汽車(chē)輕量化是現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)制造的主流。車(chē)身輕量化對(duì)減輕汽車(chē)整車(chē)自重、提高整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能環(huán)保至關(guān)重要。汽車(chē)重量每降低100公斤，每百公里至少可節(jié)約1.6l燃油。輕量化可能會(huì)降低汽車(chē)的碰撞安全性，既能保證安全性又能實(shí)現(xiàn)輕量化，而且同時(shí)實(shí)現(xiàn)成本和效益最優(yōu)化是汽車(chē)制造業(yè)極為關(guān)注的目標(biāo)。

　　由于鋁鎂合金性?xún)r(jià)比低，其關(guān)鍵力學(xué)性能與鋼鐵相比也無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，因此采用高強(qiáng)度鋼板熱沖壓生產(chǎn)技術(shù)正呈現(xiàn)出欣欣向榮的趨勢(shì)，成為同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化和提高碰撞安全性的最好途徑。熱沖壓技術(shù)不僅有高強(qiáng)度比的優(yōu)點(diǎn)，且在高溫下材料成形性好，能消除回彈影響，零件精度高，成形質(zhì)量好。

　　近年來(lái)，國(guó)外汽車(chē)制造商已將高強(qiáng)度鋼板熱沖壓技術(shù)應(yīng)用于前保險(xiǎn)杠、后保險(xiǎn)杠、A柱、B柱、C柱、車(chē)頂構(gòu)架、車(chē)底框架以及車(chē)門(mén)內(nèi)板、車(chē)門(mén)防撞梁在內(nèi)的結(jié)構(gòu)件上。例如，在VOLVO車(chē)型中熱沖壓硼鋼的使用量逐年遞增，預(yù)計(jì)將達(dá)到白車(chē)身的45%以上。

　　2011年，中國(guó)產(chǎn)銷(xiāo)突破2000萬(wàn)輛,中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)持續(xù)加溫。汽車(chē)制造行業(yè)需進(jìn)一步明確在國(guó)家制定的“汽車(chē)產(chǎn)業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃”下，到2020年將我國(guó)從裝備“制造大國(guó)”推向“制造強(qiáng)國(guó)”的遠(yuǎn)景目標(biāo)，只有打破熱沖壓成形技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵“瓶頸”，瞄準(zhǔn)高端市場(chǎng)，在“保增長(zhǎng)”前提下進(jìn)一步調(diào)整部署，全面優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，借裝備制造行業(yè)實(shí)施國(guó)家“十二五”科技重大專(zhuān)項(xiàng)的東風(fēng)，調(diào)結(jié)構(gòu)、促改革，大力發(fā)展高強(qiáng)度鋼熱沖壓裝備生產(chǎn)線(xiàn)及相關(guān)技術(shù)，推進(jìn)汽車(chē)裝備制造行業(yè)又好又快發(fā)展。國(guó)際模具及五金塑膠產(chǎn)業(yè)供應(yīng)商協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)羅百輝表示，與世界上汽車(chē)產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)相比，我國(guó)的熱沖壓裝備生產(chǎn)線(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)及成套裝備研究起步較晚，現(xiàn)在仍有許多關(guān)鍵的共性技術(shù)尚待解決。為了進(jìn)一步提升我國(guó)自主品牌汽車(chē)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)家及政府有關(guān)部門(mén)必須加以引導(dǎo)和支持。鋼鐵企業(yè)—汽車(chē)企業(yè)—用戶(hù)，政府—企業(yè)—市場(chǎng)要形成三方互動(dòng)的整體，促進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的交流是十分重要的。僅靠單個(gè)企業(yè)自身的努力要想實(shí)現(xiàn)跨越式技術(shù)進(jìn)步顯得尤為艱難。從高強(qiáng)度鋼板熱沖壓技術(shù)的發(fā)展之路看出，任何核心技術(shù)不掌握在自己手中，都將受制于人。因此，必須擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)有技術(shù)，才是中國(guó)汽車(chē)工業(yè)及裝備制造業(yè)全方位發(fā)展的前途所在。

　　熱沖壓是相對(duì)比常見(jiàn)的冷沖壓成形而言，為了克服高強(qiáng)度鋼板冷成形的困難，熱沖壓須將鋼板加熱實(shí)現(xiàn)相變?cè)贈(zèng)_壓成形并進(jìn)行淬火，從而獲得更高的強(qiáng)度、抗變形性與硬度，能夠成形抗拉強(qiáng)度高達(dá)1600-2000MPa的零部件，可組焊成高強(qiáng)度駕乘單元，承受5噸以上的靜壓而不損壞。采用這種相對(duì)于超高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件，可明顯提高汽車(chē)的碰撞安全性，同時(shí)通過(guò)減小壁厚或截面、減少汽車(chē)裝配環(huán)節(jié)中的零部件的數(shù)量尺寸，從而實(shí)現(xiàn)輕量化。正因?yàn)闊釠_壓的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，才使得高強(qiáng)度鋼熱沖壓技術(shù)正受到全球汽車(chē)廠(chǎng)商和鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的的青睞和極大關(guān)注。

