汽车高强度钢（HI-TEN材）冲压问题点及应用案例对策分析

视频1：汽车用高强度钢（HI-TEN材质）

冲压成形问题分析及应用案例对策

（日文发音，中文字幕）

▼

汽车车身材料主要是金属薄钢板，一般厚度为0.6~2.0mm。

随着品种的发展和不断更新，高强度钢板越来越多地应用于汽车车身。 高强度钢板强度高，可以相对减少汽车的材料使用量，减轻汽车的重量，提高燃油效率。 高强度钢板在汽车车身上的广泛应用，对于实现汽车轻量化、节约能源、保护环境、延长车身寿命、提高汽车碰撞性能和安全性能具有重要意义。

1、高强度钢板的性能

一般来说，屈服强度σs小于250MPa的钢板称为普通钢板，屈服强度σs大于250MPa的钢板称为普通钢板。

250MPa钢板称为高强度钢板。 高强度钢板与普通钢板除了屈服强度有明显差异外，在抗拉强度、应变硬化指数、厚度各向异性指数等方面也有差异。

从上表可以看出，高强度钢板的屈服强度σss和抗拉强度σbbb远高于普通钢板，但应变硬化指数n和厚度各向异性指数r很低。 因此，高强度钢板的成形性能比普通钢板差，成形极限比普通钢板小。 在冲压过程中，高强度钢板虽然与普通钢板一样存在开裂、起皱等问题，但由于σss和σbbb较高，n、r值较低，影响模具附着力的几何缺陷和成形性问题更加突出。 因此，高强度钢板更容易出现回弹、扭曲等冲压件尺寸精度问题。

2、高强钢容易出现的尺寸精度问题

2.1 反弹

回弹是指曲棱柱的两个相邻面之间的角度与模具表面的角度不一致的现象。 弯曲成形过程中，弯曲圆角外侧的材料因伸长而产生拉拔应力，而弯曲圆角内侧的材料则受到压缩，产生压应力。 但零件脱模后，由于板厚内外的弹性变形和应力释放，产生力矩，角度发生变化。 如图1所示。

2.2 侧壁翘曲

侧壁翘曲是指侧壁的平面变成曲面的现象。 在零件侧壁的圆角处，圆角内侧的板材受到压应力，产生压缩变形，圆角外侧的板材受到拉应力，产生拉深变形。 零件脱模时，由于残余弹性变形和板厚应力的差异，导致零件侧壁圆角处侧壁角度向外变化。 同样，在零件侧壁的下圆角处，侧壁的角度向内变化，而凸缘的角度向下变化。 在上下力矩的作用下，零件的侧壁产生翘曲和凹形。 如图2所示。

2.3 畸变

扭转是指垂直于纵轴的两个截面发生扭转的现象。 它是板厚方向应力差和面内应力的结果。 如图3所示。

2.4 棱柱形扭曲

棱形翘曲是指制品棱线与模具棱线的曲率不一致的现象。 在零件的圆角处，圆角内侧的板材受到压应力，产生压缩变形，圆角外侧的板材受到拉应力，产生拉深变形。 零件脱模后，在残余弹性变形和板厚应力差的共同作用下，零件圆角处的棱线发生变化。 如图4所示。

3、控制高强度钢板尺寸精度的措施

高强度钢板尺寸精度控制，不仅需要良好的产品设计，还需要合理的冲压工艺和模具结构设计，以及后续的模具调试工作。

3.1 产品设计

在产品设计开发阶段，应做好高强度钢板冲压件的成形性分析，加强CAE模拟，通过CAE结果不断优化产品的外观结构，避免或降低可能的尺寸精度产品的偏差。 产品外观可以从以下三个方面考虑。

1）产品圆角半径设计合理。 相同材料厚度下，产品圆角半径小，产品回弹、侧壁翘曲小。 但如果圆角半径太小，产品的弯曲区域就会受到太大的应变而导致破裂。 因此，产品圆角半径应与CAE结合起来。 模拟情况，合理设计。

2）产品设计加强筋等形状。 加强筋、凹槽等形状可以改变制品的应力、应变状态，平衡制品的内应力，减少制品的回弹。

3）其他有利于提高尺寸精度的设计。 产品的阶梯式设计可以减少产品侧壁的弯曲，产品后尾部加强形状的设计可以减少产品侧壁的回弹。

3.2 冲压工艺及模具结构设计

产品设计确定后，制定合理的冲压工艺可以提高产品的尺寸精度，减少产品的回弹、扭曲、皱纹等缺陷。 然而，有些工艺方法降低了材料利用率或需要改变现有设备，从而增加了产品开发成本，这就要求必须进行工艺分析，权衡利弊，做出选择。适当地制作。

