熱沖壓成形零件質量控制因素分析

張西強/陜西東風車橋傳動系統股份有限公司

熱沖壓成形零件質量控制因素分析

張西強/陜西東風車橋傳動系統股份有限公司

針對當前熱沖壓成型零部件的質量控制進行詳細分析，提出了相應的熱沖壓在成形零部件制作中的應用策略和工藝流程，同時對熱沖壓成形過程中，零部件的質量控制以及影響因素進行詳細分析，希望為廣大業內人士提供一定的理論依據。

熱沖壓技術；成形零部件；質量控制

基于熱沖壓零件的質量控制形式的特殊性，在實踐過程中必須對其引起重視，掌握熱沖壓零件的形狀及尺寸精度高。熱沖壓的形成過程比較復雜，需要根據實際情況，選擇有效的處理方式，適應質量控制的要求。

1.熱沖壓成形工藝流程及應用

超高強度鋼板的熱沖壓成形是將可淬火硼鋼板經一次成形并淬火處理，完成最終外形。在整個生產過程中，在該技術方法的影響下，超高強度鋼板成型過程得到簡化，并且部件組織強度水平更高[1]。在生產過程中，超高強度鋼板的熱沖壓形成過程為：落料加熱至奧氏體狀態→放入模具沖壓成型→保持模具外形穩定→處理鋼板氧化皮→沖孔、涂油等常規處理。

在生產過程中會發現，板料在加熱至奧氏體化溫度后，所采取的保溫措施有效保證了原材料組織的穩定性，避免出現了組織成分不均勻現象；在將板料工件放入冷沖壓模具后對其進行降溫，該過程中的成型溫度明顯高于馬氏體轉變溫度，只有這樣，才能保證原件成型后具有良好的塑性。而在沖壓階段結果后，需要對原材料進行必要的淬火處理，使零件不僅具有良好的精度性，還具有高強度特征。當前，可生產熱沖壓用鋼板的企業較少，主要集中在西方國家，我國寶鋼公司也是具有生產資質的企業之一。而在技術應用中，該鋼板早已被應用在汽車生產中，整體結構如圖1所示，汽車結構中的防撞桿、保險杠等部件都是由該鋼板構成。

圖1 可應用熱沖壓技術的部件

2.熱沖壓成形零件質量影響因素

由于模具結構本身存在一定的差異性，其影響因素比較多，包括設備性能、模具結構及制作精度等，在實踐過程中必須對材料成分、沖壓結構等有一定的了解，合理選擇相關的模具。最后要特別注意與傳熱及熱處理相關的模具和熱沖壓工藝參數兩個方面的因素。

2.1 模具設計

由于比較高強度的鋼板在沖壓過程中要經過奧氏體化溫度以上再降到室溫這一復雜的溫度變化。模具在對板料的形成結構有一定的要求，材料的選擇、結構設計形式等都需要符合具體控制標準，適應構件性能的整體性需求。

2.1.1 模具的選擇

由于結構材料和設計形式對工具的選擇而有一定的影響，需要根據模具形式的要求，滿足結構鋼性和表面硬度的要求，合理選擇材料。此外要求成形模具具有足夠的結構剛性、表面硬度與疲勞壽命,模具材料選擇不當將導致模具開裂等問題,影響沖壓質量。同時對模具的應用強度有一定的要求，需要在穩定的工作狀態下，結合冷熱交替條件的要求，降低溫度，抵抗高溫板料對模具產生的強力熱摩擦以及脫落的氧化層碎片及顆粒在高溫下對模具表面的磨粒磨損效應。如果達不到理想的控制需求，則會出現嚴重的質量波動情況，增加管理難度。工作人員需要了解加熱溫度的要求，根據實際情況，選擇模具材料。

2.1.2 模具冷卻系統的設計

根據熱沖壓模具形式的要求，在后續干預過程中必須滿足零件控制結構的要求，根據模具整體形勢的要求，確定溫度。如果不及時對模具進行降溫處理，則無法達到理想的組織性能，進而出現零件功能不足的情況，因此在實踐過程中需要滿足生產的要求，根據設計系統的要求，滿足熱沖壓模具設置的發展趨勢，適應系統設計。冷卻控制系統的對零件的冷卻速度有一定的要求，如果棚內溫度不斷升高，則必然會影響臨界冷卻溫度[2]。因此在實踐過程中，使奧氏體組織盡可能多地轉化成馬氏體組織,以保證零件的強度性能。同時通過有效的冷卻系統，能降低模具的溫度，保證模具表面溫度符合基礎控制形式的要求，進而提升沖壓質量。

