热冲压加工成形的加热炉和加热方式

在热冲压成形的加热方式中，除了上述两种类型炉子采用辐射加热外，目前的加热方式还有直接通电加热，但这种加热方式只适合于形状规则、简单的板坯，铝硅镀层板由于加热速度快，镀层还有发生微裂纹的危险。对于扭力梁这类工件，采用这种加热方式具有热效率高、投资小、工艺过程简单、控制容易等优点。直接通电加热的有关工艺尚需进一步的试验和验证。另一种是感应加热，同样适合于形状简单的板坯，但需要有感应发生器和感应圈，对强度柔性分布的板坯的局部加热，这类加热方式有一定的优势。以上这两种加热方式，加热效率高，加热速度快，但目前在实际生产中的应用报道很少。

为了满足汽车轻量化和安全碰撞的要求，既要有高的强度，防止碰撞时构件侵入伤害乘员，又要满足工件的吸能要求，对某些安全件提出了强度的柔性分布的要求，即一定强度的高吸能部分和超高强度部分的有机融合，由此发展了一系列的强度柔性分布工艺技术，包括模具局部控制的冷却技术、模具局部的加热技术、工件的局部加热技术、工件的“热打印”或“冷打印”技术、激光拼焊板技术、差厚板技术。每种技术都应该有相应的模具结构相匹配。

热冲压成形模具较为复杂，既保证成形，又要使成形后的构件在模具中进行淬火，得到超高强度的构件。这类模具除具有成形功能外，还具有冷却功能；模具设计制造涉及到金属学、相变、流体力学、传热学等多个学科。模具的功能和受力模式也较复杂，目前正围绕模具的失效、模具的延寿、高导热性的模具材料的开发、模具的设计和计算机模拟技术、低成本的简易模具的制造技术等方面进行相关的开发和研究。2017年5月，在美国亚特兰大举行的第六届国际热冲压成形会议上，提出为降低激光切割成本，采用热冲压级进模的新工艺技术，对模具提出了更高的要求，但进入实用阶段，尚有诸多技术工作有待完善。

热冲压成形零件的检测评价包括：⑴零件形状的检测，要满足热成形零件设计的公差要求。⑵基本力学性能（包括高速拉伸性能）和组织的检测，满足所用钢种淬火、低温回火组织的性能和显微组织的要求。由于热成形后的零件强度性能很高，在进行热成形力学性能测试时，要特别注意屈服强度、抗拉强度、延伸率的测试方法和可靠性，使所得的数据与组织能够自洽和互洽，还要特别注意不同批次零件的不同部位强度性能的分布和零件要求的一致性、重现性、稳定性。⑶冲压零件的功能检测，包括按零件的受力模式进行冷弯等功能检测。⑷零件实物碰撞的检测，其结果应与计算机模拟相对应。在进行这些检测时，应特别注意零件的失效模式和零件的基本力学性能检测结果、碰撞吸能等数据是否相容。

近年来，已有相关超高强度钢和热成形零件氢脆和发生延迟断裂的报道，有的是热成形零件预压后室温停放发生断裂的，经分析是氢和应力引起的典型的延迟断裂，有的是在使用过程中由于安装应力产生的断裂，也是氢和应力综合引起的延迟断裂。随着超高强度热成形零件应用的增多，这类问题越来越引起汽车工业界和热成形领域内有关研发人员的关注。目前，该领域内相关问题的研究包括原材料中引起延迟断裂的原子氢的含量及其测试方法；在确定原子氢的含量后，发生断裂的零件中的应力值；对延迟断裂失效模式的评价方法，发生失效的预测；材料的强韧性与延迟断裂之间的关系；为避免发生延迟断裂，在材料的冶金过程、热成形工艺过程中，应该采取什么措施等。上海交大、中国汽研、华科大利用国家自然科学基金重点研发项目正在进行一些相关研究工作，希望有关结果能对以上问题的解决提供帮助。

点焊工艺对低强度零件已有普遍应用，工艺也较成熟。对超高强度零件的点焊及其评价方法尚有待完善。常用的点焊评价方法是剪切拉伸和十字拉伸，评价点焊接头在准静态负荷模式下的焊点的质量和失效模式。对大量汽车碰撞后的高强度结构件点焊的焊点失效观察表明，不少焊点是发生焊点拔出和纽扣的分离。通常情况下，焊接工艺的制定是以准静态试验结果为依据的。高强度钢和超高强度钢主要做结构件和车身安全件，它们在碰撞时的失效模式是在高应变速率下发生的，原用准静态下对点焊质量的评价结果已不能表征在冲击载荷模式下焊点的质量和失效抗力，为此东北大学和中国汽研研究了冲击载荷下焊点的剪切和拉伸的失效吸能的评价方法和相关设备，结果表明在冲击载荷下，如焊点的失效为纽扣分离、纽扣拔出、焊点的撕裂，三种失效模式的冲击吸能分别为10J、8J和110J。不同的失效模式的冲击吸能相差一个数量级，用冲击下的焊点吸能和失效模式来确定点焊参数比准静态下更能反映点焊的失效本质，有关这方面的问题尚待进一步深入研究。

以上就目前所了解的关于热冲压成形的热点问题，进行了讨论和分析，不少观点仅系个人的看法。虽然近年来本人在该领域和有关单位合作，并在国家项目的支持下，开展了一些研究，取得了一定的进展，但全面解决热冲压成形的上述问题，还需行业内的有关企业和专家共同努力，对有关热点问题和焦点问题共同讨论，提出解决办法。热冲压成形涉及各个领域，如力学、结构、材料、相变、传热等学科，解决上述问题需要产学研用相结合，协同创新，共同推进该领域的技术进步，为中国汽车工业的轻量化和安全水平的提升做出新的贡献。与此同时，中国的热冲压成形也会得到更快的发展，逐步形成有中国特色的装备、工艺和技术。