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摘要：汽车高强钢板料在汽车工业中使用越来越广泛，高强度板料与普通板料的成形条件又不尽相同。文章通过对热冲压成形对钢板和模具的要求，热冲压成形汽车高强度板料研究现状，热冲压成形技术的关键问题等方面介绍了汽车高强度板料成形的研究与进展。
关键词：汽车高强度板料 成形 冲压
目前，汽车工业界对于汽车轻量化有着日益紧迫的要求。车身轻量化发展主要有两个方向：一是优化汽车框架和结构；二是在车身制造上采用高强度低密度材料，如高强度和汽车高强度板料。在目前看来，汽车高强度板料以其轻质、高强度的特点在汽车生产中越来越受关注，并已成为满足汽车减重和增强碰撞强度、提高安全性能的重要途径。但是，众所周知，汽车高强度板料在室温下变形能力很差，因此传统的冷冲压方法难以解决汽车高强度板料在汽车车身制造中遇到的问题。汽车高强度板料的熱冲压成形技术是能够解决上述问题的一种新型的成形技术。
近年来，世界各国汽车业投入大量的精力来开展汽车高强度板料开发和热冲压成形技术的研究，欧美和日本的主要汽车制造企业已开始尝试使用通过热冲压成形技术生产的汽车高强度板料构件，如车门防撞杆，保险杠加强梁，A、B、C柱，门框加强梁等。
1.热冲压成形对钢板和模具的要求
热冲压汽车高强度板料。热冲压成形工艺一般是将板料加热到再结晶温度以上某个适当的温度，使其完全奥氏体化后再进行冲压成形，冲压成形后须保压一段时间使零件形状尺寸趋于稳定。在成形和保压过程中，为了防止板料强度降低，须进行淬火处理以获得在室温下具有均匀马氏体组织的超高强度钢构件。由于热冲压是在板料冲压成形的同时进行了淬火处理，故热冲压用钢板的成分设计要适应热冲压过程中的热循环，如含硼钢板，在钢的组织转变时，可以延迟铁素体和贝氏体的形核进而增强了钢的强度。此外，钢板被加热至再结晶温度以上时，在空气中不可避免地会出现表面的氧化和脱碳，进而影响钢板的强度。因此，热冲压成形钢板应具备抗高温和耐腐蚀的镀层。
热冲压成形模具。在热冲压过程中钢板和模具都要经过从900℃以上到室温这一复杂的温度变化。模具集对板料成形与淬火作用于一身，其材料选择、结构设计都有严格的要求，对于热冲压部件最终性能有着重要影响。
在汽车高强度板料的热冲压工艺中，不仅要求成形模具具有足够的结构刚性、表面硬度和疲劳寿命，更要求模具能够稳定地工作在剧烈的冷热交替条件下，同时能够抵抗高温板料对模具产生的强力热摩擦，以及脱落的氧化层碎片和颗粒在高温下对模具表面的磨粒磨损效应。根据模具的加热温度，一般需要参考热锻用模具钢，选用合理的模具材料。
2.热冲压成形汽车高强度板料研究现状
汽车高强度板料热冲压技术研究现状，在汽车工业中，基于减重和环保的目的，汽车高强度板料的热冲压成形技术逐渐受到关注和重视，各大钢铁公司、汽车制造厂商和部、分大学纷纷开始了汽车高强度板料的热冲压成形技术的研究。由于汽车高强度板料热冲压成形具有集成形与淬火工艺于一体的特殊性，其研究集中在以下几个方面：
第一，从宏观上探索汽车高强度板料连续冷却工艺的特性和在高温下的流动性能。汽车高强度板料连续冷却工艺特性和高温流动性能是制定热冲压工艺的基础。一方面，采用热膨胀和淬火工艺试验确定钢板的连续冷却转变特征参数，如预热温度、预热时间和冷却速度；另一方面，通过热模拟试验，再现热冲压物理过程，获得钢板在高温下的流变行为。
第二，采用数值模拟技术研究热冲压成形过程，分析各参数对部件性能的影响规律。借助数值模拟技术可以对热冲压变形过程中的温度场进行模拟，并分析热冲压过程参数对于热冲压过程的成形力、板料厚度等的影响规律。
第三，从微观上研究热冲压成形过程中材料组织变化情况以期预测热冲压部件最终的强度性能。通过研究热冲压过程中奥氏体分解和组织转变，预测并控制产品最终组织分布和强度性能。
