汽车用高强度钢热成型技术

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汽车用高强度钢热成型技术

王亚东

东风柳州汽车有限公司 广西柳州市 545000

摘 要： 随着时代的发展、科技的进步和人们生活质量的提高，人们对于汽车的需求日益增长，同时对于汽车整体的舒适性、安全性等多方面提出了更高的要求，而汽车用高强度钢热成型技术可以很好的满足人们的需求，顺应时代的发展要求。该技术可以在满足汽车舒适、安全等多方面性能的前提下对汽车进行轻量化处理，从而达到节能减排功效，同时也促进了整体汽车行业的创新和发展。
关键词：汽车；高强度钢；热成型技术
1 关于汽车用高强度钢
对于目前汽车行业的创新和发展，一方面要顺应当前国家提倡的节能减排要求，使汽车轻量化，另一方面要努力提高汽车整体的舒适、安全、动力等性能，这是汽车行业整体发展创新的方向，而高强度钢热成型技术在汽车领域的应用有效的解决了这一问题，更好的满足了市场和消费者的需求。
在汽车行业发展的进程中，满足性能的前提下质量轻化的方法具体有：一是选择密度较低的汽车制造材料，像铝合金等多种材料可以有效的替代原先的钢材料；二是使用高强度钢热成型技术，在满足强度要求的情况下减少加强板等零件的数量；三是通过先进的汽车加工技术减少材料使用[1]。而其中整体效果最佳的便是高强度钢热成型用技术。
2 关于高强度钢热成型技术
2.1 原理
高强度钢热成型技术的原理是将高强度钢在加热过程中实现相变，使珠光体和铁素体均匀奥氏体化，然后在模具内冲压成型，同时利用模具内的冷却水道，将冲压成型的零件快速均匀的冷却，从而将奥氏体转化为马氏体。进而使汽车用高强度钢获得更高的屈服强度和抗拉强度，有效的提升车身的整体性能，获得更高的安全性。
2.2 特点
对于汽车用高强度钢热成型技术，由于其相对于一般的冷冲压零件具有更高的强度，可以减少车身加强板的使用，在汽车制造过程中带来更高安全性的同时也实现了整车质量的轻量化。在高强度钢热成型技术中，热成型工艺使得使材料具有更好的延展性，更利于成型，同时可以使材料在极高温度冲压成型后回弹量较小，从而提高了汽车制造中零件的尺寸精度。
但对于热成型技术来说，目前还有一些缺点有待进一步的改进和提升，当前在汽车制造中使用的高强度钢热成型零件，对于改进汽车性能的总体性价比较高，但相较于同尺寸的冷冲压零件，热成型零件自身的成本是没有优势的，这主要是由于热成型工艺的特点决定的，热成型技术对于材料的温度控制，模具的冷却系统，零件的后处理工艺，都有着严格的要求，因此热成型技术在工艺性及自身成本方面还有巨大的发展进步空间。
2.3 应用成果
在整个汽车用高强度钢热成型技术行业中，我国的高强度钢热成型技术近年来不断的发展和创新，并广泛应用在汽车制造业中。从最初的探索研究开始，从合资汽车品牌到自主汽车品牌，汽车用热成型零件的使用范围越来越广，覆盖率越来越高，在极短的时间内得到极大的提升和发展。
随着时间的推移，科技的进步推动着汽车行业的不断发展，同时高强度钢热成型技术也伴随着汽车行业的高速发展而迅速普及。如车门防撞梁，前围下横梁，A/B柱，中央通道，门槛外板等，这些热成型零件越来越多的应用于与车身安全相关的关键位置。图1是某国产车前围下横梁热成型零件。
3 汽车用高强度钢热成型技术浅析和发展展望
3.1 汽车用高强度钢热成型关键技术
3.1.1 钢材需求
材料的选择对于汽车用高强度钢热成型技术是十分关键的，这会直接影响到后期高强度钢的效果以及整车的性能。在当前汽车领域高强度钢热成型技术中，大部分热成型零件所使用的材料都是硼钢，这种材料具有良好的冲压模具成形性，从而有效的保证了热成型零件的尺寸精度。其中硼钢的强度是传统汽车制造中钢材的3到4倍，极大的减少了所使用材料的厚度以及质量，从而更好的减轻汽车的总体质量，使制造出的汽车达到了良好的节能减排效果，提高了汽车在行驶过程中的安全性能，目前已在汽车制造行业中被广泛使用[3]。

