1前言

當(dāng)今，汽車已經(jīng)成為世界上許多人日常使用的安全便捷交通工具。本文所述的“沖壓加工技術(shù)”是制造現(xiàn)代汽車的重要技術(shù)，并且今后在汽車制造中將會(huì)發(fā)揮更加重要的作用。另一方面，沖壓加工技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步是各相關(guān)業(yè)界協(xié)作的結(jié)果。具體而言就是，與沖壓加工有直接關(guān)系的被加工材、沖壓機(jī)械、模具加工機(jī)械、模具用鋼、熱處理、表面處理、潤(rùn)滑劑、CAD/CAM/CAE系統(tǒng)等眾多業(yè)界的協(xié)作研究開發(fā)，解決了沖壓加工中的成形性、精度、耐久性等問題，使沖壓加工技術(shù)有了今天的進(jìn)步。以下對(duì)包括這些相關(guān)業(yè)界在內(nèi)的沖壓加工技術(shù)進(jìn)步進(jìn)行概述。

2沖壓加工相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步

2.1沖壓加工鋼板材料的進(jìn)步

20世紀(jì)60年代末，日本汽車制造廠用國產(chǎn)最高質(zhì)量級(jí)別材料，用從美國定制的模具進(jìn)行部件試沖壓試驗(yàn)，但無論怎樣調(diào)整模具和沖壓條件，都不能完成沖壓成形。而使用美國提供的材料進(jìn)行試驗(yàn)，就沒有任何問題，可以完成沖壓成形。20世紀(jì)70年代末，日本利用自己獨(dú)創(chuàng)的沖壓工藝，沖制歐洲汽車制造廠同類汽車的部件，順利地完成了沖壓加工。在這個(gè)成功中，日本鋼鐵廠和汽車相關(guān)業(yè)界在互相溝通的基礎(chǔ)上進(jìn)行鋼板材料開發(fā)起了很大作用。此后，形成了日本鋼鐵廠與用戶結(jié)成一體進(jìn)行材料開發(fā)的體制。現(xiàn)在，以日本鋼鐵聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)（JFS）為代表的高質(zhì)量、廉價(jià)的沖壓用鋼板對(duì)沖壓技術(shù)的發(fā)展起了很大促進(jìn)作用。

2.2沖壓加工機(jī)械

日本沖壓加工業(yè)早期使用的沖壓加工機(jī)械各種各樣，有摩擦壓力機(jī)、氣錘、油壓壓力機(jī)、曲柄連桿式壓力機(jī)、曲柄式?jīng)_床等。后來相繼開發(fā)出以曲柄式?jīng)_床為主體并配置搬送裝置的自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線、大型連續(xù)自動(dòng)沖壓機(jī)、十聯(lián)桿壓力機(jī)、伺服壓力機(jī)等成形性好、生產(chǎn)效率高的沖壓加工機(jī)械?，F(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對(duì)這些機(jī)械進(jìn)行統(tǒng)一控制的高效率生產(chǎn)體制。最近為了對(duì)板材進(jìn)行鍛造，使用了高剛性高精度的鍛壓機(jī)。此外，可進(jìn)行多種沖壓加工的、配置緩沖器的數(shù)控油壓機(jī)也實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。

2.3其他

沖壓模具用鋼普遍采用熱處理性、表面處理性優(yōu)良的專用鋼種。并且采用不產(chǎn)生氧化鐵皮和變形量小的真空熱處理等方法對(duì)模具進(jìn)行熱處理。此外，為了應(yīng)對(duì)沖壓產(chǎn)量的增加、沖壓材的高強(qiáng)度化以及對(duì)多種材料進(jìn)行沖壓的需求，開發(fā)出提高模具耐久性的各種涂鍍膜，這些涂鍍膜對(duì)提高沖壓生產(chǎn)效率起了很大作用。但另一方面，涂鍍膜種類過多，給用戶的選用造成混亂。目前正在進(jìn)行涂鍍皮膜評(píng)價(jià)系統(tǒng)的研究。

3沖壓加工技術(shù)現(xiàn)狀

3.1鋼板高強(qiáng)度化的進(jìn)展

為了提高汽車安全性并使汽車輕量化，高強(qiáng)鋼板的用量已經(jīng)達(dá)到車體的60%以上，其最高強(qiáng)度達(dá)到780MPa級(jí)。傳統(tǒng)的以拉延（draw）為主的沖壓加工技術(shù)方法已經(jīng)不能滿足高強(qiáng)鋼板成形精度、沖壓負(fù)荷和模具耐久性等要求。此外，在日系汽車制造推向全球化的過程中，由于高強(qiáng)鋼板供給問題，汽車用鋼板的強(qiáng)度也只能達(dá)到這個(gè)水平。但是，由于汽車輕量化的要求不斷提高，并且高強(qiáng)鋼板供給問題有所好轉(zhuǎn)，所以汽車高強(qiáng)鋼板化有了新的進(jìn)展。

