王文彬，朱梅云

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

1 引言

高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用是汽車輕量化節(jié)能減排的有效手段。高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用帶來模具磨損、工件回彈、成形困難等諸多問題。熱沖壓成形應(yīng)運(yùn)而生。熱沖壓成形是獲得高性能超高強(qiáng)度汽車安全件的一個(gè)有效的工藝技術(shù)[1]。

熱沖壓成形(HotForming)是將初始硬度為500～600MPa的硼鋼板加熱至奧氏體化狀態(tài)，快速轉(zhuǎn)移至模具中高速?zèng)_壓成形，在保證一定壓力情況下，制件在模具本體中以大于27℃/s的冷卻速度進(jìn)行淬火處理，保壓淬火一段時(shí)間，以獲得具有均勻馬氏體組織的超高強(qiáng)度鋼零件的成形方法。熱沖壓成形技術(shù)可以得到超高強(qiáng)度的車身零件，具有減輕車身重量，提高車身安全性、舒適性，改善沖壓成形性，提高零件尺寸精度等優(yōu)點(diǎn)[2]。

本文主要針對(duì)熱沖壓成形零件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)熱沖壓成形零件的工藝技術(shù)進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)汽車零部件輕量化技術(shù)。圖1是車身熱沖壓成形零件的典型案例。

圖1 車身熱沖壓成形結(jié)構(gòu)件

2 熱沖壓成形件工藝設(shè)計(jì)

汽車車身熱成形沖壓件主要有B柱、A柱、前側(cè)縱梁、保險(xiǎn)杠、門內(nèi)防撞梁等零件，如圖2所示。汽車車身熱沖壓件的工藝設(shè)計(jì)決定熱成形件質(zhì)量的好壞，現(xiàn)在以比較典型的車身熱沖壓成形件B柱為例進(jìn)行工藝技術(shù)設(shè)計(jì)研究。

圖2 車身熱沖壓成形零部件

2.1 熱沖壓件翻邊工藝設(shè)計(jì)

沖壓熱成形零件設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡量避免圓角翻邊造型，目前的熱沖壓工藝中，進(jìn)行圓孔翻邊比較難以達(dá)到技術(shù)要求的產(chǎn)品精度，并且，很難將坯料優(yōu)化到可以翻孔的位置，并且翻邊后難以做激光切割。

熱成形零件設(shè)計(jì)翻邊結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該注意拉深-法蘭邊區(qū)域，這些區(qū)域有更高的起皺、破裂傾向；外凸翻邊的最終線長(zhǎng)度比初始長(zhǎng)度短產(chǎn)生壓縮法蘭邊，容易導(dǎo)致起皺和折疊，且起皺的趨勢(shì)隨翻邊高度的增加而增大；外凹翻邊屬于伸長(zhǎng)類翻邊，產(chǎn)生拉伸法蘭邊，豎邊的長(zhǎng)度在成形過程中會(huì)被拉長(zhǎng)，當(dāng)變形程度過大時(shí)，豎邊邊緣的切向伸長(zhǎng)和厚度減薄就比較大，容易發(fā)生拉裂。法蘭邊越高，拉伸失穩(wěn)越明顯；無論是外凸翻邊，還是內(nèi)凹翻邊，都應(yīng)該降低翻邊高度和曲率[3]?？傮w說，熱成形沖壓件不宜有翻邊，尤其是90°的翻邊特征造型。如圖3、4所示。

圖3 外緣外凸翻邊

圖4 外緣內(nèi)凹翻邊

2.2 熱沖壓拉深工藝設(shè)計(jì)

熱沖壓成形中，盡量降低拉深深度，且成形深度盡可能相同；應(yīng)盡量采用一次拉深成形，避免多次拉深成形。冷拉深成形中，零件易在凸模圓角處破裂。而熱成形拉深時(shí)，板料與模具在凸凹模圓角處先接觸，導(dǎo)致這些部位首先冷卻硬化，變形抗力增大。變形將轉(zhuǎn)向溫度較高，具有良好塑性流動(dòng)性的拉深側(cè)壁，導(dǎo)致應(yīng)變集中。由于側(cè)壁處于平面應(yīng)變狀態(tài)，拉深深度的增加依靠材料厚度的減薄，因而產(chǎn)生拉裂，且拉裂的傾向隨著拉深深度的增加而加劇。如圖5所示。

圖5 板料與模具接觸時(shí)序?qū)Τ尚蔚挠绊?/p>

2.3 熱沖壓結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)

熱沖壓成形件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)其成形質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，熱沖壓成形結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量避免封閉式設(shè)計(jì)，采用開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。盡可能采取彎曲成形，減少法蘭邊產(chǎn)生起皺缺陷、破裂缺陷及過分減薄的風(fēng)險(xiǎn)等。封閉式的“杯狀”結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致成形過程中材料在凸凹模拐角處產(chǎn)生壓縮變形和起皺缺陷，需要采用合適的壓邊力。在滿足使用要求的情況下，增大零件圓角半徑或側(cè)壁的傾斜角度有利于成形。如圖6所示。

2.4 熱沖壓件面特征工藝設(shè)計(jì)

熱沖壓零件的面特征工藝設(shè)計(jì)對(duì)其熱沖壓成形面質(zhì)量影響作用比較大，通常，在大平面如果不設(shè)計(jì)特征造型，容易出現(xiàn)材料拉深不足，導(dǎo)致產(chǎn)品面的塑性變形不充分，產(chǎn)品面剛度不足等缺陷。為此，對(duì)熱沖壓成形件產(chǎn)品面上設(shè)計(jì)吸皺筋，防止零件的起皺傾向及產(chǎn)品面的剛度不足缺陷。尤其，在熱沖壓成形件的端部和中間梁的設(shè)計(jì)中，更應(yīng)該設(shè)置吸皺筋。如圖7所示。

圖6 開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖7 熱沖壓成形件面特征工藝設(shè)計(jì)

2.5 熱沖壓成形彎曲圓角工藝設(shè)計(jì)

熱沖壓零件的彎曲圓角工藝設(shè)計(jì)對(duì)其熱沖壓成形質(zhì)量有重要影響，在相同條件下，不同圓角工藝會(huì)發(fā)生不同的熱沖壓成形質(zhì)量。通常，板件側(cè)壁彎曲時(shí)，若彎曲處的圓角過小，則外表面容易產(chǎn)生裂紋。當(dāng)使用涂層板時(shí)，還會(huì)引起涂層的剝離，為此規(guī)定最小彎曲半徑R≥2t,其中，R為彎曲半徑，t為板料厚度。防止圓角在彎曲時(shí)受壓產(chǎn)生擠料后起皺，應(yīng)設(shè)計(jì)預(yù)留切口，如圖8所示。

3 結(jié)論

圖8 熱沖壓成形彎曲圓角工藝設(shè)計(jì)

（1）熱沖壓成形工藝設(shè)計(jì)研究結(jié)果表明，熱沖壓成形的翻邊工藝、拉深工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝、面特征工藝及彎曲圓角設(shè)計(jì)工藝的合理設(shè)計(jì)對(duì)其熱沖壓成形性有重要影響，并決定沖壓件的成形質(zhì)量。

（2）熱沖壓成形工藝設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，有效的推進(jìn)汽車輕量化技術(shù)的快速發(fā)展。