　　熱沖壓不單是簡(jiǎn)單的“冷轉(zhuǎn)熱”過(guò)程，涉及到了十分復(fù)雜的金屬材料熱—力—相變多物理場(chǎng)耦合和多尺度問(wèn)題以及熱邊界摩擦非線(xiàn)性力學(xué)問(wèn)題。高強(qiáng)鋼板熱沖壓的復(fù)雜性要克服熱沖壓缺陷的產(chǎn)生：諸如局部過(guò)分軟化－縮頸、破裂，起皺，馬氏體轉(zhuǎn)化不均勻等，還要實(shí)現(xiàn)最佳的奧氏體-馬氏體化溫度、最佳模內(nèi)冷卻速率、最佳成形壓力、最佳保壓時(shí)間等優(yōu)化問(wèn)題，這就需要從宏觀(guān)和微觀(guān)尺度進(jìn)行諸如成形性分析、服役性能等進(jìn)行深入研究和技術(shù)積累。

　　廣泛采用22MnB5高強(qiáng)度硼鋼是目前從材料上實(shí)現(xiàn)熱沖壓的一種最優(yōu)選擇。該鋼種初始抗拉強(qiáng)度介于400MPa～600MPa之間，無(wú)論是熱軋還是冷軋板材產(chǎn)品均可在奧氏體化后通過(guò)快速淬火處理得到馬氏體組織，實(shí)現(xiàn)熱沖壓成形生產(chǎn)。目前市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的熱沖壓板材以歐洲Arcelor公司出產(chǎn)的帶Al-Si涂層的USIBOR1500及改型批次為代表，產(chǎn)品厚度為0.7mm～2.4mm不等。帶涂層的熱沖壓鋼板由于表面有效隔絕空氣與鋼鐵接觸，在熱沖壓過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生大量氧化皮，表面質(zhì)量好，后續(xù)幾乎不需噴丸工序，但涂層易與加熱爐中磁輥粘結(jié)。無(wú)涂層的鋼板由于具有大量氧化皮，后續(xù)需要噴丸處理，但不會(huì)與加熱爐中磁棍粘結(jié)，二者各具利弊。其他諸如日本新日鐵、神戶(hù)制鋼、韓國(guó)浦碩鋼廠(chǎng)也正積極開(kāi)發(fā)生產(chǎn)用熱沖壓鋼板。國(guó)內(nèi)寶鋼開(kāi)發(fā)的冷軋B1500HS、熱軋BR1500HS也已實(shí)現(xiàn)批量供貨，通鋼、鞍鋼等鋼鐵企業(yè)也正積極投入相關(guān)熱沖壓鋼板開(kāi)發(fā)中。

　　根據(jù)實(shí)際零部件加工難易程度、成形順序等工序，熱沖壓工藝分為一次成形和二次成形方式。直接沖壓工藝是指高強(qiáng)度鋼板板料加熱到奧氏體化溫度并保溫一段時(shí)間后，直接放入具有冷卻系統(tǒng)的模具里進(jìn)行沖壓成形及淬火，一次成形，但需要增加激光切割設(shè)備，其主要優(yōu)點(diǎn)有二：

　?。?）板料在一套模具中進(jìn)行沖壓成形及淬火，節(jié)省了預(yù)沖壓成形模具費(fèi)用并加快了生產(chǎn)節(jié)奏。

　?。?）材料被加熱前為平板料，這樣不僅節(jié)省了加熱區(qū)面積進(jìn)而節(jié)省能源，而且可以選取多種加熱方式，例如可以采取感應(yīng)和輻射加熱爐進(jìn)行奧氏體化加熱。

　　二次成形過(guò)程是通過(guò)將一次成形并切邊的零件再進(jìn)行加熱—定形—淬火，最終可獲得減少激光切邊成本的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，最主要的優(yōu)點(diǎn)是可進(jìn)行更復(fù)雜形狀的車(chē)體結(jié)構(gòu)件沖壓成形。板料預(yù)沖壓成形后，后續(xù)熱沖壓成形工藝不需要過(guò)多考慮板料高溫沖壓成形性能，可確保板料充分淬火得到所需要的馬氏體組織。板料預(yù)沖壓成形后可以進(jìn)行修邊、翻邊、沖孔等工藝加工，避免板料淬火硬化后加工困難問(wèn)題。但由于增加了二次模具冷卻，其不可避免的增加了制造過(guò)程中的模具成本。兩種不同工藝的比較如圖2所示。圖2左側(cè)所示為一次成形的過(guò)程和沖壓件，右側(cè)所示為二次成形的過(guò)程和沖壓件。

