關于沖壓鍍鋅板成型技術的探究

張　偉（長城汽車股份有限公司技術中心、河北省汽車工程技術研究中心,河北保定071000）

關于沖壓鍍鋅板成型技術的探究

張偉
（長城汽車股份有限公司技術中心、河北省汽車工程技術研究中心,河北保定071000）

對鍍鋅板的沖壓成型技術的研究有著很重要的意義。國內(nèi)對鍍鋅板的研究主要集中在鍍鋅板的沖壓成型性、焊接性和涂敷性三個方面，其中熱鍍鋅板的沖壓成型性是一個最重要的方面，是衡量熱鍍鋅板是否可以加工成成品零件形狀的重要考慮因素。本文通過對沖壓鍍鋅板成型技術的原理分析，介紹了沖壓鍍鋅板成型技術的一些新發(fā)展。

鍍鋅板；沖壓成型技術；成型性

所謂鍍鋅板，就是指在鋼板的基底表面，鍍上鋅層，可以增加鋼板的耐腐蝕性、成型性。在鍍完鋅之后，鋼板表面會有一層薄膜出現(xiàn)，而這層薄膜則具有很強的耐腐蝕性，大大增加了其使用壽命。

1　沖壓鍍鋅板成型技術原理

1.1鍍鋅板成型性

鍍鋅層可以引起鍍鋅板晶體結構、成分特點和力學性能與原板的很大差異，而因為鍍鋅層本身的材料比較軟，硬度差，造成了它的耐磨性能要比原板差很多，而在沖壓過程中，鍍鋅層因為率先和模具接觸，受到了摩擦力的影響，因而更容易被破壞，所以在相同的沖壓條件下，鍍鋅層的承受摩擦力能力更弱，造成了鍍鋅層比原板更容易成型失敗。

鍍鋅板的成型性是由基體、中間層和鍍層的顯微組織所決定。因為鍍鋅板的表面鍍層和基板材料的彈性模量以及屈服極限等性能參數(shù)不一致，造成了其界面摩擦和成形性能與普通鋼板有所不同[1]，而基體和鍍層在成型過程中，產(chǎn)生不同的形變，界面受到殘余應力的影響，出現(xiàn)界面剝離或者鍍層破裂等失效形式，即成型失敗。

在沖壓過程中，鋅層首先是以粉化形式失效，并且因為微裂紋聚集會形成孔洞。因為粉化和孔洞缺陷，與過渡層的粘合力減少，從而造成承受切應力的部位進一步穿晶斷裂，使得其最終成塊從過渡層上剝離。

1.2沖壓成型失敗的情況

在沖壓成型過程中,有時候會因為板料質(zhì)量、壓力機精度、模具結構或者沖壓工藝過程等原因，使生產(chǎn)出來的沖壓件具有諸如毛刺、疊邊等缺陷，這些缺陷不僅會影響到?jīng)_壓件的表面質(zhì)量，甚至會影響到?jīng)_壓件的強度以及剛度。這些問題一般有：毛刺、開裂、起皺、回彈、精度差等。

1.3鍍鋅板成型方法

對于一個原板來說，雖然力學性能比較好，但鍍層和沖模間的滑動性比較差，就會限制到?jīng)_頭沖入時鋼板的流入量，進而出現(xiàn)裂紋等缺陷。改變鍍層的冷軋軋輥的粗糙度，可以制出兩種鋼板，即高粗糙度鋼板與低粗糙度鋼板。沖壓較低時,低粗糙度的鋼板摩擦系數(shù)小；隨著壓力的不斷增大，摩擦系數(shù)受粗糙度的影響逐漸變小，而當壓力超過6860N的時候，高粗糙度與低粗糙度兩者之間的影響差別出現(xiàn)消失的情況[2]。通過使GI鋼板擁有適當?shù)拇植诙龋约巴扛礁邼櫥冷P油的方法，能夠使GI鋼板具有良好的成型性。

2　沖壓鍍鋅板成型技術的新發(fā)展

2.1采用新型IF鋼合金化鍍鋅板材料

70年代，為滿足市場的需求，出現(xiàn)了IF鋼，即無間隙原子鋼，其沖壓成型性特別好。在沖壓成型時，IF鋼合金化鍍鋅板容易在鍍層出現(xiàn)剝落。其剝落的形式有兩種:一種為剝離，是在鍍層呈片狀的剝落；另一種為粉化，是在鍍層呈顆粒狀的剝落。另外，有時鋅層表面和沖壓模之間的摩擦系數(shù)不匹配，也會造成鋼板撕裂或者皺皮。為獲得成型性和耐腐蝕性良好的IF鋼合金化鍍鋅板，鍍層的最佳鐵含量應該為9%至10%之間，最多不能超過11%,因為過高的話，容易出現(xiàn)鍍層粉化的狀況，而過低則會因為摩擦系數(shù)增大而變得容易剝離。

