在汽車工業(yè)飛速發(fā)展的背景下，減輕車身重量、降低油耗（經(jīng)濟(jì)性），降低廢氣的排放（環(huán)保）越來越受到人們的重視。與此同時，人們對汽車的安全性和舒適度的要求也逐步提高。為適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，各大鋼鐵企業(yè)開發(fā)出了應(yīng)用于車身部件的高強(qiáng)鋼板，同時也帶來了高強(qiáng)鋼板的成形問題。在常溫下高強(qiáng)鋼板成形困難，由此，熱成形技術(shù)應(yīng)運而生。
一、熱成形的提出：
在汽車工業(yè)飛速發(fā)展的背景下，減輕車身重量、降低油耗（經(jīng)濟(jì)性），降低廢氣的排放（環(huán)保）越來越受到人們的重視。與此同時，人們對汽車的安全性和舒適度的要求也逐步提高。為適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，各大鋼鐵企業(yè)開發(fā)出了應(yīng)用于車身部件的高強(qiáng)鋼板，同時也帶來了高強(qiáng)鋼板的成形問題。在常溫下高強(qiáng)鋼板成形困難，由此，熱成形技術(shù)應(yīng)運而生。
熱成形技術(shù)主要是針對高強(qiáng)鋼板而開發(fā)的，其工藝過程為：首先將常溫下強(qiáng)度為500～600MPa的硼合金鋼板加熱到850～950℃，使之均勻奧氏體化，然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成型，最后快速冷卻，將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使沖壓件得到硬化，大幅度提高強(qiáng)度（安全性）。
熱沖壓工藝過程
熱沖壓工藝過程
二、熱成形所用的鋼材：
ARCELOR(法國阿塞洛公司)的USIBOR1500；
BENTLER（德國本特勒公司）的BTR系列（BTR165鋼板、BTR155鋼管）；
SSAB（瑞典薩博公司）的DOMEX 024B；
LUCOIL STEEL 的BO 02～05系列；
RAEX?（芬蘭） B BORON STEELS；
NIPPON STEEL（新日本制鐵株式會社）的BORON鋼；
THYSSEN（德國蒂森克虜伯公司）MBW?1500+AS；
POSCO（韓國浦項制鐵公司）；
BAOSTEEL（中國寶鋼）；
激光拼焊板的使用（德國蒂森克虜伯公司）
TRB mubea（德國慕貝爾，世界唯一一家熱成型TRB板材供應(yīng)商）
三、熱成形技術(shù)的典型應(yīng)用：
熱成形技術(shù)在車身結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用
采用熱成形技術(shù)可極大提高車身整體結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，大幅度提高整車碰撞安全性能與NVH性能；大量運用該技術(shù)可有效減輕整車的質(zhì)量，提高整車的經(jīng)濟(jì)性能。根據(jù)車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，車身以下部位推薦使用熱成形件，如圖:
熱沖壓零件應(yīng)用
熱成形技術(shù)在車身上的應(yīng)用
四、熱成形鋼板的加熱：
ａ、純電加熱
能耗高，價格昂貴。
ｂ、燃燒天然氣加熱
經(jīng)濟(jì)性好，但要嚴(yán)格檢測天然氣是否達(dá)標(biāo)。
ｃ、電氣混合加熱：開始采用燃燒天然氣加熱，使鋼板迅速加熱至900℃，后面采用電阻加熱的方式，主要是為了使鋼板加熱均勻。
d、感應(yīng)加熱：感應(yīng)加熱會產(chǎn)生表面集膚現(xiàn)象。
板料加熱到奧氏體狀態(tài)后，要經(jīng)過保溫處理以保證板料成形前具有均勻的組織性能。若保溫時間短，則板料內(nèi)的奧氏體晶粒大小不均勻，在成形過程中，板料各部分變形不均勻，經(jīng)過淬火后得到的馬氏體組織也不均勻，從而也影響到熱沖壓件的質(zhì)量均勻性。
五、加熱之后的鋼板移到壓力機(jī)：
a．機(jī)器人
機(jī)器人的成本高，速度稍慢，但柔性更好。
b. 行架機(jī)構(gòu)
行架機(jī)構(gòu)速度快，通用性差
