CN108889819A - 一种汽车热成型结构件的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种汽车热成型结构件的生产工艺，包括如下步骤：1)将热成型用卷材原料冲压成所需外轮廓坯料；2)将上述坯料进行加热和保温操作，然后以15～25℃/s的冷却速度进行降温，待降温后于坯料中间画出分割线，将分割线一侧的坯料浸入硅酸镁的乙醇溶液中静置，然后放入加热炉内进行完全奥氏体化；3)将步骤2)处理后的坯料从加热炉中取出迅速放进热成型模具中，对钢坯进行高温冲压成形，然后保压5～10s；4)在模具中以32～35℃/s的冷却速度冷却至室温；5)取出成型件进行后续处理即得。本发明提供的工艺可提高在超高强度钢板制造复杂形状构件时的成品率，同时还提供了一种不同强度热成型汽车零件的生产方法。

Description

一种汽车热成型结构件的生产工艺
技术领域
本发明属于汽车车身热成型结构件生产技术领域，特别涉及一种汽车热成型结构件的生产工艺。
背景技术
汽车零部件是汽车工业发展的基础，是汽车工业的重要组成部分。近年来，汽车热成型零件的市场需求呈爆发式增长趋势，热成型零件在白车身上的应用比例高达45％，预计未来五年将增长一倍以上。热冲压成型工艺是制备汽车热成型零件较为成熟的方法。
热冲压成型(Hot stamping/Hotpress forming)工艺也称冲压硬化(Presshardening)，是近年来出现的一项专门用于汽车高强度钢板冲压成型件的新技术，也是实现汽车轻量化生产的关键技术工艺之一。汽车热成型结构件是汽车零部件加工企业以高强钢板(初始强度为500～600MPa)为原料，采用热冲压成型技术制得的冲压件，其强度可高达1500MPa，且在高温下成型几乎没有回弹，相比目前常用的冷冲压件具有成型精度高、成型性好和重量轻等突出优势。
目前汽车轻量化已经成为世界汽车工业可持续发展的必然道路。车身轻量化对车身减重提出很高要求，热成型零件因为强度高，在车身设计中能简化结构，减少零件数量，减小钢板厚度，尤其涉及到安全碰撞区域，热成型工艺被广泛使用，且其使用量和比率逐年剧增。近年来，随着中国汽车工业产销一直稳居世界首位，中国已成为世界上最大的汽车市场，热冲压成型作为可有效实现汽车轻量化、赋予汽车零部件高性价比的现今技术，已进入中国，并迅速发展，短短几年内有40多条生产线先后建成和生产。
现有的汽车超高强度热成型零部件的抗压强度可达到1500MPa，伴随着钢板强度的增加，其压制成型性降低，当制造具有复杂形状的构件时变得困难。随着钢板强度的增加钢板的延展性降低，因此，在构件中的加工度高的部位容易产生断裂，构件的回弹和壁翘曲变大，构件的尺寸精度劣化。因此，对具有高强度、特别是达到1500MPa级的超高强度钢板应用压制成型来制造具有复杂形状的构件是并不容易的，其成品率较低，需要想办法来提升其成品率。
另一方面，汽车热成型零部件有时需要具有不同强度的考虑，如汽车中的立柱，其上部需要较高的强度使汽车很好地抑制冲击时壳体的入侵以保证其完整性，而下部又需要较低的强度、较高的塑性用来吸收汽车冲击时的能量以保证乘客的安全。这种可变强度热成型零件相较于等强度的超高强度热成型零件因为安全性的考虑在白车身中有着更大的需求。目前的汽车热成型结构件的生产工艺，对于不同强度的热成型结构件的生产工艺有待进一步深入研究。
因此，需要研制一种新的汽车热成型结构件的生产工艺用于解决上述两个问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种汽车热成型结构件的生产工艺，本发明提供的工艺可解决在超高强度钢板制造复杂形状构件时由于断裂和回弹导致的成品率低的问题，同时还提供了一种不同强度热成型汽车零件的生产方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种汽车热成型结构件的生产工艺，包括如下步骤：
1)将热成型用卷材原料冲压成所需外轮廓坯料；所述卷材原料具备铁素体和珠光体室温组织结构，所述铁素体的含量为70～80％，所述珠光体的含量为20～30％；所述卷材原料的初始强度为500～600MPa；
2)将步骤1)所得坯料加热至790～820℃，保温5～8min，然后以15～25℃/s的冷却速度进行降温，待降温后于坯料中间画出分割线，将分割线一侧的坯料浸入硅酸镁的乙醇溶液中静置5～10min，然后放入加热炉内进行完全奥氏体化；
3)将步骤2)处理后的坯料从加热炉中取出迅速放进热成型模具中，对钢坯进行高温冲压成形，然后保压5～10s；
4)在模具中以32～35℃/s的冷却速度冷却至室温；
5)取出成型件进行后续处理即得。
