高强度板汽车零件的工艺设计和模具开发？
汽车用高强度钢板的类型和特点
根据用途，各种强化机制被应用于汽车钢板。传统的汽车钢板主要采用两种方式:在低碳钢中加入合金元素形成固溶强化型钢和晶粒细化的沉淀强化型钢来实现低碳钢的高强度。而现代汽车高强度钢板是采用钢的金相组织在冶炼和热处理过程中得到强化的机制，获得显微组织强化、复合组织强化、相变强化、热处理强化、冷加工硬化强化、时效强化等现代高强度钢。近年来，这些高强度钢轧制钢板在汽车制造中得到了广泛应用。
(1)烘烤硬化钢(BH钢)。
BH钢的显微组织以铁素体为基体，主要以固溶形式强化。BH钢的特点是加入的化学元素磷在炼钢过程中能与碳、氮形成固溶强化，实现固溶强化。在汽车车身制造过程中，进行冲压加工时，基体(铁素体)中的“位错”密度增加，碳、氮原子向“位错”的扩散距离缩短。当BH钢制成的车体被喷漆时，车体在各种干燥炉中被加热/烘烤。此时给予碳、氮原子在固溶体中扩散的热激活能，使碳、氮原子在“位错”处析出，从而增强产品的屈服强度，故称烘烤硬化钢。BH钢通常用于加工车门和行李箱外板等零件。
(2)双相钢(DP钢)。
DP钢有两相:极软的铁素体和硬的马氏体。由于金相组织中含有大量的铁素体(即金相组织的基体是铁素体)，其延伸率相当高，塑性相当好，接近于传统的通过添加磷等元素形成固溶体的高强度钢板。此外，钢中的硬相马氏体和软相铁素体之间的应变并不协调，但在压力下加工时会引起相当高的加工硬化，从而使DP钢产生相当高的加工硬化，使其具有相当高的抗拉强度，限制了拉伸时“颈缩”的发生，并具有良好的延展性和成形性。因此用于对加工性要求严格的薄板冲压件，如车门加强板、保险杠等零件。
(3)相变诱发塑性钢(TRIP钢)。
TRIP钢的金相组织中含有大量由铁素体和相变引起的贝氏体，以及残余奥氏体和马氏体。贝氏体组织可以通过中温等温或连续冷却获得。在由TRIP钢的贝氏体或贝氏体-铁素体组成的基体(基质)金相中中，弥散着马氏体和残余奥氏体。这些残余奥氏体在加工过程中会再次转变为马氏体，使某些材料的强度增加，从而使材料获得良好的加工性能，抗冲击性能大大增加。
目前，世界各大钢铁公司生产的DP钢或TRIP钢的抗拉强度已达到590 ~ 980 MPa，并已进入实用阶段。新开发客车的前车架纵梁、转向拉杆下臂和车身立柱采用DP钢或TRIP钢。
(4)多相复合钢(CP钢)。
CP钢不仅根据晶粒细化机制采取了提高塑性的措施，而且通过金相组织硬化机制采取了提高强度的措施，同时提高了力学性能。必须强调的是，与双相钢DP相比，在同样的抗拉强度800MPA下，CP钢的屈服强度明显提高且更大。CP钢还具有相当高的抗冲击性和能量吸收特性以及高的残余变形能力。因此，CP钢不仅具有相当高的抗拉强度、高的加工硬化系数，而且具有非常均匀的延展性。以CP钢加工的产品为例，涂装时烘烤硬化后，抗拉强度可超过800MPA。
(5)铁素体-贝氏体钢(FB钢)。
铁素体-贝氏体钢又称为拉伸翻边钢或高扩孔钢，因为它具有提高法兰翻边或长孔抗拉强度的能力。FB钢可用于制造热轧产品，其主要优点是改善通过扩孔翻边试验确定的展平翻边或翻边形成的边缘性能。在这些方面都优于高强度合金钢和双相钢。与HSLA钢相比，FB钢在相同屈服强度下也具有更高的加工硬化系数n，并且总的边缘延伸量增加。此外，FB钢由于其良好的可焊性，一直用于生产冲压大中型车身板件的激光对接焊板(TWB)。FB钢的重要特点是:良好的防撞性能和优异的抗疲劳性能。
