汽车保险杠材料 摘 要:热冲压成形技术是一种常见的零件加工方式,尤其在汽车工业中应用最为普遍。
本文介绍了热冲压成形技术的基本原理,分析了温度、时间、成形速度以及冷却速度对冲压成形的影响。并以汽车零部件加工为主要研究对象,通过热冲压技术获取轻量化高强度的成形件,通过检测成形件微观组织为马氏体,抗拉强度为1500MPa满足汽车生产要求。
关键词:新时期 热成形 冲压
中图分类号:TG385 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2020)02(b)-0060-02
热冲压成形技术是一种常见的零件加工方式,尤其在汽车工业中应用最为普遍。将材料先加热至奥氏体化状态,该状态下钢板材料的塑性较好,强度低,并且具有一定的韧性,然后使用冲压机在模具中进行冲压并淬火,获得相应形状的高强度金属零件。通过热冲压成形技术获取高强度的冲压件来代替传统的厚钢板,不但可以有效降低零部件自身的重量,而且能大幅度地提升抗拉强度,广泛应用于汽车保险杠、AB柱、车顶侧梁的制造中,下面就对新时期热冲压成形技术的构建进行深入分析。
1 热冲压技术原理
热冲压技术是一种将钢板材料加热至奥氏体形态下,快速进行冲压成形,并且通过模具
对零件进行淬火冷却,获得强度为1500MPa左右的马氏体成形件。可以说热冲压技术是将钢板材料由奥氏体向马氏体转化的过程。奥氏体(Austenite)是钢铁的一种层片状的显微组织,该状态下的钢板材料ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体,因此也称为沃斯田铁或者ɣ-Fe。马氏体(Martensite)是黑金属材料的一种组织名称,是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。马氏体和奥氏体的不同在于,马氏体是体心正方结构,奥氏体是面心立方结构。奥氏体向马氏体转变仅需很少的能量,因为这种转变是无扩散位移型的,仅仅是迅速和微小的原子重排。马氏体的密度低于奥氏体,所以转变后体积会膨胀。相对于转变带来的体积改变,这种变化引起的切应力、拉应力更需要重视。热冲压成形技术的原理如图1所示。
热冲压成形技术可以分直接冲压和间接冲压两种形式,其中直接冲压是将钢板材料加热至奥氏体后,直接传送至模具上冲压,模具表面有冷却通道,可以在钢板材料冲压的过程中进行淬火冷却,获得马氏体成形件。间接冲压则是钢板材料先进行冷冲压,然后再加热成奥氏体进行淬火和校准,确保成形材料强度达到1500MPa的马氏体。
2 热冲压技术工艺设计
热冲压成形技术使用的设备包括:加热炉、上下料装置、冲压机、模具、切边和冲孔设
备。下面就对热冲压成形技术的工艺设计和特点进行详细分析。
2.1 材料加热
加热炉是热冲压成形技术的关键设备,尤其是在汽车工业自动化生产线上,加热炉具有自动进料和出料功能,并且有自动温控装置,实现在设定时间内确保钢板材料完成奥氏体的转化。
2.2 上下料过程
上下料装置主要是通过机械手臂将奥氏体材料传送至模具进行冲压,上下料时需要平稳抓取钢板,同时减小夹持点钢板温度的变化,因此,采用高速机械手臂最大限度地缩短上下料的时间,这对于降低生成成本,具有十分重要作用。
2.3 冲压
冲压机直接对奥氏体材料机械能冲压,考虑到钢板材料的热胀冷缩效应,需要有效的补偿设计,模具内有冷却回路,具备淬火冷却功能。考虑到热冲压是重新加热到奥氏体区的过
程,为了避免和减少加热过程对材料造成的氧化,需要使用镀层板,提高镀层的结合力,防止加热和成形过程中的剥落。镀层板热冲压过程无氧化皮,减少了喷丸处理的过程,零件耐腐蚀性能高、不易生锈,但是制造工艺复杂,成本相对较高。
2.4 切边和冲孔
切边和冲孔是对冲压成形件进行二次加工,由于成形件强度较高,常采用激光切割进行切边和冲孔。
3 热冲压技术应用
现阶段,中国宝钢集团是国内唯一热冲压钢供应商。使用硼钢板B1500HS,化学成分如表1所示。通过热冲压技术制造汽车零部件,提升材料抗冲击性能的同时提升汽车的安全性能和燃油经济性。下面将通过实验验证热冲压成形技术的实际效果:
实验过程中,首先将硼合金钢板送至加热炉内加热至900℃,并且保温5min,确保材料完成奥氏体形态转变,此次使用的是带Al-Si镀层钢板,防止钢板材料在加热过程中发生氧化。待钢板材料完全成为奥氏体形态后,启动高速机械臂迅速将材料放入带有冷却装置的冲
压模具上,迅速启动液压冲压机实现冲压成形,模具完全闭合后保持10s,确保模具内的钢板充分淬火冷却,从而实现钢板材料由奥氏体向马氏体的转变。
通过常温和高温状态对材料的单向拉伸进行实验,获取钢板材料的基本力学性能数据。在室温条件下,即温度10℃~50℃时对热冲压成形没有明显影响,保压时间为155~260s,冷却速度一般为21℃/s,冲压模具自带淬火冷却功能,淬火后材料温度为200℃,冷却水临界值为0.7m/s。对成形件进行微观组织分析,可以得到该成形件的屈服强度可达1036MPa,抗拉伸强度可达1547MPa。通过实验验证热冲压成形件的回弹,压边力、凹模圆角半径和模具温度对热成形下的回弹有较大影响,压边力越大,模具温度越高,凹模圆角半径越小,回弹量越小,同时冷却速率不一致造成的热效应对回弹也有一定影响。
4 结语
综上所述,热冲压成形技术是汽车工业中常用的零部件加工技术,通过热冲压制造的成形件具有强度高、质量轻等特点。本文通过分析热冲压成形技术的基本原理及工艺特点,通过汽车工业生产的实际应用,验证了热冲压成形件强度可达1000MPa、抗拉强度可达1500MPa,為理想状态下的马氏体结构。由此可见,热冲压成形技术可以很好的满足新时期
汽车工业对材料轻量化、高强度的技术要求,具有非常广阔的应用前景。
参考文献
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