图1 某国产车前围下横梁热成型零件

3.1.2 表面镀层技术
表面镀层技术是汽车用热成型零件的重要组成部分。在热成型零件的整个生产工艺中，由于材料在高温的空气中极为容易发生氧化反应，从而使钢材的表面生成氧化皮，影响了零件在后面焊装工艺的焊接性能以及涂装工艺的油漆附着力。而为了不影响零件后期的工艺性能以及强度，所以要对热成型零件进行加工处理以去掉材料表面的的氧化皮，传统的抛丸处理或者酸洗处理方法在很大程度上增加了热成型零件的成本。
由于人们对于汽车车身零件的抗腐蚀能力越来越重视，使得汽车零部件的表面镀层技术有了良好的创新和发展，热成型材料所使用的镀层也被开发出来。与传统的表面镀层技术不同，热成型材料所使用的镀层本身具备极高的耐高温性以及抗腐蚀性等特点，从而很好的解决了钢板材料易腐蚀的特点以及裸板暴露在空气中产生氧化皮影响工艺性能的问题。
3.1.3 模具设计
在汽车用热成型零件生产工艺过程中，不论是板料还是模具都要经过由常温到高温的急剧温度变化，这就要求板料和模具能够快速、均匀的散热，因此必须要科学的设计模具。所以在模具设计之初，就要对热成型零件整个生产工艺过程进行温度变化CAE分析，根据CAE分析的结果来指导模具设计，合理的选择模具材质，布置模具冷却水道。模具合理均匀的散热，不仅有利于零件的成型，同时对于模具镶块自身寿命也有重大意义。图2是某国产车前围下横梁热成型零件模具。

图2 某国产车前围下横梁热成型零件模具

3.1.4 缺点
热成型技术的快速发展，也暴露出自身的一些问题。只有解决这些问题，更好的节约成本，满足汽车行业的需求，才能促进汽车制造业的发展。热成型零件目前的难点在于如何精确的控制零件成型的冷却速度，不同的冷却速度会导致材料回弹不同，影响热成型零件的尺寸精度。为了更精确的控制热成型零件的冷却速度，获取更高的零件强度和尺寸精度，这对零件的生产工艺提出了更高的要求，因此增加了生产成本和制造难度，这将是未来热成型技术的发展必须要攻克的一道难关。
3.2 汽车用高强度钢热成型应用发展展望
目前我国对于汽车用高强度钢热成型技术的掌握取得了一定的成果，国内相关科研人员经过不断的实验研究，已经开发出了成熟的硼钢材料热冲压成型工艺流程，该工艺流程已经得以量产验证，有效的优化和发展了汽车用高强度钢热成型技术。近些年来，国外对于汽车用高强度钢热成型技术的重视程度不断增加，世界范围内开展了一系列以硼钢材料为基础的高强度钢的开发创新研究，并取得了良好的效果。
4 结语
科技的不断发展和进步，人们消费理念的不断升级，人们对于汽车安全性的关注，对于节能减排的重视，这些对汽车行业提出了新的需求，而汽车用高强度钢热成型技术以其自身的优势，很好的满足了这些需求。未来更多的科研人员以及资金的投入，必将使热成型技术产业不断的发展和壮大，热成型技术将会获得越来越多的应用场景，这将对于整个汽车制造行业的发展产生重要的影响。
参考文献：
[1]高云凯，高大威，余海燕，等.汽车用高强度钢热成型技术[J].汽车技术，2010（8）：56-60.
[2]王欣.高强度钢板充液热成形数值模拟研究[D].哈尔滨理工大学，2016.

[3]王蒲.热成形配分工艺对汽车用高强度钢组织和性能的影响[D].三峡大学，2016.