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热冲压与冷冲压对比分析

作者:大鑫机械 发布时间:2021-12-14 11:54:35点击:

冲压冲床是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工),合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中,有60~70%是板材,其中大部分经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片,锅炉的汽包,容器的壳体,电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中,也有大量冲压件。


冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力,使板料在模具里直接受到变形力并进行变形,从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料,模具和设备是冲压加工的三要素。按冲压加工温度分为热冲压和冷冲压。前者适合变形抗力高,塑性较差的板料加工;后者则在室温下进行,是薄板常用的冲压方法。它是金属塑性加工(或压力加工)的主要方法之一,也隶属于材料成型工程技术。


热冲压


随着国家汽车正碰、侧碰、排放等强制法规的相继推出,汽车车身钢铁用材正日益面临严峻的挑战,采用先进高强钢,如DP钢、TRIP钢、高扩孔钢等也无可争议地成为汽车用材的主流趋势。通过车身零件减薄和高强的合理匹配,不仅可以有效减轻车身重量,降低油耗,而且可以确保、提高车型的安全性和舒适性。但对冲压成形工艺而言,减薄和高强是恶化成形性的双重因素,不仅使得车身零件在成形过程中容易开裂,而且容易产生过量回弹,影响车身后续的装配。另外,减薄高强对车身零件本身的使用性能,特别是刚度特性产生不利影响。对于强度超过1000M Pa的高强钢,传统冲压工艺往往束手无策。一种新型的成形工艺,特殊高强度钢板的热冲压技术应运而生


热冲压成形


热冲压成形中所使用的钢板是一种特殊的硼合金钢板,这种钢板不同于传统的冷成形超高强钢。现在应用比较广泛的双相钢、复相钢等冷成形高强度钢板一般是在常温下通过冷冲压的方法成形,成形前后零件的显微组织和机械强度基本不发生改变。而热冲压成形中所使用的钢板在常温下强度不很高,抗拉强度仅有400~600MPa,具有良好的塑性与可成形性;它是通过热冲压成形工艺进行成形和淬火后,零件的显微组织由原来的铁素体和珠光体转变成均匀的马氏体,抗拉强度可以达到1500MPa以上,硬度可以达到50HRC,而且基本没有回弹,具有很高的尺寸精度。在钢板中添加了硼,其目的在于提高钢板的淬火性能,使板料的组织转变顺利进行。此外,为了提高材料的强度以及其它力学性能,还添加了Ti、Cr、Mo、Cu、Ni等多种合金微量元素。


热冲压成形由以下几个工序组成:


1.落料:


是热冲压成形中的第一道工序,把板材冲压出所需外轮廓坯料。


2.奥氏体化:


包括加热和保温两个阶段。这一工序的目的在于将钢板加热到一个合适的温度,使钢板完全奥氏体化,并且具有良好的塑性。加热所使用的设备为专用的连续加热炉,钢板在加热到再结晶温度以上之后,表面很容易氧化,生成氧化皮,这层氧化皮会对后续的加工造成不利的影响。为了避免或减少钢板在加热炉中的氧化,一般在加热炉内设置惰性气体保护机制,或者对板料进行表面防氧化处理。


3.转移:


指的是将加热后的钢板从加热炉中取出放进热成形模具中去。在这一道工序中,必须保证钢板被尽可能快地转移到模具中,一方面是为了防止高温下的钢板氧化,另一方面是为了确保钢板在成形时仍然处在较高的温度下,以具有良好的塑性。


4.冲压和淬火:


在将钢板放进模具之后,要立即对钢板进行冲压成形,以免温度下降过多影响钢板的成形性能。成形以后模具要合模保压一段时间,一方面是为了控制零件的形状,另一方面是利用模具中设置的冷却装置对钢板进行淬火,使零件形成均匀的马氏体组织,获得良好的尺寸精度和机械性能。研究表明,就目前常用的热冲压钢材而言,实现奥氏体向马氏体转变的最小冷却速率为27~30℃/s,因此要保证模具对板料的冷却速度大于此临界值。


5.后续处理:


在成形件从模具中取出以后,还需要对其进行一些后续的处理,如利用酸洗或喷丸的方式去除零件表面的氧化皮,以及对零件进行切边和钻孔。热冲压件由于强度太高,不能用传统的手段对其进行切边及钻孔加工,而必须用激光技术来完成。


热冲压模具设计是热冲压成形工艺的核心技术,它不仅要满足零件的成形需要,而且还要具有优异的冷却能力,以保证零件获得良好的机械性能和尺寸精度。


6、热冲压主要装备


热冲压主要设备包括加热炉、热成形压机、热冲压模具等,如图所示。


热冲压工艺设备


(1)加热炉具有加热和温控能力,能在指定时间内能将高强板加热至再结晶温度,达到奥氏体化状态,且能适应大批量自动化连续生产的要求。由于炽热的坯料只能采用机器人或机械手上下料,要求加热炉进出料自动化,定位精度高。同时在加热非镀层钢板时,能提供气体保护,避免坯料表面氧化和脱碳。


(2)热成形压机是热冲压技术的核心,其既要有快速冲压、保压的能力,还需要配备快速冷却系统,其技术复杂程度要远远超过常见的冷冲压机。目前仅有少数国外企业掌握该类压机的设计、制造技术,全部依赖进口,价格昂贵。


(3)热冲压模具同时承担成形、淬火两个阶段的工作:在成形阶段,当坯料被送入模腔后,模具迅速完成压制工作,保证在材料发生马氏体相变之前完成零件成形;此后进入淬火冷却阶段,保压在模腔内的工件的热量不断传递给模具,布置在模具内的冷却管通过流动的冷却液体瞬间将热量带走,当工件温度降至425℃时,开始发生奥氏体-马氏体转变;温度至280℃时,奥氏体、马氏体之间的转变结束,200℃时工件被取出。模具的保压作用是为防止淬火过程中的热胀冷缩的不均匀性,导致零件发生较大的形状、尺寸改变,产生报废;同时可以增强工件、模具的热传递效率,促进淬火冷却的快速进行。二手冲床回收


7.热冲压成型的优缺点:


8、成本分析


原材料部分热冲压与冷冲压部分是一致的。原材料常用铝硅镀层或者裸板。裸板相对价格比较便宜,但容易生锈,所以热成型处理之后需要做喷丸、涂油处理。

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