本发明提供的热成型生产工艺，一方面很好保证的成型件的力学强度，其高强度区的抗拉强度可达1800MPa以上，另一方面还保证了很好的塑性，具有很好的材料成形准确度，消除了材料回弹的影响，可以采用一次成型的工序即可完成以往需多道工序才能完成的复杂形状。本发明的步骤2)的工艺，一方面在使钢板完全奥氏体化的同时具有良好的塑性，另一方面通过将坯料浸入硅酸镁的乙醇溶液中静置处理再进行奥氏体化，很好地满足了后续的热成型过程中钢坯上下两端能够具备不同的抗压强度和塑性，实现了可变强度热成型零件的生产。
步骤3)的工艺，必须保证坯料被尽可能快地转移到模具中，确保钢板在成型时仍具有良好的塑性；而高温冲压成形后的保压再按一定速度冷却的操作，一方面是为了控制零件的形状，另一方面是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。
本发明的加工方法，能够使得钢板内部纤维流向不必受到二次受力的冲击，保证钢板保持最好的强度和韧度，而且在零件成形后进行快速冷却，零件成形后的回弹量很小，极大地提高了材料成形准确度，更好的保证了零件尺寸精度，为下一步的车身焊接打下良好的基础。
进一步的，步骤1)中所述卷材原料的化学成分包括：C：0.22～0.28％，Si：0.25～0.35％，Mn：1.2～1.4％，P：0.0015～0.015％，B：0.0015～0.0035％，Ti：0.3～0.5％，其余为铁和不可避免的杂质。采用上述卷材原料进行热成型工艺生产，能够提高钢板的抗压强度。
进一步的，所述卷材原料的化学成分还包括：Nb：0.1～0.2％，Cr：1.1～1.8％，其余为铁和不可避免的杂质。
进一步的，步骤2)中，所述降温的温度至150℃以下。
进一步的，所述硅酸镁的质量浓度为5％。
进一步的，所述奥氏体化的时间为3～5min。
进一步的，步骤2)中所述加热炉的温度为940～960℃。
进一步的，所述后续处理工艺包括酸洗或喷丸处理，以及对零件进行切边和钻孔加工。
进一步的，所述切边和钻孔加工采用激光技术完成。由于本发明生产的热冲压件强度太高，不能用传统的手段对其进行切边及钻孔加工，必须采用激光技术来完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)本发明的工艺生产的汽车热成型结构件具备较高的抗压强度和塑性，能够适应于复杂形状结构件的生产，其成材率高；
2)本发明提供的热成型工艺能够很好用于生产不同强度的热成型结构件，满足目前汽车使用安全性的要求；
3)本发明的工艺可实现车身轻量化生产的要求。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
一种汽车热成型结构件的生产工艺，包括如下步骤：
1)将热成型用卷材原料冲压成所需外轮廓坯料；所述卷材原料具备铁素体和珠光体室温组织结构，所述铁素体的含量为70％，所述珠光体的含量为30％；所述卷材原料的初始强度为500MPa；所述卷材原料的化学成分为：C：0.22％，Si：0.25％，Mn：1.2％，P：0.0015％，B：0.0015％，Ti：0.3％，：Nb：0.1％，Cr：1.1％，其余为铁和不可避免的杂质；
2)将步骤1)所得坯料加热至790℃，保温5min，然后以15℃/s的冷却速度降温至150℃，待降温后于坯料中间画出分割线，将分割线一侧的坯料浸入硅酸镁(质量浓度5％)的乙醇溶液中静置5min，然后放入加热炉内进行完全奥氏体化，加热炉的温度为940℃，加热时间为3min；
3)将步骤2)处理后的坯料从加热炉中取出迅速放进热成型模具中，对钢坯进行高温冲压成形，然后保压5s；
4)在模具中以32℃/s的冷却速度冷却至室温；
5)取出成型件进行后续处理，包括酸洗和喷丸处理，以及采用激光技术对零件进行切边和钻孔加工。
采用上述热成型工艺生产出汽车门槛条左右件，经测试，其门槛条上端的抗拉强度为1822MPa，屈服强度为1552MPa，门槛条下端的抗拉强度为1020MPa，屈服强度为550MPa，该结构件形成均匀的马氏体组织，获得了良好的尺寸精度，生产过程中无回弹，按照该工艺生产加工100根复杂的门槛条结构，其成品率达95％以上。
实施例2
一种汽车热成型结构件的生产工艺，包括如下步骤：
1)将热成型用卷材原料冲压成所需外轮廓坯料；所述卷材原料具备铁素体和珠光体室温组织结构，所述铁素体的含量为75％，所述珠光体的含量为25％；所述卷材原料的初始强度为550MPa；所述卷材原料的化学成分为：C：0.26％，Si：0.28％，Mn：1.3％，P：0.0085％，B：0.0025％，Ti：0.4％，：Nb：0.15％，Cr：1.5％，其余为铁和不可避免的杂质；
