汽車輕量化已經(jīng)成為世界汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然道路。作為多種新型成形工藝之一，熱成形技術助力汽車輕量化的發(fā)展，已越來越多地獲得汽車生產(chǎn)廠商的關注，可預見未來10年熱成形技術在我國汽車行業(yè)將有更多的應用。
在汽車業(yè)界，對于熱成形技術的優(yōu)劣，以及其是否符合汽車產(chǎn)業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展的要求，還有很多見仁見智的不同看法。為此，上海市汽車工程學會聯(lián)合中國汽車工程研究院、材料成形與模具技術國家重點實驗室、軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室共同舉辦了“現(xiàn)代汽車制造系列論壇——2013中國汽車行業(yè)發(fā)展與熱成形技術論壇”。論壇旨在集合國內從事高強度鋼熱成形研究與應用的企業(yè)，共同就汽車行業(yè)目前及未來需要解決的技術難題一一探討，攻堅克難，從而對熱成形技術在汽車行業(yè)的應用和發(fā)展有一個正確的認識。
國內汽車熱成型技術現(xiàn)狀
中國汽車工程研究院副總工程師馬鳴圖先生表示，汽車工業(yè)發(fā)展、汽車產(chǎn)量增多、汽車保有量的加大帶來了三大問題：油耗、環(huán)保和安全，針對這三大問題，各國都制定了相應的法規(guī)。除了改善發(fā)動機效率、傳動系統(tǒng)效率與汽車風阻等提高燃油經(jīng)濟性的措施之外，輕量化是必不可少的手段。輕量化和汽車安全功能的提升導致高強度鋼的應用，特別是熱沖壓成形在超高強度用鋼的生產(chǎn)和應用，輕量化的同時，保證了汽車的安全性。
高強度鋼應用中的問題有：成形性尚需進一步改進；回彈；成形模具的壽命需要提升；連接方法或點焊后的評價方法；設計準則；數(shù)據(jù)需要積累，數(shù)據(jù)庫需要建立。既要改善高強度鋼的成形性，又要獲得制件的超高強度，熱沖壓成形技術就應運而生。
2008-2010年之間，國外大約有110條熱沖壓生產(chǎn)線，主要分布在美國、德國、日本、法國、西班牙、瑞典等國家。中國僅有5條生產(chǎn)線，分別是長春BENTLER、昆山GESTAMP，上海BENTLER、上海嘉定COSMA及上海寶鋼。熱沖壓生產(chǎn)線大多由瑞典AP&T公司及德國Shuler公司提供，兩家公司幾乎壟斷了全球所有的熱沖壓成形生產(chǎn)線市場。隨著熱沖壓成形技術的不斷發(fā)展，國內熱沖壓生產(chǎn)線的數(shù)量也不斷上升，目前已建成的熱沖壓成形生產(chǎn)線有近40條，主要分布在東北、華北和華東地區(qū)。除此之外西南、東南、華中等地區(qū)也有熱成形生產(chǎn)線建設計劃，預計到2014年，中國將會有超過40條熱沖壓成形生產(chǎn)線，遍布全國各地。
熱沖壓成形技術、裝備、材料、工藝圍繞著熱沖壓成形零件功能的提升，質量的可靠性、一致性、成本的下降、性價比的提升等方面在迅速發(fā)展，尤其是在中國，熱成形產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，針對相關問題應進行深入研究，逐步形成中國熱沖壓成形的專有技術，滿足中國熱成形產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，趕上和超過國際先進水平。
上海汽車集團股份有限公司技術中心車身部總監(jiān)邱國華介紹了熱沖壓技術在汽車車身上的應用。他表示，歐系和美系車熱沖壓件應用相對較多，日系車熱沖壓件應用相對較少。全球主流新車型都使用熱沖壓技術，個別車型熱沖壓件應用比例較高。目前普遍應用的是等厚、等強度板熱沖壓技術。軋制差厚板、激光拼焊板、補丁板熱沖壓技術正逐步推廣應用。
熱沖壓技術應用的主要問題有：
(1)CAE分析能力：目前難以準確描述軋制差厚板和變強度板的性能，導致CAE分析精度不高。
(2)零部件成本高：現(xiàn)階段熱沖壓Al-Si鍍層鋼板、軋制差厚板和激光拼焊板全部從國外進口，增加了原材料成本，同時沖壓件成本都比冷沖壓高很多。
