高強(qiáng)度鋼板熱成形技術(shù)優(yōu)勢和原理高強(qiáng)度鋼板熱成形技術(shù)優(yōu)勢和原理高強(qiáng)度鋼板熱成形技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀分析高強(qiáng)度鋼板熱成形制造成套技術(shù)與裝備熱成形制造核心技術(shù)——連續(xù)加熱爐技術(shù)熱成形制造核心技術(shù)——帶冷卻系統(tǒng)的模具技術(shù)熱成形制造的其他技術(shù)熱成形零部件高強(qiáng)度鋼板熱成形CAE技術(shù)高強(qiáng)度鋼板熱成形CAE技術(shù)結(jié)論高強(qiáng)度鋼板熱成形技術(shù)優(yōu)勢和原理高強(qiáng)度鋼板熱成形技術(shù)是同時(shí)實(shí)現(xiàn)汽車車體輕量化和提高碰撞安全性的最新技術(shù)，同時(shí)也是將傳統(tǒng)的熱鍛造技術(shù)與冷沖壓技術(shù)相結(jié)合的最新制造工藝。結(jié)合胡平教授研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的國內(nèi)第一條擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)熱成形批量生產(chǎn)線，介紹了高強(qiáng)度鋼板熱成形成套技術(shù)及裝備。高強(qiáng)度鋼板熱成形技術(shù)優(yōu)勢和原理時(shí)下，安全、環(huán)保、節(jié)能成為汽車制造業(yè)發(fā)展的主題，采用高強(qiáng)度鋼板沖壓件制造車身既可以減輕車體重量，又能提高安全性，是同時(shí)實(shí)現(xiàn)車體輕量化和提高碰撞安全性的最好途徑。高強(qiáng)度鋼板，強(qiáng)度越高，越難成形。尤其是當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到1500MPa時(shí)，常規(guī)的冷沖壓成形工藝幾乎無法成形。因此，如何實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度鋼板的高精度沖壓成形就成為一項(xiàng)迫切需要解決的技術(shù)難題。熱成形技術(shù)（也稱為熱沖壓技術(shù)），是一項(xiàng)新型的專門用于成形高強(qiáng)度沖壓件的先進(jìn)制造技術(shù)，可用來成形強(qiáng)度高達(dá)1500MPa的沖壓件，目前成為世界上眾多汽車生產(chǎn)廠商關(guān)注的熱點(diǎn)。熱成形技術(shù)原理是把特殊的高強(qiáng)度硼合金鋼加熱使之奧氏體化，隨后將紅熱的板料送入有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形，同時(shí)被具有快速均勻冷卻系統(tǒng)的模具冷卻淬火，鋼板組織由奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，因而得到超高強(qiáng)度比的鋼板。熱成形技術(shù)不僅有高強(qiáng)度比的優(yōu)點(diǎn)，高溫下，材料塑性、成形性好，能一次成形復(fù)雜的沖壓件；高溫下成形能消除回彈影響，零件精度高，成形質(zhì)量好。溫?zé)岢尚喂に嚧蚱瞥Ｒ?guī)，構(gòu)思新穎，是沖壓成形領(lǐng)域的前沿技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于汽車前后保險(xiǎn)杠、A柱、B柱、C柱、車頂構(gòu)架、車底通道框架、儀表臺(tái)支架、以及車門內(nèi)板、車門防撞梁等構(gòu)件的生產(chǎn)。高強(qiáng)度鋼板熱成形技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀分析目前，歐美日等各大汽車生產(chǎn)廠商已成功地將高強(qiáng)度鋼熱成形技術(shù)應(yīng)用于如圖2中所示的汽車構(gòu)件的生產(chǎn)中，經(jīng)濟(jì)效益顯著，有效地提高了市場競爭力。目前國內(nèi)僅有幾家公司從國外引入生產(chǎn)線，用于國內(nèi)速騰、邁騰、奧迪等幾款轎車的A柱、B柱、前后保險(xiǎn)杠等幾種沖壓件的生產(chǎn)，但耗資十分巨大，國內(nèi)汽車廠家成本負(fù)擔(dān)很大。國內(nèi)眾多汽車公司正在迫切尋求用該項(xiàng)技術(shù)來制造汽車沖壓件。但是，該項(xiàng)技術(shù)和裝備被幾家國外公司所壟斷，設(shè)備價(jià)格十分昂貴。因此，熱成形零件的價(jià)格也遠(yuǎn)高于普通冷成型件的價(jià)格。導(dǎo)致國內(nèi)目前僅有很少數(shù)廠家在高檔轎車上采購這種高強(qiáng)度沖壓件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國內(nèi)汽車行業(yè)的市場需要。高強(qiáng)度鋼板熱成形制造成套技術(shù)與裝備高強(qiáng)度鋼板熱成形技術(shù)是綜合落料、加熱、防氧化、沖壓、淬火冷卻、切形和噴丸處理等為一體的綜合制造系統(tǒng)。體現(xiàn)了機(jī)械加工、電控和材料化工緊密交叉的國際前沿高新技術(shù)。自主開發(fā)的熱成形制造成套技術(shù)與裝備如圖3所示。熱成形制造核心技術(shù)——連續(xù)加熱爐技術(shù)熱成形連續(xù)加熱爐要保證板料加熱到設(shè)定的溫度充分奧氏體化，同時(shí)避免沒有防氧化涂層板料的高溫氧化脫碳，這決定了熱成形連續(xù)加熱爐與其他加熱爐相比具有獨(dú)特的核心技術(shù)。車用高強(qiáng)度鋼板大部分為薄板，要加熱到設(shè)定的溫度并保溫充分奧氏體化，這需要加熱爐內(nèi)的溫度分布在整個(gè)生產(chǎn)過程中須保證嚴(yán)格的均勻性。