無論哪種方式都需要有端拾器來配合工作。機(jī)械手保證速度，端拾器保證精確定位，這兩個設(shè)備同時保證板料在轉(zhuǎn)移到模具上時溫度損失最低。
六、制件在模具中的成形：
加熱完的鋼板在壓力機(jī)的作用下快速合模及保壓，再通過水冷淬火，使零件的強(qiáng)度達(dá)到1500MPa以上。
一方面，根據(jù)金屬熱變形理論，成形溫度高，金屬原子動能急劇增加，發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，再結(jié)晶可消除材料的硬化現(xiàn)象，顯著降低金屬的變形抗力，提高金屬的塑性，從而可減少沖壓成形所需的壓力。
熱沖壓成形工藝中的淬火目的是保證鋼板在形變過程中能夠快速冷卻，獲得在室溫下具有均勻馬氏作組織的高強(qiáng)度鋼構(gòu)件。若選用的淬火介質(zhì)不當(dāng)或模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計不合理，熱成形過程中冷卻速度慢，則奧氏體會轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w或貝氏體而得不到馬氏體組織。
熱沖壓零件的質(zhì)量優(yōu)點之一是成形零件形狀和尺寸精度高，而成形結(jié)束后的保壓淬火工藝是決定該質(zhì)量的關(guān)鍵；同時，沖壓作業(yè)線的節(jié)拍與零件的最終質(zhì)量性能是對立關(guān)系。保溫時間的過長或過短則會使熱沖壓材料組織晶粒不均勻，影響零件質(zhì)量。
在成形期間和成形之后進(jìn)行有針對性的溫度控制，例如把模具加熱到一個更高的溫度，就會使冷卻速率變小，得到另外一種強(qiáng)度降低而延展性更好的組織。因此模具的溫度，應(yīng)當(dāng)高于馬氏體轉(zhuǎn)變的起始溫度。
由于硼鋼是在加熱狀態(tài)下成型，所以幾何性能與拉伸性能非常的好，多復(fù)雜的形狀基本都可以一次成型，唯一的需要注意的時邊角位置不便于內(nèi)置冷卻水道，會影響冷卻時間和效果。
硼鋼加熱后延展率約為40%，淬火冷卻以后約為6%
七、熱沖壓模具：
A、模具型面的設(shè)計需要考慮鋼板熱脹冷縮效應(yīng)，并且,型面不能設(shè)計冷沖壓常用的拉伸筋；
B、模具內(nèi)部冷卻回路的設(shè)計（包括冷卻孔徑的大小、冷卻孔的間距和布置方式、冷卻孔中心離模具型面的距離、冷卻水的流動方式等）；
C、模具的分塊、冷卻通道的加工以及模具的裝配；
D、應(yīng)該考慮到冷卻通道的密封問題。
熱沖壓模具水道設(shè)計
八、熱沖壓零件的CAE仿真分析：
（如AutoForm；Pam-stamp；Dynaform）
需要準(zhǔn)確的材料性能參數(shù), 如彈性模量、泊松比、高溫狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和鋼板摩擦特性等，這些參數(shù)和冷沖壓狀況是完全不同的。
熱沖壓過程分析（預(yù)測零件的熱沖壓可制造性）
熱成形的FLD圖
溫度場分布
厚度分布
保壓淬火過程分析（可結(jié)合高溫蠕變、損傷等知識來分析）
回彈分析(預(yù)測零件的成形精度)
研究熱成形的回彈機(jī)理：從試驗結(jié)果和模擬結(jié)果可知,熱效應(yīng)是引起回彈的主要因素,蠕變應(yīng)變減少了熱成形后的回彈量。蠕變應(yīng)變和熱效應(yīng)是影響熱成形中回彈的主要因素。
壓邊力、模具溫度和凹模圓角半徑是影響回彈的主要因素。
九、模具的CAE分析（ABAQUS、LS-DYNA）：
優(yōu)化模具的冷卻通道，選取適當(dāng)?shù)牧魉?/p>
溫度的作用是降低材料的變形抗力，提高材料的塑性和改善成形狀態(tài)，隨溫度升高，板材塑性增加，變形抗力下降，各向異性減弱，沖壓成形性能改善。壓力的作用是平衡成形時的變形抗力。時間條件是滿足應(yīng)力松弛和進(jìn)入蠕變狀態(tài)所需要的合適時間。
溫度不均勻會直接導(dǎo)致成型后的零件性能不均勻。
十、模具材料：
模具鋼的選擇不同，主要焦點集中在材料的高熱傳導(dǎo)性（淬火時間短）和耐極端溫度變化上（反復(fù)極熱到極冷轉(zhuǎn)變），目前國內(nèi)還不能生產(chǎn)供熱成形使用的模具（極少數(shù)低產(chǎn)試驗?zāi)＞叱猓^大多數(shù)生產(chǎn)模具靠從歐洲進(jìn)口。