2)将步骤1)所得坯料加热至800℃，保温6min，然后以20℃/s的冷却速度降温至148℃，待降温后于坯料中间画出分割线，将分割线一侧的坯料浸入硅酸镁(质量浓度5％)的乙醇溶液中静置8min，然后放入加热炉内进行完全奥氏体化，加热炉的温度为950℃，加热时间为4min；
3)将步骤2)处理后的坯料从加热炉中取出迅速放进热成型模具中，对钢坯进行高温冲压成形，然后保压6s；
4)在模具中以33℃/s的冷却速度冷却至室温；
5)取出成型件进行后续处理，包括酸洗和喷丸处理，以及采用激光技术对零件进行切边和钻孔加工。
采用上述热成型工艺生产车身B柱，经测试，其B柱高强端的抗拉强度为1887MPa，屈服强度为1572MPa，B柱低强端的抗拉强度为932MPa，屈服强度为566MPa，该零件形成均匀的马氏体组织，获得了良好的尺寸精度，生产过程中无回弹，按照该工艺生产加工100根B柱结构，其成品率达96％以上。
实施例3
一种汽车热成型结构件的生产工艺，包括如下步骤：
1)将热成型用卷材原料冲压成所需外轮廓坯料；所述卷材原料具备铁素体和珠光体室温组织结构，所述铁素体的含量为80％，所述珠光体的含量为20％；所述卷材原料的初始强度为600MPa；所述卷材原料的化学成分为：C：0.28％，Si：0.35％，Mn：1.4％，P：0.015％，B：0.0035％，Ti：0.5％，：Nb：0.2％，Cr：1.8％，其余为铁和不可避免的杂质；
2)将步骤1)所得坯料加热至820℃，保温8min，然后以25℃/s的冷却速度降温至142℃，待降温后于坯料中间画出分割线，将分割线一侧的坯料浸入硅酸镁(质量浓度5％)的乙醇溶液中静置10min，然后放入加热炉内进行完全奥氏体化，加热炉的温度为960℃，加热时间为5min；
3)将步骤2)处理后的坯料从加热炉中取出迅速放进热成型模具中，对钢坯进行高温冲压成形，然后保压10s；
4)在模具中以35℃/s的冷却速度冷却至室温；
5)取出成型件进行后续处理，包括酸洗或喷丸处理，以及采用激光技术对零件进行切边和钻孔加工。
采用上述热成型工艺生产汽车侧梁加强板，经测试，其高强端的抗拉强度为1891MPa，屈服强度为1610MPa，低强端的抗拉强度为1002MPa，屈服强度为549MPa，该零件形成均匀的马氏体组织，获得了良好的尺寸精度，生产过程中无回弹，按照该工艺生产加工100根侧梁加强板结构，其成品率达96％以上。

Claims (9)

1.一种汽车热成型结构件的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)将热成型用卷材原料冲压成所需外轮廓钢板坯料；所述卷材原料具备铁素体和珠光体室温组织结构，所述铁素体的含量为70～80％，所述珠光体的含量为20～30％；所述卷材原料的初始强度为500～600MPa；
2)将步骤1)所得坯料加热至790～820℃，保温5～8min，然后以15～25℃/s的冷却速度进行降温，待降温后于坯料中间画出分割线，将分割线一侧的坯料浸入硅酸镁的乙醇溶液中静置5～10min，然后放入加热炉内进行完全奥氏体化；
3)将步骤2)处理后的坯料从加热炉中取出迅速放进热成型模具中，对钢坯进行高温冲压成形，然后保压5～10s；
4)在模具中以32～35℃/s的冷却速度冷却至室温；
5)取出成型件进行后续处理即得。
2.根据权利要求1所述的汽车热成型结构件的生产工艺，其特征在于，步骤1)中所述卷材原料的化学成分包括：C：0.22～0.28％，Si：0.25～0.35％，Mn：1.2～1.4％，P：0.0015～0.015％，B：0.0015～0.0035％，Ti：0.3～0.5％，其余为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的汽车热成型结构件的生产工艺，其特征在于，所述卷材原料的化学成分还包括：Nb：0.1～0.2％，Cr：1.1～1.8％，其余为铁和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的汽车热成型结构件的生产工艺，其特征在于，步骤2)中，所述降温的温度至150℃以下。
5.根据权利要求1所述的汽车热成型结构件的生产工艺，其特征在于，所述硅酸镁的质量浓度为5％。
6.根据权利要求1所述的汽车热成型结构件的生产工艺，其特征在于，所述奥氏体化的时间为3～5min。
7.根据权利要求1所述的汽车热成型结构件的生产工艺，其特征在于，步骤2)中所述加热炉的温度为940～960℃。
8.根据权利要求1所述的汽车热成型结构件的生产工艺，其特征在于，所述后续处理工艺包括酸洗或喷丸处理，以及对零件进行切边和钻孔加工。
9.根据权利要求7所述的汽车热成型结构件的生产工艺，其特征在于，所述切边和钻孔加工采用激光技术完成。
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