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      摘要：該文以汽車、航空與航天領(lǐng)域?qū)p量化提出苛刻的要求為背景，系統(tǒng)介紹超強(qiáng)鋼板熱壓成形工藝及裝備，熱沖壓成形鍛壓設(shè)備朝著高效、節(jié)能、高可靠、高精度、智能化方向發(fā)展。

     0 、引言

     隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，航空與航天領(lǐng)域?qū)p量化也提出苛刻的要求。選用像鎂鋁等輕合金、高強(qiáng)度鋼板是最直接的。采用超高強(qiáng)度鋼板來制造車身零件是同時(shí)實(shí)現(xiàn)車體輕量化和提高碰撞安全性的最好途徑。

     尤其是超高強(qiáng)度汽車板在常溫下的變形范圍很窄，采用此法沖壓高強(qiáng)度汽車板時(shí)，沖壓過程中需要的沖壓力大且容易開裂，產(chǎn)生過量回彈。自從瑞典的Plannja公司提出“熱沖壓（Hot stamping）”這項(xiàng)技術(shù)并申請(qǐng)專利后，熱沖壓技術(shù)可以解決這兩個(gè)問題，同時(shí)可以使沖壓后的成品抗拉強(qiáng)度得到大幅度提高，該技術(shù)在汽車制造業(yè)逐漸得到廣泛的應(yīng)用。液壓機(jī)是一種重要的成型加工機(jī)床，它以液體作為工作介質(zhì)傳遞能量來實(shí)現(xiàn)各種壓力加工工藝，廣泛應(yīng)用于航空航天、竣工、造船、核電和汽車等制造領(lǐng)域。液壓機(jī)在一定程度
上能反映出一個(gè)國家機(jī)械制造的水平，在國民經(jīng)濟(jì)中起著重要作用。

     單一車型大批量持續(xù)生產(chǎn)正被車型多樣化、中小批量生產(chǎn)所取代，鑒于以上原因，高強(qiáng)度板熱沖壓成形液壓機(jī)及生產(chǎn)線具有廣泛的市場前景。

     1 、板材熱成形的技術(shù)原理及現(xiàn)狀

     圖1 熱成形工藝圖

     目前我國對(duì)于高強(qiáng)鋼板的成形，主要依靠引進(jìn)國外的熱沖壓生產(chǎn)線。國際上熱沖壓生產(chǎn)線主要供應(yīng)商有：德國SCHULER、瑞典AP&T、德國NEFF-Cartec、西班牙公司、英國諾芝公司等。

     為了應(yīng)對(duì)汽車制造商及其供應(yīng)商對(duì)沖壓硬化零件的強(qiáng)勁需求，舒勒公司開發(fā)出了“ 壓力控制淬火”（PCH）技術(shù)，通過顯著增加接觸壓力并優(yōu)化模具，舒勒公司已成功大幅度減少循環(huán)時(shí)間。

     圖2 昌飛的英國諾芝250 噸熱成形壓力機(jī)

     金泰集團(tuán)研制了中國首條自動(dòng)化熱沖壓成形生產(chǎn)線，該設(shè)備突破了熱成型設(shè)備研制的諸多關(guān)鍵技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)該類設(shè)備整機(jī)研制的空白。

     應(yīng)用尚處于起步階段，無錫藍(lán)力、天津鍛壓、合肥鍛壓等先后在國內(nèi)推出了各自研發(fā)的熱壓成形機(jī)，由于其精密、高效節(jié)能等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，很快得到推廣應(yīng)用，但與先進(jìn)國家相比差距都很大。