第四，汽车高强度板料热冲压成形试验研究。试验研究是一种直观有效的方法。在热冲压成形工艺分析的基础上，设计成形性能试验装置以期获得材料高温下成形性能，制造热冲压模具，进行热冲压零件制备，通过调节各工艺参数优化热冲压工艺。
3.热冲压成形技术的关键问题
目前，有关人员虽然对汽车高强度板料热冲压成形技术进行了研究，取得了一定的成果，但对其关键问题的研究还不够系统和深入，从而限制了热冲压成形技术在工程中的广泛应用，主要体现在以下两个方面：
第一，应考虑成形温度、降温速率和相变形为的热冲压成形极限。在以弯曲为主的成形情况下，热冲压非常有利，不会发生冷加工成形时的问题，即弹性变形回复，但在对复杂部件进行成形时，须进行凸肚、深冲和凸缘等成形加工，因此必须弄清它们在高温下的成形极限。变形阻抗不仅与温度有关，而且冲头接触部分温度的下降和氧化铁皮的润滑效果也会对其产生复合影响。通过改进常温成形极限试验装置，考虑成形温度、降温速度和材料相变行为等，建立热冲压成形极限涵十分有必要。
第二，对热冲压零件的质量控制。热冲压零件最终质量既受宏观工艺条件影响，又由材料微观组织变化决定。冲压过程中零件的温度不均匀会直接导致最终零件性能的不均匀。如果在冲压零件没有充分冷却时就将其从金属模具中取出，制品的硬度和形状精度会下降。因此，针对不同零件，在进行模具结构及其冷却系统设计、改进冷却沟槽的布置、提高模具的冷却速度的同时，保障零件均匀降温是热冲压零件质量控制的可行之举。
随着世界经济和社会的发展，节能、舒适、降低排放和提高安全性已经成为现代汽车结构、性能和技术的重要发展方向。作为汽车轻量化的重要途径，汽车高强度板料热冲压成形技术正备受世界各国学者的普遍关注。因此，系统地、深层次地展开此方面的研究对世界汽车业的发展具有十分重要的现实意义。
注：基金项目：广西教育厅科研立项项目（201204LX127）。
参考文献：
[1]王晨.汽车外覆盖件车门冲压工艺方案研讨[J].模具工业；2010，36（10）：23-27.
[2]周天瑞.汽车覆盖件冲压成形技术[M].北京：机械工业出版社，2000：105-137.
[3]吴军，叶卫平.双相钢的研究现状及应用展望[J].钢铁研究，1994.
[4]张晓静，周贤宾.板料成形回弹模拟[N].塑性工程学报，1999.
关键词：汽车高强度板料 成形 冲压
目前，汽车工业界对于汽车轻量化有着日益紧迫的要求。车身轻量化发展主要有两个方向：一是优化汽车框架和结构；二是在车身制造上采用高强度低密度材料，如高强度和汽车高强度板料。在目前看来，汽车高强度板料以其轻质、高强度的特点在汽车生产中越来越受关注，并已成为满足汽车减重和增强碰撞强度、提高安全性能的重要途径。但是，众所周知，汽车高强度板料在室温下变形能力很差，因此传统的冷冲压方法难以解决汽车高强度板料在汽车车身制造中遇到的问题。汽车高强度板料的熱冲压成形技术是能够解决上述问题的一种新型的成形技术。
近年来，世界各国汽车业投入大量的精力来开展汽车高强度板料开发和热冲压成形技术的研究，欧美和日本的主要汽车制造企业已开始尝试使用通过热冲压成形技术生产的汽车高强度板料构件，如车门防撞杆，保险杠加强梁，A、B、C柱，门框加强梁等。
1.热冲压成形对钢板和模具的要求
热冲压汽车高强度板料。热冲压成形工艺一般是将板料加热到再结晶温度以上某个适当的温度，使其完全奥氏体化后再进行冲压成形，冲压成形后须保压一段时间使零件形状尺寸趋于稳定。在成形和保压过程中，为了防止板料强度降低，须进行淬火处理以获得在室温下具有均匀马氏体组织的超高强度钢构件。由于热冲压是在板料冲压成形的同时进行了淬火处理，故热冲压用钢板的成分设计要适应热冲压过程中的热循环，如含硼钢板，在钢的组织转变时，可以延迟铁素体和贝氏体的形核进而增强了钢的强度。此外，钢板被加热至再结晶温度以上时，在空气中不可避免地会出现表面的氧化和脱碳，进而影响钢板的强度。因此，热冲压成形钢板应具备抗高温和耐腐蚀的镀层。
热冲压成形模具。在热冲压过程中钢板和模具都要经过从900℃以上到室温这一复杂的温度变化。模具集对板料成形与淬火作用于一身，其材料选择、结构设计都有严格的要求，对于热冲压部件最终性能有着重要影响。