2.2對鋼板進行烘烤硬化和熱處理強化

應變時效強化，可以使超低碳鋼中殘余的微量固溶碳在沖壓成型時發(fā)生位錯現(xiàn)象，隨后涂裝烘烤時，可以利用析出的Fe-C化合物將錯位固定，最終提高鋼板的強度。除此之外，可以改變鋼的微觀組織，進而提高其強度。

目前有3種高強度級別的鋼板已經(jīng)開發(fā)出來，如雙相(DP)鋼板與貝氏體鋼板。其中，雙相鋼板是屬于復合組織強化性的鋼板，在它里面含有鐵素體和馬氏體。此鋼的加工硬化指數(shù)高，并且成型性極好。超低碳鋼中的錳含量為0.8%～1.6%時，經(jīng)過熱處理以及快速冷卻，能夠獲得約80%的馬氏體組織，它的抗拉強度能夠達到690～1030MPa。另外，還有相變誘發(fā)超塑性鋼等高強度鋼板。

2.3火爐設備的優(yōu)化

為了提高爐子的加熱強度，采用的是立式高溫退火爐，能夠提高鋼帶的線速度和改善退火質(zhì)量。此種立式高溫退火爐有四個部分組成：加熱段、均熱段、冷卻段以及保溫段[3]。用氫含量5%的保護氣體進行還原，用煤氣加熱的輻射管把鋼帶從室溫加熱到退火溫度。冷卻室內(nèi)，對稱排列的氣體入口管道以及出口管道，通過掃描高溫計對鋼帶寬度方向上的氣體分布進行監(jiān)控，從而確保鋼帶的溫度均勻和操作的穩(wěn)定性。

此外，均熱段頂部可以安裝隔熱板，以防止爐輥的溫度過高。為避免變換生產(chǎn)線的操作條件時鋼帶發(fā)生翹曲和折皺等狀況，爐內(nèi)設置全新的張力控制模式。

2.4鍍鍋的改進

鍍鋅板的成型率及生產(chǎn)效率，很大程度上由沉沒輥的表面質(zhì)量與耐磨性決定。80年代之前，沉沒輥都是用SUS316鋼進行制造，它的耐磨性極差。最近在沉沒輥表面噴涂WC-Co合金鍍層，使的它的壽命達到延長。因為噴涂層有小孔隙，容易產(chǎn)生顆粒間的邊界腐蝕，所以一種封孔劑開發(fā)出來，使沉沒輥的使用壽命大大提高。

2.5采用新型氣刀擦試鋅層

氣刀，設計采用的結構是與鍍鍋的距離、與鋼帶的距離及角度都能夠調(diào)節(jié)的整體框架式結構，這種結構容易定位和自動跟蹤鋼帶。而新型氣刀的刀唇之間的間隙能夠自動控制，從而使鍍鋅層更加均勻，增加了鍍鋅板的成型率，避免了邊部鍍層出現(xiàn)過厚的現(xiàn)象。

3結論

沖壓成型時，因為鍍鋅層可能會過早地破裂和剝落，為了保持沖壓件的外觀，不影響到后續(xù)的加工和使用，鍍鋅板的成型極限必然應該小于原板。沖壓時的裂紋容易在凸模圓角和拉延壁部的相切處產(chǎn)生，那里是板材最危險的部位，也是鍍鋅層最容易很早失效的部位[4]。通過模具圓角半徑的改變以及合理潤滑等方式，可以減小鍍鋅板板的危險應力狀態(tài)，并減少和避免鋅層的失效。

[1]宋加.熱鍍鋅板生產(chǎn)技術發(fā)展及相關問題探討[J].軋鋼,2009(02):39-43.

[2]張召恩,劉利,李學濤,劉光明.熱鍍鋅板表面控制技術[J].表面技術,2009(05):90-92.

[3]張笑笑,王雷剛,黃瑤.鍍鋅板沖壓成形性的模擬與實驗研究[J].鍛壓技術,2011(06):19-23.