對于沒有氧化保護(hù)涂層的鋼板，在高溫下氧化脫碳非常嚴(yán)重，需要加熱爐采取嚴(yán)格的氣體保護(hù)措施。加熱爐部件均在高溫下(超過800°C)長期連續(xù)運(yùn)行，必須考慮部件的膨脹性能、高溫疲勞、故障率及維修性等等。熱沖壓生產(chǎn)線需要滿足設(shè)定的生產(chǎn)節(jié)拍，所以需要適合高溫工作要求的上料、下料裝置同時(shí)還需要有穩(wěn)定的自動(dòng)控制系統(tǒng)。熱成形技術(shù)發(fā)明的一個(gè)目的就是節(jié)能環(huán)保，所以這也要求加熱爐高效節(jié)由于上述原因及國外企業(yè)的技術(shù)壟斷與封鎖，國內(nèi)長期不具備開發(fā)熱成形連續(xù)加熱爐的能力，該研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年的科技攻關(guān)，目前已開發(fā)出具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效節(jié)能連續(xù)加熱爐。熱成形制造核心技術(shù)——帶冷卻系統(tǒng)的模具技術(shù)鋼板經(jīng)加熱爐加熱后，要按預(yù)期的形狀成形同時(shí)強(qiáng)化硬化須依賴于帶冷卻系統(tǒng)的模具技術(shù)，其核心技術(shù)在于：模具制造精度，鋼板加熱后雖然其延展性有所提高，但是其強(qiáng)度也隨之降低，為了防止板料出現(xiàn)拉裂、起皺等現(xiàn)象，必須合理安排模具的間隙及制造精度等。為了滿足板料馬氏體轉(zhuǎn)變及組織分布的均勻性要求，模具冷卻管路需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證板料在設(shè)定的冷卻速率下均勻冷卻成形。熱成形模具在高低溫連續(xù)變化的環(huán)境下工作，這就需要考慮模具的膨脹性及使用壽命選擇模具材料及加工工藝。對于有、無氧化保護(hù)涂層的鋼板熱成形，均需要考慮模具的加速模損，因?yàn)槟＞邥?huì)在帶有氧化層或涂層的環(huán)境下工作。同樣由于上述原因及國外企業(yè)的技術(shù)壟斷與封鎖，國內(nèi)長期不具備開發(fā)水冷模具的能力，該研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年的科技攻關(guān)，目前已經(jīng)具備開發(fā)完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的各類水冷模具的能力。熱成形制造的其他技術(shù)熱成形制造的其他技術(shù)均需要適合上述核心技術(shù)的要求對傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。例如壓機(jī)要滿足熱成形生產(chǎn)節(jié)拍及合模保壓能力；機(jī)械手除了需要保證精確動(dòng)作外還需要監(jiān)控板料溫度變化，保證板料在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)在模具上冷卻成形。本研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功開發(fā)出了如圖3所示熱成形專用壓機(jī)及高溫智能機(jī)械手等裝備。對于高溫防氧化脫碳涂層鋼板或設(shè)備的配備，需要根據(jù)熱成形零部件要求及成本進(jìn)行綜合考慮。熱成形零部件本研究團(tuán)隊(duì)已用上述熱成形制造技術(shù)及裝備成功為國內(nèi)多家汽車企業(yè)開發(fā)出尺寸精度滿足要求強(qiáng)度超過1500MPa、硬度達(dá)到46HRC以上、馬氏體均勻轉(zhuǎn)換率達(dá)到95%以上的熱成形車身承載關(guān)鍵零部件，例如：門內(nèi)加強(qiáng)梁、前擋板中央中立柱等。高強(qiáng)度鋼板熱成形CAE技術(shù)熱成形數(shù)值模擬的本構(gòu)模型及模擬應(yīng)包含溫度對力學(xué)行為的影響、板材在高應(yīng)變率下的彈塑性力學(xué)行為和高效收斂的非線性數(shù)值模擬方法；同時(shí)，成形過程是一個(gè)涵蓋幾何、物理和接觸非線性的強(qiáng)非線性力學(xué)問題。熱成形數(shù)值模擬引入了溫度—力學(xué)—相變等多場耦合因素，為數(shù)值模擬過程帶來了較大困難，多場的非線性耦合問題的有限元數(shù)值模擬需要高效、準(zhǔn)確的考慮板料上、下表面接觸的熱傳導(dǎo)溫度分布。由于上述原因，目前用于熱沖壓的商用軟件還處于研發(fā)階段，還不能夠有效地指導(dǎo)熱成形工藝設(shè)計(jì)與制造，該項(xiàng)技術(shù)基本上還處于“試錯(cuò)”階段。該研究團(tuán)隊(duì)在獨(dú)立開發(fā)出的擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、并成功打入國際汽車及模具行業(yè)主流市場的集成化冷沖壓成形性仿真CAE軟件系統(tǒng)KMAS(KingMeshAnalysisSystem)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過數(shù)年的刻苦攻關(guān)，成功地開發(fā)出了高強(qiáng)度鋼板熱成形CAE數(shù)值模擬軟件KMAS/HF；包括熱成形落料模具及坯料展開數(shù)值模擬，熱成形過程數(shù)值模擬兩大部分，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了軟件的準(zhǔn)確性及有效性。結(jié)論綜上所述，高強(qiáng)度鋼板熱成形技術(shù)有著巨大的市場前景與發(fā)展的