熱成形模具的瓶頸主要集中在成型模擬上，相比冷沖只需要計算表面成型材料減薄等因素
外，熱成形還需要模擬材料溫度變化（熱流失）和模具內(nèi)冷卻水道的開發(fā)，由于市面上沒有專門的軟件可以使用，所以各大廠商都是靠自己開發(fā)的軟件來完成模擬。
要求模具能夠穩(wěn)定地工作在劇烈的冷熱交替條件下，同時能夠抵抗高溫板料對模具產(chǎn)生的強(qiáng)力熱摩擦，以及脫落的氧化層碎片和顆粒在高溫下對模具表面的磨粒磨損效應(yīng)。
常用的熱成型模具材料有
一勝百：Dievar
Kind&CO：CR7V-L
洲際鋼鐵：D600 D700
十一、熱成型誤區(qū)：
廣為流傳的一個錯誤概念就是熱成形等于硼鋼，不完全正確。
1.同樣厚度和尺寸的熱成形鋼板和普通鋼板的重量是一樣的。
2.說熱成形部件能減輕車重的主要原因是其能提供超高強(qiáng)度，舉個例子來說：舊部件使用普通高強(qiáng)度鋼板（強(qiáng)度400Mpa，厚度2mm，重8kg），現(xiàn)在使用新的熱成形部件代替（強(qiáng)度1200MPa，厚度1mm，重4kg），對比下來由于材料厚度減小，所以重量降低4kg，但是由于其超高強(qiáng)度，反而比以前部件更加堅固。
這就是為什么說熱成形部件的應(yīng)用不但能增加車身強(qiáng)度，還能減輕車身重量（安全性和節(jié)能）。
3.早期熱成型生產(chǎn)有局限性，部分部件需要預(yù)成型（如中通道板），不過近幾年由于生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備的成熟，已經(jīng)不需要預(yù)成型了，所有部件均可一次成型。
4.最終強(qiáng)度無非取決于材料（硼鋼板，涂層或無涂層）、生產(chǎn)設(shè)備（加熱爐，壓機(jī)、模具和自動化）和工藝，一般生產(chǎn)均可以達(dá)到＞1000Mpa的強(qiáng)度，如果沒有達(dá)到目標(biāo)強(qiáng)度那么就是上述環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，具體情況具體分析。
5.;最可能出現(xiàn)強(qiáng)度不足的原因可能是淬火保壓時間過長（如果沒有在7~10秒內(nèi)將部件溫度降至400℃以下，就會影響奧氏體至馬氏體的轉(zhuǎn)化）
硼鋼是加入稀少硼元素的合金，但是硼鋼自己并不是超強(qiáng)度鋼板（一般硼鋼板強(qiáng)度在400MPa左右）。只有硼鋼經(jīng)過熱處理（加熱到850℃以上）然后急速冷卻淬火（10秒內(nèi)降到400℃以下），完成奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)化后，才會產(chǎn)生超高的強(qiáng)度，一般淬火后的強(qiáng)度在1200~1400MPa之間，極限強(qiáng)度甚至可以達(dá)到2000MPa（寶鋼熱沖壓廠生產(chǎn)的防彈鋼板）。
而硼起到的作用只是提高材料淬火的深度。
這過程與我們老祖宗鑄劍時將加熱的劍坯放進(jìn)冷水（油）淬火的工藝一樣，只不過現(xiàn)代人將之標(biāo)準(zhǔn)化，工業(yè)化、規(guī)模化。
【興迪源機(jī)械簡介】
興迪源機(jī)械(Xingdi Machinery)是一家專注流體壓力成形技術(shù)的鍛壓設(shè)備制造企業(yè)。自2007年創(chuàng)立以來，興迪源機(jī)械一直致力于內(nèi)高壓成形的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)。主營產(chǎn)品范圍從生產(chǎn)普通液壓設(shè)備，現(xiàn)今發(fā)展至生產(chǎn)、研發(fā)國內(nèi)流體壓力成形技術(shù)的鍛壓設(shè)備。
興迪源機(jī)械是先進(jìn)輕量化成形技術(shù)的提供者，從產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)備生產(chǎn)、模具研制、方案定制，直至最終交付及提供增值服務(wù)，我們?yōu)榭蛻籼峁┑牟粌H僅是一臺設(shè)備，而是一整套智能制造成形方案。