热冲压和液压成形技术应用及发展趋势_行业资讯_资讯

目前汽车的轻量化主要通过应用轻质新材料、优化汽车的结构设计、采用先进的成形工艺几种途径实现。轻质新材料技术包括超高强度钢薄板、铝镁合金及复合材料、碳纤维、陶瓷、塑料聚合物等；目前，自主品牌车身高强钢用量已经达到了 50%以上，铝合金及镁合金等轻质合金材料也越来越多地被应用。

采用先进成形工艺是实现轻量化的必要手段之一。当前被汽车厂采用的先进成形技术包括热冲压、液压成形、激光平焊、辊压成形、高压铸铝、气胀成形等，热冲压技术被各大主机厂大量使用，主要应用在车身上面，而液压成形技术和铸铝技术主要被应用在底盘结构零件成形方面。

在当前的技术支持下，可以被汽车企业接受并大规模使用的汽车轻量化途径是两种或多种组合技术，如不等厚钢和热冲压成形组合、液压成形与平台化结构技术相结合、高强度钢与辊压技术结合等。宝钢作为国内汽车板用钢开发的龙头企业，一直致力于汽车轻量化材料与先进成形技术的研究，不断为汽车用户提供优质的轻量化服务，超高强钢实现了稳定大批量的制造和销售，

2000 年初期，宝钢为了解决用户热冲压用钢和液压成形用钢的技术问题，投入了热冲压和液压成形设备，十几年来，在热冲压和液压成形技术在轻量化实现过程中，积累了大量的经验。

1 宝钢热冲压技术

1.1 热冲压技术原理超高强钢热冲压技术原理是将含硼钢板料加热至奥氏体状态，然后将加热的钢板移动至具有冷却水道的模具内，进行冲压并淬火处理，以设定的冷却速率进行冷却，使钢板从奥氏体组织转变为均匀的马氏体组织，获得强度高达 1500 MPa 以上的零部件。工艺流程见图 1，根据零件的数模和工艺设计，首先将钢卷开平落料，然后采用机器手将料片放入具有保护气体的封闭加热炉中加热，机器手将加热后的料片送入压机的模具内，合模冲压，冷却保压一段时间，使零件尺寸趋于稳定，开模，将零件取出再进行切割等其他辅助工序。热冲压工艺的优点是成形力小，可成形型面复杂的零件，强度高，无回弹，尺寸精度好。

1.2 热冲压技术在宝钢轻量化服务中的应用情况宝钢为用户开发并批量提供热冲压用硼钢BR1500HS 和 B1500HS，其中，BR1500HS 为热轧硼钢，热轧厚度为 2.0~5.0 mm，B1500HS 为冷轧硼钢，冷轧厚度为 0.7~2.0 mm，两种钢均含有质量分数为

0.2%~0.25%的 C，不大于 0.5%的 Si，1.0%~1.5%的 Mn，不大于 0.025%的 P，不大于 0.01%的 S，0.01%~0.06%的 Al，不大于 0.005%的 B，不大于 0.008%的 N，不大于 0.35%的 Cr，0.02%~0.05%的 Ti，不大于 0.35%的Mo。两种钢原板的屈服强度为 359 MPa，抗拉强度为533 MPa，伸长率为 25%，淬火后的屈服强度为 1067MPa，抗拉强度为 1515 MPa，伸长率为 7%。采用体积分数为 4%的硝酸酒精溶液进行腐蚀后，硼钢淬火前和淬火后的微观组织见图 2，可以看出，淬火前组织为铁素体和珠光体，淬火后的组织为马氏体组织。宝钢开发的热冲压硼钢 CCT 曲线见图 3。

车身 A 柱、B 柱、H 柱、门槛、防撞梁、保险杠、中通道、纵梁、补丁板热冲压零件、变厚度热冲压零件、变强度热冲压等车身热冲压零部件，见图 4。热冲压技术作为轻量化的重要途径之一，推广热冲压技术需要主机厂的设计人员了解并掌握热冲压技术，作为材料开发者，与用户共同设计热冲压零件，将原有的冷冲压改型为热冲压零件，或者直接协同用户设计热冲压零件，在材料和零件的仿真分析、可制造性分析方面提供协同。宝钢为某用户提供的改型设计案例见图 5，原设计为 4 件冷冲压的 B柱，改型为一件热冲压 B 柱，变形量由冷冲压的 88.57mm 减少至 36.99 mm，强度也提升至 1500 MPa。

2 宝钢液压成形技术

2.1 液压成形技术原理管件液压成形技术的基本原理见图 6，其过程如下：① 将预处理后的管件放置于液压成形模具型腔内，定位（见图 1a）；② 上模在压机作用下带有一定的合模力闭合（见图 1b）；③ 管端密封，向管件内注入液体排出空气（见图 1c）；④ 经补料密封头的内孔向管件内注入高压液体（见图 1d）；⑤ 在管件两端施加轴向补料力，将管件端部材料推入模具型腔，补充膨胀所需材料，避免管件壁厚因膨胀而减薄，管件外壁与模具型腔贴合后，保压一段时间，使管件圆角较小的局部区域充分贴合模具（见图 1e）；⑥ 打开模具，退出密封头，排出乳化液，取出成形好的零件（见图 1f）。管件液压成形工艺与传统的冷冲压焊接对比，具有以下优点[37]：① 减重，不影响结构完整性；② 降低零件个数，减少模具数量和费用；③ 减少工艺步骤；④ 提高结构刚度、强度和抗疲劳强度；⑤ 材料利用率高。

2.2 液压成形技术在宝钢轻量化服务中的应用情况宝钢采用 SAPH 系列、QSTE 系列、DP系列、QP 系列、硼钢系列等钢种为上汽、大众、福特、长安等汽车用户，开发了质量稳定的液压成形零部件，包括前副车架、后悬架、悬架臂、扭力梁、车身 A 柱、车身 B 柱、车身 D 柱、吸能盒等典型液压成形零部件，见图 7，

材料的液压成形车身骨架结构，开启了液压成形技术与超高强钢结合的汽车轻量化之路，宝钢实现了变截面硼钢扭力梁的开发，强度高达 1500 MPa。宝钢具备液压成形零件协同设计开发能力，为推动汽车厂使用液压成形技术开展了一系列液压成形零件设计开发工作，见图 8，通过对冷冲压焊接的副车架进行协同改型设计，副车架总成减重 28%，大大降低了使用成本，提升了零件的服役性能。

3 热冲压和液压成形技术在宝钢汽车轻量化服务中的发展趋势

与过去相比，成形中的起皱、回弹、模具损伤、开裂、翘曲等成形问题和困难大量出现，因此，进一步完善超高强钢与先进成形组合技术是汽车轻量化下一阶段的主要发展趋势，包括以下几个方面。

1) 研究先进高强钢的热冲压和液压成形防止回弹技术。材料特性决定了强度越高，成形后零件的回弹越大，因此防止这种成形缺陷的技术难度越大。

2) 超高强钢的热冲压和液压成形的工装设计技术。在冲压过程中要使升温、保温与降温过程模具内温度尽量均匀，防止由于温度不均而产生的热应力过高引起模具破坏，液压成形过程中模具镶块可调整机构设计，可以有效控制回弹。

3) 研究先进高强钢热冲压和液压成形计算机模拟技术。需要解决的关键问题是建立超高强钢热冲压和液压成形的关键参数建模技术、回弹模拟技术等。

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