1）拉深深度应尽可能均匀。 冲压过程中拉深深度均匀，材料流动均匀，有利于后期模具调试和产品尺寸精度的提高。 对于断面深度不一致的产品，应采用补偿的方法，保证拉深深度尽可能一致。 另外，高强度钢板必须比普通钢板拉深更深，以保证最深断面物料流动均匀。

2）产品应尽可能一次性成型。 产品一次成型后，材料应力加强。 二次成型或定型后，产品更容易回弹或扭曲。 因此，高强度钢板应在一次成形过程中尽量成形产品的所有几何形状，避免二次成形。 。

3）增大压边力。 随着压边力的增大，材料通过模口圆角半径的弯曲变形增大，可以减少侧壁翘曲、回弹和扭曲。 但如果压边力过大，则有破裂的危险。

4）采用阶梯式绘图。 阶梯拉深是在模具肩部设定阶梯形状的拉深方法。 在成形的最后阶段，形成该阶梯形状并对纵向壁施加张力以减少侧壁翘曲。

5）回弹补偿控制。 对于高强度钢板产品，在拉深过程中应进行合理的回弹补偿，以吸收产品的回弹，保证产品的尺寸精度。

6）镶件模具结构。 高强度钢板的尺寸精度偏差值往往需要经过模具的多次调试和验证后才能确定。 但高强度钢板的屈服强度和抗拉强度较高，经过反复调试后模具磨损严重。 建议高强度钢板采用堆焊性能良好的块模结构。 块式有利于模具结构的调整，良好的堆焊性能有利于模具局部间隙的调整。 另外，拉深模的圆角半径小，可以减少产品的侧壁翘曲。 正确选择后续的整形和翻边凸模间隙也可以纠正侧壁翘曲。

3.3 模具调试

1）高强度钢板模具一般应先基于CAE模拟进行补偿，然后开发快速模具进行调试。 调试完毕后，应根据修改的数据开发正式模具。

2）不要轻易改变拉延圆角和拉延筋，并注意对称，以利于二次调整回弹。

3）镶件底面蓝油着色率应保证在90%以上。

4）压制面蓝油着色率应在90%以上。 如果凹角可以打开，则应将其打开以避免干扰并确保物料流动平衡。

5）拉深和成型模具调试时尽量采用大的成型力和压边力； 拉深筋圆角和凹模底部圆角尽量加大，防止制品开裂和压边圈起皱、磨损。

4、高强度钢板模具材料

4.1 高强度钢板模具的受力条件

1）高强度钢板的高抗拉强度导致模具在成型过程中承受巨大的工作压力；

2）为防止起皱和回弹，模具承受巨大的压边力；

3）巨大的工作压力和压边力的施加导致模具摩擦力增大；

4）为了防止成型模具起皱和回弹，采用较小的工作间隙，这也导致模具摩擦力增大。

5）高强度钢板的高抗拉强度，导致冲孔过程中模具刃口承受巨大的工作压力；

6）冲裁的瞬时性决定了模具工作刃口承受巨大的交变应力；

7）冲裁过程中，板料的应力集中在切削刃上。 为了顺利完成冲压过程，模具的切削刃需要锋利，并降低刃口强度。

4.2 高强度钢板模具材料的选择

高强度模具的受力特性决定了高强度钢板模具必须具有高耐磨性、高抗粘着性、高抗崩角性、高抗裂性和高塑性变形抗力。 这些性能要求高强度钢板模具材料必须具有高硬度和高韧性的特点。

1）硬度高。 高强度钢板的高抗拉强度要求高强度钢板模具材料具有高的硬度。 较高的模具材料硬度还可以防止产品成型过程中的塑性变形、过度磨损和材料粘附。

2）高韧性。 模具材料具有高韧性，可以防止产品冲压过程中材料过早失效，如开裂、崩刃和疲劳磨损。 合适的模具材料通常根据高强度钢板的屈服强度和产品的厚度来确定。 其中具有良好淬透性和耐磨性的低合金工具钢7CrSiMnMoV和高碳高铬钢Cr12MoV广泛应用于汽车冲压生产。 如表2所示。在实际应用中，还根据产品的难度、冲压工艺等来选择同等或更高性能的模具材料。

另外，还需要根据模具的调试情况和产品的调试状况，选择合适的表面处理方法，如表面镀铬、PVD、TD等。模具表面处理后，表面硬度增加了模具的摩擦系数，降低了摩擦系数，大大提高了模具的耐用度。 使用寿命和产品质量。

5、热成型技术的应用

高强度钢板虽然在汽车冲压生产中得到广泛应用，但始终受到几个方面的制约：产品成型性差，易开裂； 产品成型尺寸精度差，容易出现各种表面缺陷； 产品成型所需的冲压设备吨位大； 超高强度钢板的制造难度较大。基于此，一些汽车