      2、 板材熱成形裝備主要研究內(nèi)容及研發(fā)的裝備

      1）主要研究內(nèi)容

     （1）設(shè)備合理傳動(dòng)方案的確定。

     通過實(shí)驗(yàn)得出的材料熱物理性能和有限元分析技術(shù)，可通過計(jì)算仿真模擬獲得熱成型機(jī)的穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)溫場的溫場分布及其變化情況，滿足其承受熱負(fù)荷的要求。考慮到熱成型機(jī)用壓力機(jī)與常規(guī)壓力機(jī)相比，其工作臺(tái)面大，合理布局其液壓缸或連桿數(shù)量與位置，使其滑塊具備良好的均勻變形、剛度及強(qiáng)度。

    （2）高速液壓機(jī)柔性切換技術(shù)。

    （3）熱成型設(shè)備實(shí)時(shí)溫場自動(dòng)控制技術(shù)。鑒于高強(qiáng)度鋼板及鈦合金等熱成形時(shí)，對(duì)變形速度、壓力和位移精度控制要求高，因此必須是計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)應(yīng)用于其中，并建立典型材料與不同形狀的工件的板材熱成形的工藝控制數(shù)據(jù)。無錫市藍(lán)力機(jī)床有限公司在國內(nèi)推出了研發(fā)的熱壓成形機(jī)，由于其精密、高效節(jié)能等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，得到用戶的一致好評(píng)，見圖3。
 
     2）研發(fā)裝備
 
   （1）液壓系統(tǒng)主要配置：
 
    ①五缸三級(jí)結(jié)構(gòu)；
    ②伺服電機(jī)直驅(qū)內(nèi)嚙合齒輪泵；
    ③雙差動(dòng)驅(qū)動(dòng)加蓄勢(shì)器驅(qū)動(dòng)；
    ④單獨(dú)的液壓墊控制系統(tǒng)、提高效率；
    ⑤軟起效應(yīng)：伺服驅(qū)動(dòng)器控制可以減少開模振動(dòng)，系統(tǒng)發(fā)熱量減少，油溫穩(wěn)定，延長模具和液壓系統(tǒng)的使用壽命，可為客戶節(jié)省了維護(hù)的費(fèi)用。

     圖3 無錫藍(lán)力8000kN 板材熱沖壓成形壓力機(jī)

    （2）電液系統(tǒng)：

    ①上位機(jī)觸摸屏加伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)油泵實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力、速度的半閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)滑塊的驅(qū)動(dòng)，速度轉(zhuǎn)換平穩(wěn)，無振動(dòng)及沖擊；
    ②通過壓力檢測(cè)傳感器與伺服電機(jī)形成閉環(huán)控制回路，線性度高，精度小于0.1MPa，提高了壓力精度；
    ③壓力通過觸摸屏設(shè)定，通過PLC程序控制，自動(dòng)化程度高；
    ④滑塊和液壓墊采用直線位移傳感器進(jìn)行檢測(cè)和控制；
    ⑤模具參數(shù)存取及模具自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。

     （3）設(shè)備主要性能特點(diǎn)：
 
    ①滑塊快降速度：400～700mm/s，采用伺服柔性切換技術(shù)，減少?zèng)_擊，實(shí)現(xiàn)快降；
    ②工作速度：伺服泵控系統(tǒng)，提高速度，減少裝機(jī)功率；小噸位時(shí)可采用壓力分級(jí)，通過壓力分級(jí)工作速度可達(dá)100mm/s，提高效率；
    ③滑塊回程速度：300～600mm/s；
    ④差動(dòng)控制方式，實(shí)現(xiàn)低裝機(jī)功率條件下的高⑤換模移動(dòng)臺(tái)、模具夾緊器、模具參數(shù)存取、模具識(shí)別等功能減少換模時(shí)間。

     3 、結(jié)論

    依據(jù)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，熱沖壓成形鍛壓設(shè)備朝著高效、節(jié)能、高可靠、高精度、智能化方向發(fā)展。為新材料、航空航天、機(jī)器人、低碳新能源等高新技術(shù)領(lǐng)域裝備及汽車、鐵路及電力裝備的設(shè)計(jì)制造提供綠色智能裝備。