在汽车高强度板料的热冲压工艺中，不仅要求成形模具具有足够的结构刚性、表面硬度和疲劳寿命，更要求模具能够稳定地工作在剧烈的冷热交替条件下，同时能够抵抗高温板料对模具产生的强力热摩擦，以及脱落的氧化层碎片和颗粒在高温下对模具表面的磨粒磨损效应。根据模具的加热温度，一般需要参考热锻用模具钢，选用合理的模具材料。
2.热冲压成形汽车高强度板料研究现状
汽车高强度板料热冲压技术研究现状，在汽车工业中，基于减重和环保的目的，汽车高强度板料的热冲压成形技术逐渐受到关注和重视，各大钢铁公司、汽车制造厂商和部、分大学纷纷开始了汽车高强度板料的热冲压成形技术的研究。由于汽车高强度板料热冲压成形具有集成形与淬火工艺于一体的特殊性，其研究集中在以下几个方面：
第一，从宏观上探索汽车高强度板料连续冷却工艺的特性和在高温下的流动性能。汽车高强度板料连续冷却工艺特性和高温流动性能是制定热冲压工艺的基础。一方面，采用热膨胀和淬火工艺试验确定钢板的连续冷却转变特征参数，如预热温度、预热时间和冷却速度；另一方面，通过热模拟试验，再现热冲压物理过程，获得钢板在高温下的流变行为。
第二，采用数值模拟技术研究热冲压成形过程，分析各参数对部件性能的影响规律。借助数值模拟技术可以对热冲压变形过程中的温度场进行模拟，并分析热冲压过程参数对于热冲压过程的成形力、板料厚度等的影响规律。
第三，从微观上研究热冲压成形过程中材料组织变化情况以期预测热冲压部件最终的强度性能。通过研究热冲压过程中奥氏体分解和组织转变，预测并控制产品最终组织分布和强度性能。
第四，汽车高强度板料热冲压成形试验研究。试验研究是一种直观有效的方法。在热冲压成形工艺分析的基础上，设计成形性能试验装置以期获得材料高温下成形性能，制造热冲压模具，进行热冲压零件制备，通过调节各工艺参数优化热冲压工艺。
3.热冲压成形技术的关键问题
目前，有关人员虽然对汽车高强度板料热冲压成形技术进行了研究，取得了一定的成果，但对其关键问题的研究还不够系统和深入，从而限制了热冲压成形技术在工程中的广泛应用，主要体现在以下两个方面：
第一，应考虑成形温度、降温速率和相变形为的热冲压成形极限。在以弯曲为主的成形情况下，热冲压非常有利，不会发生冷加工成形时的问题，即弹性变形回复，但在对复杂部件进行成形时，须进行凸肚、深冲和凸缘等成形加工，因此必须弄清它们在高温下的成形极限。变形阻抗不仅与温度有关，而且冲头接触部分温度的下降和氧化铁皮的润滑效果也会对其产生复合影响。通过改进常温成形极限试验装置，考虑成形温度、降温速度和材料相变行为等，建立热冲压成形极限涵十分有必要。
第二，对热冲压零件的质量控制。热冲压零件最终质量既受宏观工艺条件影响，又由材料微观组织变化决定。冲压过程中零件的温度不均匀会直接导致最终零件性能的不均匀。如果在冲压零件没有充分冷却时就将其从金属模具中取出，制品的硬度和形状精度会下降。因此，针对不同零件，在进行模具结构及其冷却系统设计、改进冷却沟槽的布置、提高模具的冷却速度的同时，保障零件均匀降温是热冲压零件质量控制的可行之举。
随着世界经济和社会的发展，节能、舒适、降低排放和提高安全性已经成为现代汽车结构、性能和技术的重要发展方向。作为汽车轻量化的重要途径，汽车高强度板料热冲压成形技术正备受世界各国学者的普遍关注。因此，系统地、深层次地展开此方面的研究对世界汽车业的发展具有十分重要的现实意义。
注：基金项目：广西教育厅科研立项项目（201204LX127）。
参考文献：
[1]王晨.汽车外覆盖件车门冲压工艺方案研讨[J].模具工业；2010，36（10）：23-27.
[2]周天瑞.汽车覆盖件冲压成形技术[M].北京：机械工业出版社，2000：105-137.
[3]吴军，叶卫平.双相钢的研究现状及应用展望[J].钢铁研究，1994.
[4]张晓静，周贤宾.板料成形回弹模拟[N].塑性工程学报，1999.