與冷衝壓相比，熱衝壓具有明顯的技術優勢，主要表現在以下幾個方面：

1.可以得到超高強度的車身零件，從而能夠減小零件厚度，減少車身加強板的數量，提高車身的碰撞性能，實現車身的有效減重；

2.成形性相對較好；

3.衝壓所需的設備噸位較小，一般800t的高速液壓機就能滿足大部分車身零件熱衝壓所需；

4.尺寸精度好，熱衝壓件的強度在1500M Pa左右幾乎沒有回彈，這在鋼板熱衝壓新技術發明套用之前是不能想像的。而冷衝壓件的強度只有600M Pa左右，卻存在明顯回彈；

5.零件表面硬度、抗凹性和剛度好；

6.零件外形設計可以簡化。

熱衝壓技術也存在自身的缺點，主要是：

1.生產節拍相對要慢一些；

2.由於熱衝壓模具價格較高，能耗相對較大，後續又要採用雷射切割，所以熱衝壓零件的製造成本較高，這就需要在新車型或改進車型設計時最佳化考慮，通過減小零件厚度或減少加強板數量的方式，來控制白車身的綜合製造成本；

3.採用非鍍層鋼板進行熱衝壓時，工作環境相對惡劣，容易產生噴丸變形；

4.熱衝壓產線的固定投資較大；

5.作為一個新興的技術，熱衝壓領域公開發表的成果較少，存在技術封鎖和壟斷。

鋼板熱衝壓使用現狀及其前景

熱衝壓作為一新興的成形技術，作為衝壓零件高強化的另一有效途徑，在汽車領域有廣闊的套用前景。國外越來越多的車型，包括經濟型小車已採用熱衝壓零件；國內，歐美引進車型也廣泛採用鋼板熱衝壓零件。適用於熱衝壓的典型車身零件主要有前、後門左右防撞桿、前、後保險槓、A柱加強板、B柱加強板、C柱加強板、地板中通道、車頂加強梁等。

但總體而言，國內車型（特別是自主品牌車型）的碰撞性能，尤其是側碰性能，普遍欠佳，而合理採用熱衝壓零件，既能顯著提高車身的碰撞性能、減輕車身重量，又能有效控制車身的綜合製造成本。國內一些自主品牌汽車廠，不但能以戰略性的眼光看待熱衝壓新技術，而且已在其新車型或改進車型中大膽加以採用，並取得了非常顯著的效果。國內某款車型，A，B加強板採用熱衝壓零件以後，其N-NCAP（國外碰撞測試）從一星級一躍上升到三星級。可以預測，鋼板熱衝壓新技術將在汽車領域得到越來越廣泛的套用，其相關裝備和核心技術的研究也將成為衝壓界新的研究熱點。

另外，鋼板熱衝壓新技術在農業、礦山機械領域也有廣泛的套用前景，可以顯著提高相關器具的強度、硬度和耐磨性。