汽车制造商采用了新的高强度钢板热成型工艺。 工艺措施是将钢板加热到奥氏体温度范围（900℃左右）进行热成型，同时将冲压件在模具中快速冷却，然后进行淬火强化，制造出具有较高抗拉强度的产品。 .热成型技术不仅可以

提高了产品的抗拉强度，避免了高强度钢板容易出现的回弹、翘曲等尺寸精度问题。

热成型技术的应用和推广还有很多工作要做：

1）热成型过程中，材料的性能随温度而变化。 为了保证热成型模拟分析的准确性，必须获得不同温度下的应力应变曲线和材料参数；

2）为了提高碰撞安全分析的准确性，必须研究热成型材料在不同应变率下的应力应变曲线；

3）热成型技术的应用成本较高。 如何提高生产周期、控制加工成型热处理、降低废品率需要深入研究。

六，结论

高强度钢板与普通钢板性能的差异决定了两种产品尺寸精度的差异。 相比之下，高强度钢板更容易出现较大的回弹、侧壁翘曲、扭曲、棱柱翘曲等现象。 高强度钢板的应用只有产品尺寸精度问题控制好才有意义，否则会适得其反。 这对前期的产品设计、冲压工艺及模具结构设计、模具材料的选择以及后期的模具调试提出了更高的要求。 只有不断总结高强钢板的应用经验，提高高强钢板产品的尺寸精度控制，只有应用热成型等新技术，才能使高强钢板产品得到更广泛的应用，才能实现汽车的轻量化。

★参考：汽车用的高强度钢有哪些？

汽车用高强度钢的种类：

1.双相钢（DP钢、双相钢）

2. 复相钢（CP钢、复相钢）

3.相变诱导塑性钢（TRIP钢）

4.马氏体钢（MS钢，马氏体钢）

5、淬火球墨钢（QP钢、淬火分切钢）

6. 孪生诱导塑性钢（TWIP Steel，孪生诱导塑性钢）

7. 硼钢（PH钢或B钢，模压硬化/硼钢）

1.双相钢（DP钢）

★性能特点：

无屈服伸长、无室温时效、屈强比低、加工硬化指数高、烘烤硬化值高。

★典型应用：

DP系列高强度钢是目前结构件的首选钢种，广泛应用于结构件、增强件和防护件。

碰撞碎片。

例如，车底横梁、钢轨、防撞杆、防撞杆加强结构件等。

2、复相钢（CP钢）

★性能特点：

晶粒细小，抗拉强度高。与同级别抗拉强度的双相钢相比，其屈服强度明显更高。

更高。具有良好的弯曲性能、高扩孔性能、高能量吸收能力和优异的翻边成型性能。

表现。

★典型应用：

底盘悬挂件、B柱、保险杠、座椅导轨等

3、相变诱导塑性钢（TRIP钢）

★性能特点：

组织中含有残余奥氏体，具有良好的成形性。 在成形过程中，残余奥氏体会逐渐转变为硬质马氏体，有利于均匀变形。

TRIP钢还具有冲击吸收能高、塑料制品强度高、n值高的特点。

★典型应用：

结构比较复杂的部位，如B柱加强板、前纵梁等。

4.马氏体钢（MS钢）

★性能特点：

屈强比高，抗拉强度高，伸长率相对较低，需要注意延迟开裂的倾向。

具有碰撞吸收能高、塑料制品强度高、n值高的特点。

★典型应用：

冷冲压简单零件和截面相对单一的滚压成型零件，例如保险杠、门槛加强件和侧门防撞杆。

5、淬火球墨钢（QP钢）

★性能特点：

以马氏体为基体相，利用变形过程中残余奥氏体的TRIP效应，获得更高的

具有加工硬化能力，因此比同等级超高强度钢具有更高的塑性和成形性。

★典型应用：

适用于汽车安全件和形状比较复杂的结构件，如A、B柱加强件等。

6.双诱导塑性钢（TWIP钢）

★性能特点：

TWIP钢是一种高C、高Mn、高Al成分的全奥氏体钢。 通过双诱导动态细化，

能够实现极高的加工硬化能力。 TWIP钢具有超高强度和超高塑性，强塑性面积高达

超过50GPa%。

★典型应用：

TWIP钢具有非常优越的成形性和超高强度，适用于需要拉拔和胀形性能的材料。

高要求零件，如形状复杂的汽车安全零件和结构零件。

7、硼钢（PH钢或B钢）

★性能特点：

超高强度（拉伸强度大于1500MPa），有效提高碰撞性能，使车身更轻； 零件形状复杂，成型性好； 尺寸精度高。

★典型应用：

安全结构件，如前后保险杠、A柱、B柱、中央通道等。

★汽车用高强度钢的一些典型牌号

上述文章的视频可以通过以下方式观看：

下载高清版本在电脑上观看

▼

下载完整版盖章资料