2.2 熱沖壓工藝參數

在對鋼板進行熱沖壓時，鋼板加熱過程中板料溫度會隨著時間的不斷推移而產生變化，具體情況如下圖2所示，板料通過合適的加熱速率加熱到奧氏體溫度狀態。在奧氏體溫度狀態下可以保持一段時間正常溫度，之后在模具中成型、在模具中降溫，當成行結束之后在模具中通過保壓猝火的方式進行處理。這一過程中奧氏體的溫度變化以及保溫時間、成型時間等都會對零件的最終質量產生巨大的影響。

2.2.1 奧氏體溫度

在熱沖壓的全過程中，都是要先對板料進行加熱的，將板料加熱到奧氏體狀態下某溫度后再放入到模具中成型，所以奧氏體溫度狀態下溫度高低會對最終模具成型溫度產生巨大的影響[3]。通常情況下，可以將金屬熱變形理論當成最為基礎的理論來使用，如果成型溫度過高，則金屬原子動能也會隨之增加，這種情況下很容易出現再結晶問題。如果在實際工作中產生再結晶，可以降低材料硬化幾率與金屬抗形變能力，全面提升金屬材料的塑性。該變化過程也可以減少成型所需壓力。如果奧氏體狀態溫度比較低，則后續形成材料均處在成型和低溫共同存在的狀態，導致材料產生相變，不能滿足性能需求。

圖2 熱沖壓過程板料溫度變化示意圖

2.2.2 保溫時間

通過各種保溫處理的方式來保證材料始終具有較為均勻的組織性能，才能保證最終零件的質量。一旦因為各種內部因素和外部因素的影響導致材料保溫時間不達標，很容易使材料內部晶體大小不一，影響后期成型。這種模式下即便是猝火，馬氏體組織也很難均勻，并且會對熱沖壓均勻性產生影響，導致零件質量不達標。

2.2.3 冷卻速度。

在冷卻工序中，工作人員要掌握熱沖壓的作用原理，然后明確淬火的目的，讓鋼板在形狀改變的過程中，可以在較短的時間內冷卻。這個工序能夠獲取高強度的鋼構件。但是如果沒有嚴格按照模具規范，或是介質的不同，都可能降低該反應發生的效率[4]。淬火介質的錯誤選擇，會導致鋼構件的強度較差，在冷卻中得不到較好的處理。所以，針對板料熱沖壓成形的整體過程，要認真分析不同流程達到的效果，重點提升零件的性能和質量。

2.2.4 保壓時間。

在熱沖壓零件質量的分析中，其優勢是成形的零件形狀比較好，并具有較高的精準度。在成形結束后，決定其質量的主要因素是保壓淬火工藝。工作人員在工作中，要掌握作業先的節拍，然后重視最后的質量，并分析這些過程的對應關系。如果保壓時間長，那么零件的形狀和精準度較高，沖壓作業節拍時間較長，整個過程的成本較高。反之，零配件的質量和精準度較差，沖壓時間較短，節約成本。在實際應用中，要根據不同的需求，合理選取保壓時間，充分體現其在零件質量控制中的重要性。

3.結束語

在長期的生產實踐過程中，對各種零部件的熱沖壓成形以及質量進行有效控制，可以很大的提高產品質量。針對熱沖壓成形工藝流程及應用方式進行詳細分析，同時提出了熱沖壓成形技術影響零件質量的幾點因素，對熱沖壓成形零件質量控制具有一定意義。

[1]王玉文,張大偉,朱成成.機油濾清器法蘭沖壓成形過程有限元建模及模擬[J]. 鍛壓裝備與制造技術,2015,03:81-84.

[2]張立強,劉婷,鄭文慧,胡豪,仲志剛.基于Dynaform的22MnB5高強度鋼熱沖壓仿真[J]. 鍛壓技術,2015,08:34-40.

[3]桂中祥,張宜生,王子健. 基于熱-力-相變耦合的輕量化B柱熱沖壓成形全過程仿真[J].鍛壓技術,2012,06:193-198.

[4]蔡玉俊,王玉廣,李國和,孫奇涵.超高強度鋼板熱沖壓成形CAE技術的研究現狀與發展趨勢[J].鍛壓技術,2011,04:7-11.