冲压速度对热冲压工艺的影响分析

在热冲压成形过程中，冲压速度也是影响冲压过程和最终零件性能的重要因素。同时，高温条件下板料表面硬度不高，容易产生冲击线等成形缺陷。另外，由于高温板料的表面存在细小的氧化层颗粒，高速运动的模具引起的气流一旦将这些高温颗粒吹向操作人员，将带来安全隐患。

在相同的成形初始温度下，冲压速度越大，板料成形结束时所达到的最低温度值越高。这是由于当成形初始温度相同时，冲压速度的大小决定了冲压成形所需要的时间，而在一定的工艺条件下，板料的温度取决于成形所消耗的时间。冲压速度越大，板料冷却的时间越短，因此结束成形时的最低温度值越高。但是当冲压速度低于20mm/s时，由于板料在冲压过程中已经基本完全冷却，其温度偏低，已经不属于热冲压的研究范围。而且在此温度下，材料的组织转变已经完成，强度大幅度提高，塑性较差，已经不能满足钣金加工的要求。因此，超高强度硼钢板的热冲压成形工艺应尽量避免使用较低的冲压速度^[20]。

同样，冲压速度越大，成形过程中板料塑性越好，对成形就越有利，所产生的应力最大值也就越小。

图6-2所示为冲压速度对B柱零件表面最大主应力的影响^[20]。从中可以看出各温度下板料的成形应力最大值曲线在15～25mm/s之间比较陡峭，随后趋于平缓。这是由于在超高强度硼钢板的热冲压成形工艺中，板料在变形的同时存在淬火效应，金属组织也会发生转变，产生高强度的马氏体组织。根据前期材料热力学性能试验可知，USIBOR 1500超高强度硼钢板的马氏体开始转变温度约在693K左右。当冲压速度在25mm/s以下时，板料在冲压过程中温度已经低于马氏体开始转变温度，板料内发生组织转变产生高强度马氏体，直接导致了最大应力的陡然升高。而当冲压速度在25mm/s以上时，板料最低温度尚未降至马氏体开始转变温度就已经结束成形，故成形最大应力值未发生较大变化。

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图6-2 冲压速度对B柱零件表面最大主应力的影响

随着冲压速度的增大，对于B柱零件，板料减薄率表现为先增大再减少再增大。当冲压速度较小时，零件各部分的温度很快就达到了马氏体转变温度，且均完成了马氏体转变，材料获得了强化，板料不容易变薄。当冲压速度上升时，零件只有局部发生马氏体转变，两处材料强度差异比较大，冲压过程中板料流动不均匀，未发生马氏体转变的材料流动较大，减薄率增大。当冲压速度继续增大，零件表面温度均在马氏体相变温度以上，各处材料强度差异小，板料流动均匀，所以板料减薄率减少。而当冲压速度较大时，板料局部变形不均匀，所以减薄率又随着冲压速度的增加而增大^[14，20]。

随着冲压速度的增大，回弹先增大后减少。在速度较小时，零件局部发生马氏体转变，材料硬度提高，回弹较少。随着冲压速度增大，马氏体转变减少，回弹增加，但当速度增大到零件并没有发生马氏体相变时，此时随着冲压成形速度的增加，板料成形时温度上升，材料流动性增加。和初始成形温度原理类似，成形结束后材料塑形变形在总变形中所占的比例减少，冲压速度越高，回弹量越小。