(3)原材料來源少：現(xiàn)階段Al-Si鍍層等厚鋼板和激光拼焊板受專利保護，只有一家國外供應商提供，軋制差厚板也只有一家德國供應商提供。
(4)軟模件質量差：用不帶鍍層的鋼板加工快速軟模零件時，由于加熱階段不帶保護氣氛，導致零件表面質量很差；模具不帶冷卻管道，導致零件性能的穩(wěn)定性無法保證。
熱成形技術解決方案
上海賽科利汽車模具技術應用有限公司技術中心副科長劉磊超先生對熱成型中先進模具的制造技術應用做了演講。他表示，在高溫狀態(tài)下，雖然板料具有較好的流動性，但是抗拉強度大大降低，不宜采用拉延工藝，基本以成形工藝為主。在制定沖壓工藝時，板料總體的流動方向為由內及外，壓邊圈只起到輔助材料成形的作用。對于外形復雜的零件，需要在局部設計壓料板，控制材料流動，確保成形結果。材料在高溫狀態(tài)下，流動應力與應變、應變速率和溫度三個因素相關，導致熱成形CAE模擬的一致性低于冷沖壓，需要結合調試經(jīng)驗進行修正。板料與模具間的接觸熱阻與兩者間的壓力和間隙緊密相關，CAE模擬需充分考慮該影響因素。 研究表明，材料的冷卻速度不同，體積的膨脹量和收縮量不同。在熱成形過程中，同一零件上的不同部分，由于與模具的接觸順序和狀態(tài)有差異，導致不同部分材料的膨脹量不同，從而導致最終零件扭曲變形。因此需要依據(jù)實際經(jīng)驗，對模具型面進行補償，以得到尺寸合格的零件。
熱成形模具鋼一般采用熱作模具鋼，需要具備足夠的紅硬性、高溫耐磨性和導熱性能。熱導率越高，傳熱速度越快，能達到較高的生產(chǎn)節(jié)拍，但是往往硬度和耐磨性比較差，需要綜合生產(chǎn)綱領、生產(chǎn)節(jié)拍、材料價格等因素，選用適當?shù)哪＞卟馁|。熱成形模具含有冷卻水道，鑲塊需要整體熱處理，因此需要合理安排深孔鉆、熱處理、2D/3D加工、粗/精加工、組合加工等制造、裝配工藝，實現(xiàn)工藝流程的最優(yōu)化。
雖然熱成形零件得到了大量應用，但是行業(yè)競爭也越來越激烈，產(chǎn)品價格一路下降，這對零件和模具的開發(fā)提出更高的要求，推動技術不斷進步。 TRB(柔性軋制板)/TWB(拼焊板)/Patch(補丁板)的熱成形零件，需要針對工藝特點，設計沖壓工藝和模具結構，以滿足質量要求。
本土汽車熱沖壓成形應用
奇瑞汽車工程中心材料工程部部長孫衛(wèi)健先生介紹了熱成形技術在奇瑞汽車上的應用。他表示，熱成形鋼通過高溫加熱，實現(xiàn)材料組織轉變與零件成型同步，解決了超高強度鋼成型問題。熱成形技術的優(yōu)勢在于：得到超高強度的車身零件；減輕車身重量；提高車身安全性、舒適性；改善沖壓成形性，制回彈，提高零件尺寸精度；高溫時材料屈服強度降低，對沖壓所需壓機噸位的要求也相應降低；提高焊接性、表面硬度、抗凹性和耐腐蝕性。而熱成形技術的不足在于：設備投資大(冷卻系統(tǒng)、步進爐、激光切割)；模具設計和加工復雜，制造、保養(yǎng)成本高；零件單件成本相對較高；零件連接技術提出了新的挑戰(zhàn)。
隨著汽車環(huán)保和安全法規(guī)的日益嚴格，熱成形已被各大汽車廠廣泛采用。奧迪A3達到21.7%，占骨架重量比的26.4%，是迄今有資料顯示的熱成形用量最高的車型。奇瑞一直重視熱成形技術的應用，來實現(xiàn)安全與輕量化的平衡。已開發(fā)的熱成形零件有B柱加強板、Door Beam、前保險桿橫梁和A柱加強管等。典型案例有艾瑞澤7，應用于A柱、B柱、門防撞板、前擋板加強橫梁等7個零部件，熱成型應用總體實現(xiàn)減重8.6kg，顯著提高整車的安全性。從結構上實現(xiàn)B柱頂部與底部性能的差異化，達到TRB、TWB和熱成型局部淬火技術相同的性能。熱成形應用于前擋板加強橫梁，使前碰時防火墻的侵入量得到有效的控制。
目前奇瑞的熱成形應用與奧迪有相同的理念，但是精細的性能設計能力還是存在差距。熱成形部件應用實現(xiàn)“理想載荷傳遞路徑”的構建。車身呈“籠”式，前艙布置了四條縱向能量流吸收和傳遞通路，兩條連通前后保險桿的縱向大梁。此外，A柱、B柱、前門防撞板采用超高強度的熱成形鋼板，其實際抗拉強度超過1500MPa。這種設計使得在前碰時確保了座艙的完整性，提高安全性。超高強度熱成形鋼板在A柱、B柱、前門防撞板上的運用以及設計的合理性，減少了側碰時車身的侵入量，提高了碰撞安全性。由此可見，自主品牌產(chǎn)品技術實力提升，對新技術的需求更為迫切。
