高強度鋼板落料成形工藝淺析

文/申顏斌，陳海斌·海馬轎車有限公司技術本部

高強度鋼板落料成形工藝淺析

文/申顏斌，陳海斌·海馬轎車有限公司技術本部

申顏斌，工程師，主要從事冷沖壓板件的成形工藝分析、模具結構設計、品質管控等工作，主持完成海馬多個車型的外覆蓋件工藝及模具全過程管控工作，曾獲得河南省張瑋式創新能手獎等多項科技獎勵。

當今汽車領域追求汽車車身輕量化已成為趨勢，它可以降低能源消耗，減少CO2等廢氣的排放，而高強度鋼板不僅能提高汽車的安全性，同時可減輕車身的重量，若應用恰當還可降低車身綜合成本。因此，高強度鋼板越來越多地應用在汽車的車身上，據了解國外汽車工業高強度鋼板的使用已超過60%。

高強度鋼板的分類

對于高強度鋼板的定義，一直沒有一個定論，根據國際鋼鐵協會組織ULSAB-AVC進行的劃分，將屈服強度為210～550MPa的鋼定義為高強度鋼（HSS），如錳碳（MnC）鋼、烘烤硬化鋼（BH）等；屈服強度為550MPa以上的鋼定義為超高強度鋼（UHSS），典型的如孿晶誘導塑性鋼（TWIP）、熱成形鋼（HF）等；而先進高強度鋼則指屈服強度在500～1500MPa之間，覆蓋于HSS和UHSS的強度范圍，如典型的雙相鋼（DP）、相變誘導塑性鋼（TRIP）、馬氏體鋼（MART），其屈服強度與延伸率有著密切關系，隨著強度提高，延伸率下降。為了同常規的鋼板區別開，將等級以相變強化為主的鋼板統稱為先進高強度鋼板，這類鋼板具有高的減重潛力、高的碰撞吸能特性，在汽車輕量化和提高安全性方面起著非常重要的作用。

高強度鋼板在海馬轎車車身領域的應用

高強度鋼板在海馬轎車車身領域，主要用在車身的A柱、B柱、下邊梁、前縱梁、后縱梁、上邊梁、前后防撞梁內板、前地板橫梁等零部件上，屈服強度一般在210～590MPa。

成形方式工藝分析

以海馬轎車AB01車型的前地板前橫梁為例，該件所用材質是B410LAc鋼板。

該產品的原沖壓工藝為：敞開式拉延→剪邊→側整形側剪邊→側剪邊側沖孔→翻邊整形沖孔。存在的問題是拉延時產品造型部位局部易破裂或產生頸縮（暗裂），側沖孔后，孔邊緣易產生毛剌，制件不易從下模上取出。由于板料的屈服強度在410～560MPa之間，延伸率為16%，若采用一般的拉延成形，則產品存在高度差問題，板料流動不均勻，塑性變形存在差異，剪邊后沖壓件出現回彈、扭曲、破裂等問題，使得產品成形穩定性差、廢品率高、材料利用率低。

圖1 AB01車型的前地板前橫梁沖壓工藝圖示

后經改進，采用的沖壓工藝為：落料（含工藝定位孔）→成形翻邊沖孔→翻邊成形→沖孔側沖孔整形，如圖1所示。其毛坯料尺寸為360mm×590mm，B410LAc鋼板的抗拉強度≥590MPa。

成形優勢體現

使用上述沖壓工藝后，該產品取得了良好的成形效果。落料成形工藝的優點是模具結構簡單、制作周期短、調試簡單，同時材料利用率比拉延高，工序少等。另外，該工藝還有利于降低生產成本，提高生產效率。而且，相比拉延成形+切邊工藝，落料成形有明顯優點：

⑴材料的利用率高。以該零件為例，采用拉延切邊工藝，其材料利用率為54.4%，材料毛坯尺寸為400mm×680mm；而采用落料成形工藝，其材料利用率可達76.3%，材料毛坯尺寸為580mm×334mm。

⑵沖壓件品質穩定。該件按傳統的拉延切邊工藝，需用四至五輪模具調試（每輪5～7天），主要檢查回彈、扭曲問題，研合壓邊面。而采用落料成形工藝后，從首次取件到型面間隙合格率達到85%，僅用了三輪模具調試（每輪3天），主要檢查翻邊回彈。目前該沖壓件的品檢合格率達到96.7%。

前地板前橫梁沖壓件產品的品質檢查成績書（僅面間隙）如下：采用拉延切邊工藝，首次取樣面間隙共計46點，不合格11點，合格率為76%；采用落料成形工藝后，取樣面間隙共計46點，不合格的有3～6點，合格率為87%～93.5%。

另外，從保證抗凹陷性方面考慮，要求暴露在外面的門板和蓋板之類車用鋼板具有較高的屈服強度，而從沖壓成形性考慮，則要求其屈服強度低。如采用目前常規的拉延成形冷沖壓工藝技術，屈服強度不得超過180MPa，以防面板之類的產品表面形狀出現偏差。對于產品形狀簡單的零部件，板料的屈服強度在340～590MPa之間的，盡可能采用落料成形工藝；對形狀復雜產品，考慮到板料的流動性存在差異，零部件易出現反彈、扭曲時，考慮采用拉延工藝，如B柱、A柱、前縱梁內外板、上邊梁加強板等。對于屈服強度為590～980MPa的板料，根據產品的造型選擇，基本上要優先考慮選擇落料成形的方式。原因是屈服強度越高，板料的延伸率越低，成形性越差。

結束語

轎車車身高強度鋼板梁類件沖壓采用落料成形工藝后，成形模只需研合壓料面即可，時間約3～5天，另外拉延成形的工序比落料成形工序多。拉延成形工藝的后工序，大多需要側剪邊、側沖孔，斜楔裝配調試時間長，模具制作成本較高。而落料成形工藝是將大量的剪邊、沖孔改為沿沖壓方向完成，縮短模具裝配調試時間，模具制做成本較低，所以工藝改進后，更符合企業節約材料提升效率的追求。