汽车车身热冲压成型技术的应用分析

姜志强

摘要：本文以公司自身的发展和当前技术能力为背景，在结合自身工作经验的基础上，对汽车车身热冲压成型技术展开了一定的分析，探讨了该技术在汽车车身中的应用与工艺分析，同时对汽车车身热冲压成型制件质量影响因素展开了讨论。通过该文的分析，提升了自身的工作分析能力，同时也能够为同行新入门的技术工作者提供一定的参考。

关键词：汽车车身；热冲压成型；制造工艺

随着经济的快速发展，我国汽车的保有量已达数亿辆。随着新能源的技术以及节能减排的要求和发展，汽车的轻量化、先进的制造技术应用是汽车整个设计与制造过程的必然应用，同时铝合金以及镁合金等材料的应用，钢-铝混合车身的开发，以及高强度钢板的应用成为了目前汽车设计和制造的重要发展方向，特别是应用在汽车车身上。结合我公司情况来看，我公司从2008年开始市场调研和了解这一技术领域，截止现在已经发展成具备专业化的热成型配套单位。目前热成型配套单位和客户众多，包括目前客户有北美通用、上海通用、一汽大众、VOVOL、上海汽车等。

一、热冲压成型技术及在汽车车身中应用简述

传统的冷冲压工艺在高强板冲压成型过程中容易产生较为严重的制件破裂、回弹、起皱、以及模具拉毛等问题，无法满足产品质量要求。而热冲压成型技术的应用，则有效解决了高强钢板甚至超高强度钢板常温下成型难度大的问题。从汽车车身用材发展过程中能够看到，随着高强钢冲压成型技术的快速发展，热成型高强度钢材在汽车车身材料中的占比呈上升趋势，应用车型广泛，从经典传统红旗车身到高端车型如沃尔沃、奥迪高级轿车均有使用热冲压成型技术，且占整个汽车零件的比重越来越高，其中2015年上市的沃尔沃XC90车型热成型零件的使用已经达到40%，这一比例还在继续增加。

热冲压成型技术在汽车车身中应用方面，我国由于汽车工业发展较晚，整个技术的应用和发展相对欧美国家的起步要晚，技术水平也相对要落后于国外的先进汽车制造企业。当前，国内各汽车主机厂、热成型件供应商以及国内钢厂都在积极地展开热冲压成型技术的应用和研究，根据国内的调查和统计情况来，如宝钢集团热冲压成型的产品种类就已较多且技术较为成熟，其主要产品如柱支撑加强板、前保险杠、前纵梁以及门铰链和座椅安全带加强板等正被逐步开发应用、服务于国内各大汽车制造商。近年来，钢板技术发展较快，未来的热成型技术将向激光拼焊板、不等厚板以及补丁板等细分领域逐步发展，热成型技术的应用也将从普通钢板热冲压成型向复杂零件和先进热成型工艺技术发展。

二、热冲压成型工艺分析

2.1 热冲压成型技术工艺原理

热冲压成型技术区别于传统的冷冲压成型技术，它除了使板料发生塑性变形之外，还使板料的基体组织发生马氏体组织相变，从而获得超高强度的热冲压成型制件，它是一种综合了冲压成型、传热以及组织相变的工艺方法。以硼合金钢板为例，参考文献部分现有研究文献及个人工作经验，热冲压成型技术的工作原理可以简单描述为：将常温下的硼合金钢板加热至900 ℃以上至奥氏体化状态，并且保温一段时间，使之均匀奥氏体化，然后快速转移到内部有冷却系统的热成型模具中快速冲压成型，在一定保压压力下，制件在模具中以50～100 ℃/s的冷却速率进行淬火处理，保压淬火一段时间，使奥氏体组织转变为均匀的马氏体组织，以获得强度1500 MPa以上的超高强度制件。

2.2 热冲压成型技术在汽车车身制造中的实施过程

在汽车车身的热冲压成型制造过程中，热冲压成型技术实际实施过程可分为直接热冲压成型以及间接热冲压成型两种。直接热冲压成型是板料在保护气氛加热炉内加热至一定温度并保温一定时间，随后快速转移至热冲压模具中冲压成型，随后保压并快速冷却，将板料以一定的冷却速度淬火，冷至约200 ℃以下时取出，留有一定的自回火温度，用于消除自身的残余应力，直接热冲压成型适用于成型简单变形程度小的零件。而间接热冲压成型是对于一些成型较难、拉深变形深度较大的零件在热冲压成型之前运用传统的冷成型工艺对板料进行加工和切割，使之进行预成型，然后再施加热冲压成型工艺，进行硬化和定型处理。

三、汽车车身热冲压成型制件质量影响因素分析

对汽车车身进行热冲压成型其材料的变化是一个复杂的物理变形过程，同时还有金属材料组织相变。对汽车车身进行热冲压成型的成型需要控制好每一个环节的工艺要求，它的质量影响涉及热冲压成型技术设备匹配，模具材料要与被加工车身的材料匹配等多方面，分析如下。

3.1 汽车车身板料材质与冲压模具材质匹配

汽车车身板料材质的选用和模具的设计匹配是热冲压成型技术的关键影响因素。热冲压成型钢材一般选用硼钢，这是由于当板料中加入微量的硼元素能够有效提高钢的淬透性和淬硬性。抗拉强度500 MPa 以上的硼钢，经过热冲压成型技术，组织转变为马氏体组织后，其抗拉强度可以达到1400～1600 MPa。这种高强度钢板应用在汽车车身上，可以有效替代普通钢板，有力于车身的轻量化设计和制造。热冲压成型模具材质由于经常要和高温的板料发生摩擦，经常要承受板料淬火时的温度急剧变化的冷热交替环境，因此，应该选用耐高温、热塑变形抗力高、耐磨损的热作模具钢材质，同时热胀冷缩对尺寸精度的影响要尽可能小。

3.2 汽车车身连续热冲压成型设备匹配

汽车车身连续热冲压成型过程中需要的设备多且复杂，对人员操作、各流程、各环节的匹配要求高，通常情况下，汽车车身连续热冲压成型设备有上料台、料片拾取机构、热冲压冲床等在内的基础设备以及一些控制设备，确保整个冲压成型的连续、稳定进行。其控制系统需确保各流程、各环节的准确匹配，以确保汽车车身的加工质量。

3.3 汽车车身的热冲压成型工艺与过程控制

汽车车身热冲压成型工艺设计是热冲压成型产品开发中的重要一环，需要预先对工艺进行充分设计、分析计算和验证，以确保工艺的正确性及过程控制的合理性。随着包括CAE分析在内的现代设计技术的发展和应用，汽车车身的热冲压成型工艺与过程控制得到了很大的进步。我公司有多项产品和多项技术在这方面取得突破性进展。

四、结语

汽车车身热冲压成型是汽车白车身上的重要技术和工艺手段，具有多方面的优越性。但这一技术的应用需要多方面、多角度的匹配，从工艺设计、工艺规范、过程控制到模具设计、质量控制等各个方面都需要进行充分保证和匹配，确保整个工艺过程的合理、正确。

参考文献：

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作者简介：

姜志强（1991.03—），男，汉族，山东烟台人，助理政工师，学士学位，主要从事热成型模具技术研发及管理工作。