高强度钢板在汽车上的应用及存在的问题
1高强度钢在汽车外板中的应用
车顶、车门、行李箱等部位要求变形刚度和抗下垂性能，主要采用抗拉强度340 ~ 390 MPa的BH钢板。烘烤和涂漆时BH钢板的屈服强度增加，可以提高抗下垂性，并在不损失成形性的情况下使钢板变薄。现在部分车型已经使用440MPA BH高强度钢板。
高强度钢板在车身骨架上的应用
随着正面碰撞和侧面碰撞安全标准的提高，590MPA级高强度钢板主要用于结构件和加强件。有的还用780MPA、980MPA的高强度钢板。甚至还有冲压390MPA、440MPA级高强度钢板，然后对强化部位进行高频加热淬火，使零件局部抗拉强度达到1200 MPa，在冲压加热钢板的同时冷却，使零件整体抗拉强度达到1470 MPa的方法。此外，还有一种拼焊法，即利用激光将不同厚度、不同材质的钢板组装起来，使材料配置适合所需材料和使用部位。可以装配拼焊部件，减少部件数量，去掉点焊法兰，对汽车轻量化有很大作用。虽然在使用初期为了提高材料利用率，拼焊材料仅用于小零件，但最近已经扩展到车身侧板和行李箱地板等大型零件。拼焊板主要使用400 ~ 590 MPa级高强度钢板，有时也使用780MPA级和980MPA级高强度钢板。
3高强度钢板在汽车底盘上的应用
悬梁用材料从传统的440MPA热轧板发展到780MPA，最大减重30%。近年来，高强度钢板在底盘中的使用比例急剧增加。未来，高强度钢板的比重和更高强度钢板的应用有望进一步提高。
4高强度钢板成形中的主要问题
高强度钢板容易造成塑性下降，成形性差，而屈服强度的提高会造成表面畸变和回弹效应，增加形状不稳定性。典型的成型缺陷包括开裂、形状不良、尺寸精度差和粘模。
(1)破解了。
提高高强度钢板的强度容易导致塑性下降，也会降低胀形和拉伸翻边的断裂极限。钢板强度高，容易出现裂纹。此外，由于它需要较大的成型力，如果在连续加工过程中模具温度升高，模具就会被卡住，结果会诱发裂纹。
(2)外形不好。
屈服点上升，就容易起皱。起皱不仅会造成粘模和裂纹，而且在成形后期难以消除，往往导致形状不良。因为成形后期无法消除起皱，所以冲压件无法在下止点成形。而且成型后弹性回复导致的形状不良，起皱导致的表面应变也是很大的问题。
(3)尺寸精度差。
材料强度增加，残余应力增加，容易造成形状不良，成型后弹性回复导致尺寸精度差(回弹)。这是高强度钢板成形中最严重的问题。回弹是由厚度方向的应力差引起的尺寸精度差的现象，表现为冲压件角度不合格和表面翘曲。随着材料强度的增加，不合格的角度和翘曲变得严重。
(4)合模。
高强度钢板需要大的成形力来增加坯料和模具之间的接触压力。这样，很容易卡在模具里。如果这种现象比较严重，就要对模具进行矫正。这不仅需要更合适的材料对模具进行表面处理和淬火，而且缩短了模具的维护周期，增加了模具的维护成本。
高强度板件冲压工艺特点分析
模具制造主要分为工艺设计、结构设计、加工、装夹、调试五个步骤。应该说，工艺方案的设计是影响零件最终质量的最关键因素。工艺方案直接决定产品的外观和使用功能，也影响模具的生产成本。此外，模具结构的合理性将直接影响模具的加工性能和操作维护的方便性。对于梁式高强度钢板，材料的选择和热处理是非常重要的。很难解决零件回弹和拉伸模体拉毛的问题。为了解决以上两个问题，必须对整个过程进行控制。基于以上分析，整个项目的关键控制点确定如下:
控制产品输入(审查产品冲压过程)；
最佳冲压工艺方案设计(不同强度板材采用不同方案)；
合理的模具结构(加工性能、回弹调整方便)；
嵌件材料的磨损和擦伤(选择合适的材料和热处理方法)。
1高强度板产品成形性预测
淘汰突兀的boss
避免局部鼓包；
避免剖面线长度的快速变化；
防反弹措施；
圆角:零件的圆角一定要足够大，原则上不能小于8，否则图纸容易断裂，零件的凸缘在成型后会上翘。
2高强度钢板缺陷控制技术
高强度钢板容易产生开裂、形状不良、尺寸精度差等冲压缺陷。
(1)防止开裂和不良形状(起皱)的技术。
钢板的高强度容易造成成形性的下降。因此，冲压形状复杂的零件非常困难。然而，这是一种有效的方法来平整零件的形状。随着计算机处理速度和软件功能的提高，模拟成型技术发展迅速，可以高精度地预测裂纹、起皱等不良形状缺陷。现在，模拟成形技术已经应用于破裂和起皱的预测、适用的压边力的设定、合理的毛坯余量的设定以及刚性筋凸模形状的优化。
(2)防止尺寸精度差(回弹)的技术。
随着汽车结构件高强度材料的快速发展，近年来，发展冲压成形防回弹技术的呼声日益强烈。为此，在模具结构上采取了以下措施:①利用模具肩部附近的反向弯曲来减少冲压弯曲时经常出现的表面翘曲；(2)在模具上设置压筋，将下止点附近的凸起部分压入钢板中，以减轻板材厚度方向产生的残余应力，防止表面翘曲的发生。此外，还有一种弯曲冲压法，即在一次成形过程中完成整个成形过程的大部分，然后进行压筋工艺进行二次成形，施加高压压边力，防止坯料从压边圈流入。
另一方面，在模具设计期间预测坯料回弹量。预测模具形状的方法已被广泛用作防止回弹的措施。模拟成型法是预测方法之一，其作用越来越明显，可以高精度地预测裂纹和不良形状。该方法已应用于实际工程。
(3)防止粘模(影响生产率)的措施。
一种新的薄膜加工方法，类金刚石碳(DLC)薄膜加工方法，可以解决影响生产率的粘模现象。此外，还有一种DLC-Si膜处理方法，与目前的TIC和TIN处理相比，可以提高模具的使用寿命1倍。从控制模具成本的角度出发，还提出了通过模拟成型预先预测需要表面处理的零件的方法。随着成形力的增加，冲压设备能力不足也是一个值得担心的问题。简化冲压件的形状和使用拼焊材料是解决这一问题的有效方法。这对于增加成形工序数量，重新审视冲压件和工序的划分也是有效的，但涉及到成本的增加，需要仔细研究。
高强度板材零件模具结构要点
为了方便模具加工，防止模具返工时因意外双压而损坏压铸件，采用了全新的结构，模具固定座分为两块，中间用M24螺柱连接，两边用锁紧板连接，底部卧在底托内。加工时左右分开，方便中间槽的加工，遇到工作事故时损坏螺栓和锁板，保证了铸件的安全。
对于高强度板、梁类零件的特殊性，虽然前期经过多轮模拟对回弹进行了修正和补偿。但是，实物修改模具是不可避免的。由于模具镶块均为CR12MOV，模具表面焊接难度大，补焊后局部材料硬度偏差容易造成零件表面拉毛缺陷。其次，热处理后的CR12MOV镶块加工困难，材料成本高。因此，为了避免镶块的报废损失，决定先用HT300作为冲头镶块，待零件调试完毕后再更换。
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