3.2高強(qiáng)鋼板沖壓加工的“form成形”技術(shù)

過去，薄鋼板沖壓成形主要采用拉延成形法，在沖壓加工590MPa級(jí)高強(qiáng)鋼板制作某些沖壓制品時(shí)，出現(xiàn)不能成形的情況。即使可以成形，也發(fā)生嚴(yán)重翹曲和回彈。為此，要對(duì)模具預(yù)留一定的回彈裕量。但是，被沖壓材強(qiáng)度越高，模具的預(yù)留回彈裕量越大，并且一批制品的形狀尺寸差別也越大。因此，預(yù)留回彈裕量的方法不能解決問題。在這種情況下，只能使用高成本的DP和TRIP鋼板。如果這樣仍不能實(shí)現(xiàn)合格的成形，就要降低鋼板強(qiáng)度、增加鋼板厚度。

與上述拉延成形不同，日本沖壓工廠獨(dú)創(chuàng)的“form成形”技術(shù)，在高強(qiáng)鋼板沖壓時(shí)，使沖壓品具有良好的形狀凍結(jié)性。圖1是拉延成形方式與“form成形”方式的比較。form成形加工中，模具中央的凸緣拘束坯料，使周圍坯料自由流動(dòng)、成形。傳統(tǒng)的拉延成形法是將周圍坯料拘束住，使模具中央部位的坯料成形的方法。由于拉延成形的坯料被拘束得多，所以，比較容易對(duì)坯料進(jìn)行控制和進(jìn)行模擬。但拉延成形模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且體積較大。與此不同，form成形的坯料被拘束得少，所以，沖壓中，材料流動(dòng)和成形時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力最小。

圖2是各種成形模具的結(jié)構(gòu)斷面圖。其中的form·拉延成形雖說是兼有form成形和拉延成形優(yōu)點(diǎn)的成形方法，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大，并且其使用效果受到局限。但采用拉延成形和form成形并用的沖壓方法，可以充分發(fā)揮各個(gè)方法的特點(diǎn)，擴(kuò)大可加工的范圍。

3.3form成形的基礎(chǔ)研究

沖壓工藝共有三種：兩級(jí)form成形是分別使用第一次成形模具和第二次成形模具的兩次成形方法；一次form成形使用的是前述第二次成形模具的一次成形方法；沖壓成形是拉延成形的一次成形方法。圖3是各種成形方法的試驗(yàn)結(jié)果。圖4是各種成形方法制作高強(qiáng)鋼板成形件的形狀凍結(jié)性的比較。坯料強(qiáng)度升高，拉延成形件的形狀凍結(jié)性下降。另一方面，盡管坯料強(qiáng)度升高，但兩級(jí)form成形件仍顯示了良好的形狀精度。比較各種成形方法加工負(fù)荷發(fā)現(xiàn)，兩級(jí)form成形和一次form成形的加工負(fù)荷都小于拉延成形。高強(qiáng)度鋼板成形存在加工負(fù)荷增大的問題，但采用form成形法，可以解決這個(gè)問題。

成形件形狀凍結(jié)性不良和成形負(fù)荷增大的原因是form成形中的“彎曲恢復(fù)”現(xiàn)象。拉延成形中，坯料從凸緣流入時(shí)，坯料在模具的R部被彎曲，此后在模具的縱壁又恢復(fù)成直線，這種現(xiàn)象叫做“彎曲恢復(fù)”。彎曲恢復(fù)導(dǎo)致被加工材的內(nèi)外面產(chǎn)生拉伸和壓縮殘余應(yīng)力。兩級(jí)form成形加工中不發(fā)生彎曲恢復(fù)現(xiàn)象，因此沖壓件幾乎不發(fā)生翹曲而具有良好的形狀凍結(jié)性。一次form成形加工中發(fā)生彎曲恢復(fù)現(xiàn)象，所以沖壓件的形狀凍結(jié)性不如兩級(jí)form成形。此外，發(fā)生彎曲恢復(fù)時(shí)，進(jìn)行沖壓加工需要更大的加工負(fù)荷，所以拉延成形的加工負(fù)荷大。

根據(jù)上述分析可知，form成形法可應(yīng)對(duì)高強(qiáng)鋼板沖壓加工的需要。（慧子）