　　高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形生產(chǎn)線(xiàn)是實(shí)現(xiàn)這一先進(jìn)成形技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。熱沖壓成形技術(shù)特征決定了它不同于常規(guī)沖壓的裝備及關(guān)鍵技術(shù)，它是將落料、加熱、防氧化、沖壓、淬火冷卻、切形和噴丸處理等為一體的綜合制造集成加工系統(tǒng)，是體現(xiàn)機(jī)械加工、電控和材料化工緊密交叉的國(guó)際前沿高新技術(shù)。

　　目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的5條熱沖壓生產(chǎn)線(xiàn)全部為高價(jià)進(jìn)口的國(guó)外生產(chǎn)線(xiàn)（如寶鋼、上海卡斯瑪?shù)龋?，用于?guó)產(chǎn)速騰、奧迪等幾款轎車(chē)核心零部件生產(chǎn)（如A柱、B柱、前后保險(xiǎn)杠等），耗資巨大，造成市場(chǎng)成本居高不下。

　　上述“瓶頸”問(wèn)題的根本解決之道需要我們立足于自主開(kāi)發(fā)和制造主要設(shè)備及模具，自主研發(fā)具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效率熱沖壓裝備生產(chǎn)線(xiàn)，才能不受制于人。對(duì)于以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)而言，熱沖壓成形生產(chǎn)線(xiàn)裝備主要包括4大部分：滿(mǎn)足快速合模、保壓要求高速專(zhuān)用液壓機(jī)；具備最優(yōu)冷卻回路設(shè)計(jì)及滿(mǎn)足成形工藝要求的水冷模具；保證定位精度的具備防氧化、節(jié)拍可控的專(zhuān)用加熱爐；具備中央可控聯(lián)調(diào)功能的自動(dòng)化傳輸系統(tǒng)。

　　其中生產(chǎn)線(xiàn)中央集成控制成套裝備和熱沖壓零件質(zhì)量穩(wěn)定性控制是衡量和評(píng)價(jià)熱沖壓生產(chǎn)線(xiàn)品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化之路的重中之重。

　　目前，國(guó)內(nèi)以長(zhǎng)春偉孚特汽車(chē)零部件有限公司為代表的高科技企業(yè)，開(kāi)展了產(chǎn)學(xué)研全面合作，已打破國(guó)外公司的技術(shù)壟斷，建立了熱沖壓高強(qiáng)度鋼板在成形過(guò)程中的熱-力-相變多物理場(chǎng)耦合本構(gòu)理論和動(dòng)力顯式彈塑性大變形有限元算法。自行成功研制出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的節(jié)能型高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成套技術(shù)、仿真軟件和批量的自動(dòng)化生產(chǎn)裝備線(xiàn)。在保證高技術(shù)附加值的基礎(chǔ)上具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　已經(jīng)研究了高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成套自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)和制造工藝中的各種關(guān)鍵技術(shù)，已能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)汽車(chē)主機(jī)廠(chǎng)（奇瑞、一汽等）小批量生產(chǎn)熱成形件，具有突出的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。目前正在開(kāi)展汽車(chē)A柱、B柱、車(chē)頂構(gòu)架、車(chē)底通道框架、前后保險(xiǎn)杠以及車(chē)門(mén)防撞梁等熱沖壓件的模具設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)準(zhǔn)備。

　　高強(qiáng)度鋼板熱沖壓技術(shù)具有巨大的市場(chǎng)前景和生命力，但在成形過(guò)程和熱處理過(guò)程中仍存在各種技術(shù)問(wèn)題，如：熱軟化、破裂、馬氏體轉(zhuǎn)換的不均勻性、塑性變形能力低、表面氧化等。另一方面，由于高強(qiáng)度鋼板熱沖壓技術(shù)還處于起步階段，還有很多產(chǎn)業(yè)化實(shí)際問(wèn)題需要解決和完善，例如制造工藝參數(shù)優(yōu)化、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、熱沖壓成形過(guò)程微觀(guān)機(jī)理研究、采用非鍍層鋼板時(shí)需要進(jìn)行噴丸處理及激光切割成本偏高等等。因此，熱沖壓技術(shù)今后將朝著高效率、低成本、強(qiáng)韌化、防氧化方向發(fā)展。首先需要研究解決“試錯(cuò)”問(wèn)題，這是提高技術(shù)的效率和降低成本的關(guān)鍵手段之一。力學(xué)、機(jī)械、化學(xué)和材料科學(xué)工作者緊密合作，多學(xué)科交叉融會(huì)將為解決強(qiáng)韌化和防氧化問(wèn)題提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保證。