高強(qiáng)度鋼的冷沖壓成型

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1、高強(qiáng)度鋼的冷沖壓成型高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼在車輛車身上的應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了車輛的輕量化，而且顯著提高了車輛碰撞強(qiáng)度和安全性能，因此成為車用鋼材的重要發(fā)展方向。隨著板料強(qiáng)度的提高，傳統(tǒng)的冷沖壓工藝在成型過程中容易產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，無法滿足高強(qiáng)度鋼板的加工工藝要求。在無法滿足成型條件的情況下，目前國(guó)際上逐漸研究超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)。該技術(shù)是綜合了成形、傳熱以及組織相變的一種新工藝，主要是利用高溫奧氏體狀態(tài)下，板料的塑性增加，屈服強(qiáng)度降低的特點(diǎn)，通過模具進(jìn)行成形的工藝。但是熱成型需要對(duì)工藝條件、金屬相變、CAE分析技術(shù)進(jìn)行深入研究，目前該技術(shù)被國(guó)外廠商壟斷，國(guó)內(nèi)發(fā)

2、展緩慢。下面就高強(qiáng)鋼在冷沖壓成型方面進(jìn)行探討和分析。高強(qiáng)鋼沖壓過程中出現(xiàn)的問題高強(qiáng)鋼的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，有些車型的車身框架高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用已達(dá)90%（如圖1）圖1根據(jù)美國(guó)鋼鐵學(xué)院能量部的研究，即使高強(qiáng)度鋼降低部分?jǐn)?shù)值其拉伸還是要比傳統(tǒng)的冷板困難得多。高強(qiáng)鋼的延展率只有普通鋼材的一半(如圖2)圖2高強(qiáng)鋼屈服強(qiáng)度普通高強(qiáng)鋼HSS210MPa比低碳鋼含更多的碳和錳。30KSI280–550MPa細(xì)晶鐵素體與碳和/或者氮析出物，含鈦，釩，沖壓時(shí)，板材屈服強(qiáng)度-YS，高強(qiáng)度低合金鋼HSLA40-79KSI僅增加–伊蘇只增加20MPa(3KSI)。熱處理硬化鋼180-28

3、0MPa在沖壓加工成形過程中被硬化或者經(jīng)過烤漆箱170F（20-30分鐘），屈服26-40KSI強(qiáng)度提高70MPa(10KSI).雙相鋼350-600MPa軟鐵素與島狀馬氏體。烘烤硬化–加工時(shí)，屈服強(qiáng)度可以增加140MPa50-86KSI(20KSI)相變誘發(fā)塑性鋼400-800MPa鐵素體和馬氏體—同樣有貝氏體和殘余57-114KSITRIP奧氏體。合金使點(diǎn)焊更具挑戰(zhàn)性。拉伸翻邊高強(qiáng)度鋼About590MPa應(yīng)用時(shí)需要較高的剪切邊緣延伸度。鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體。84KSI復(fù)相鋼350–600MPa有精細(xì)顯微結(jié)構(gòu)的鐵素體，較高比例的馬氏體和貝氏體。

4、50-86KSI2012‐6‐30馬氏體=900‐1,500MPa(130–220KSI).圖3當(dāng)材料被沖壓成形時(shí)，會(huì)變硬。不同的鋼材，變硬的程度不同，一般高強(qiáng)度低合金鋼只略有3KSI增加，不到10％。注意：雙相鋼的屈服強(qiáng)度有20KSI增加，增加了40％多！金屬在成形過程中，會(huì)變得完全不同–完全不像沖壓加工開始之前。這些鋼材在受力后，屈服強(qiáng)度增加很多。材料較高的屈服應(yīng)力加上加工硬化，等于流動(dòng)應(yīng)力的大大增加?！@會(huì)引起需要更多的噸位來制作部件——它會(huì)使金屬的變形溫度增加（可能會(huì)燃燒或破壞不恰當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑），硬點(diǎn)會(huì)增加模具磨損——涂層可能會(huì)于事無補(bǔ)或無法持續(xù)

5、到和預(yù)期的時(shí)間一樣長(zhǎng)。綜上所述，高強(qiáng)鋼成形的高壓力要求、回彈的增加、加工硬度的增加、高成型溫度下的操作對(duì)模具及潤(rùn)滑都提出了挑戰(zhàn)。潤(rùn)滑劑分析過去,生產(chǎn)深沖或者重沖工件，大家都認(rèn)為耐壓型(EP)潤(rùn)滑油是保護(hù)模具的最好選擇。硫和氯EP添加劑被混合到純油中來提高模具壽命已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史了。但是隨著新金屬-高強(qiáng)度鋼的出現(xiàn)，環(huán)保要求的嚴(yán)格，EP油基潤(rùn)滑油的價(jià)值已經(jīng)減少，甚至失去市場(chǎng)。在高溫下高強(qiáng)度鋼的成型，EP油基潤(rùn)滑油失去了它的性能，無法在極溫應(yīng)用中提供物理的模具保護(hù)隔膜。而極溫型的IRMCO高固體聚合物潤(rùn)滑劑則可以提供必要的保護(hù)。隨著金屬在沖壓模具中變形，溫度不

6、斷升高，EP油基潤(rùn)滑油都會(huì)變薄，有些情況下會(huì)達(dá)到閃點(diǎn)或者燒著（冒煙）。IRMCO高分子聚合物潤(rùn)滑劑一般開始噴上去時(shí)稠度低得多。隨著成形過程中溫度的上升，會(huì)變得更稠更堅(jiān)韌。實(shí)際上高分子聚合物極溫潤(rùn)滑劑都有“熱尋性”而且會(huì)粘到金屬上，形成一個(gè)可以降低摩擦的隔膜。這個(gè)保護(hù)屏障可以允許工件延展，在最高要求的工件成型時(shí)沒有破裂和粘接，以此來控制摩擦和金屬流動(dòng)。（如圖4）圖4從上圖可以看出愛美可水基沖壓潤(rùn)滑劑HSP（高固體聚合技術(shù)）技術(shù)不但改善了沖壓過程中金屬的流動(dòng)，而且形成了降低摩擦的隔膜，有效的保護(hù)了工件和模具，可以看出，三千個(gè)工件以后，工件表面質(zhì)量得到明顯的改

7、觀，同時(shí)有效的保護(hù)了模具，延長(zhǎng)了模具使用壽命。潤(rùn)滑劑成型能力對(duì)比美國(guó)綠葉技術(shù)實(shí)驗(yàn)室對(duì)IRMCO產(chǎn)品和汽車行業(yè)通過認(rèn)證的拉伸油以及合成潤(rùn)滑劑，在美國(guó)DP780超高強(qiáng)度鋼上進(jìn)行了成型對(duì)比實(shí)驗(yàn)。采用了俄亥俄州立大學(xué)的茵特拉根(Interlaken)拉伸成型測(cè)試法。這種方法被證實(shí)用于測(cè)試實(shí)際結(jié)果非常準(zhǔn)確。IRMCO達(dá)到的數(shù)值是145比汽車行業(yè)通過認(rèn)證的拉伸油的115和合成潤(rùn)滑劑的110超過了25%。數(shù)值越大，說明成型能力越好。（如圖5）圖5成功案例國(guó)內(nèi)測(cè)試沖壓工件情況如下：沖壓工件名稱NMS搖臂年產(chǎn)量22萬工件直徑(尺寸)64.4拉深深度13材質(zhì)/規(guī)格FB780

8、板厚4.0落料--成形1—成形2--修邊沖孔--翻邊翻孔--修邊整形沖孔--翻孔