近年来,为了减轻车体重量,面向日本的汽车越来越多地采用热冲压钢板,比如本田在2011年11月上市的轻型汽车“N BOX”,其车中柱(B柱)的加强件采用了热冲压钢板,且此次是首次在面向日本市场的本田车中采用热冲压钢板(图1),其带来的效果是车重减轻了2kg 。
图1展示的轻型汽车“N BOX”,它属于日版本田车,并且是首款运用了热冲压钢板的,其中柱的加强件同样采用了热冲压钢板。
除非本田在面向日本的其他本田车上广泛采用热冲压钢板,情况就是并非N BOX这般,像2012年11月上市的轻型汽车”N-ONE”,以及2013年6月21日面市的新款混合动力车”雅阁混合动力车”等。N-ONE的中柱加强件运用了热冲压钢板,雅阁混合动力车的中柱加强件以及门槛梁的一部分选用了热冲压钢板,这对减轻车上重量贡献了力量(图2)。
图2展示的是本田新款混合动力车,名为“雅阁混合动力车”中的情况,其中,中柱的加强件采用了热冲压钢板,并且,门槛梁的一部分也采用了热冲压钢板。
马自达是积极采用热冲压钢板的汽车厂商当中的一个,该公司在2012年2月上市的新款SUV也就是多功能运动车,名为“CX - 5”的前后保险杠运用了强度为1800MPa级的热冲压钢板,此情况如图3所示。全球范围内汽车采用这般高强度的热冲压钢板是前所未有的。通过热冲压钢板,CX - 5的车重减轻了4.5kg。
图3展示的是一辆马自达品牌新推出的SUV车型“CX-5”,其保险杠所使用的是具备1800MPa级强度的高强度热冲压钢板。
进一步提高高强度钢板的强度
那么,热冲压钢板到底是什么东西呢?追根究柢来讲,它属于高张力钢板当中的一类 。
将原材料经加热后使其处于软化状态,在此状态时进行冲压成型,这便是制作热冲压钢板的方式,并且,当成型品仍旧处于模具里的时候,要使其快速冷却用以提高强度,这与在常温下冲压成型也就是冷压成型的普通高张力钢板存在不同。加热材料因而将材料软化,能让材料更易于成型,高温材料在冲压成型之后马上进行快速冷却。像这样的淬火效果能够提高强度。提高钢板强度对减薄板厚有帮助,进而能够减轻车重。

具备上述特点的热冲压钢板,此前虽应用于面向欧美市场的汽车,然而面向日本的汽车却极少使用,这究其原因是会致使制造成本攀升。不过,伴随燃效规定愈发严格,日本的汽车采用热冲压钢板的情况也日益趋多。
在欧美所采购的冷压高张力钢板,跟在日本采购得到的产品相比较,材料的性能偏差是比较大的。所以,就算调整了模具,让第一批材料在冲压成型的时候不会产生褶皱以及裂纹,然而在下一批材料的时候依旧会出现不合格这类问题。而这便是面向欧美的汽车率先采用热冲压钢板的原因中的一个。
据悉,汽车厂商需在2020年以前,把二氧化碳排放量削减至2005 - 2006年时的大约60% 。若换算为燃效,等同于改善6 - 7成,其难度极大 。为此,汽车厂商制订了分阶段改善燃效的目标,到2015年前后改善约3成,到2020年前后再改善约3成 。所以,为尽量减轻车重,除冷压成型的普通高张力钢板外,热冲压钢板的使用也日益增多 。
那麼,為什麼要採用熱沖壓鋼板呢?原因在於,熱沖壓鋼板能夠進一步提升普通高張力鋼板越來越難以提升的鋼板強度。
汽车车体上,存在像前后车架那般期望在受到碰撞时,借助损毁部材去吸收能量的部分,这部分是为防止碰撞能量传递到驾驶室,汽车上是能找到的,还有像驾驶室周围那样,即便遭受冲击力,也不期望被损毁,而是为保护乘员的部分,这部分在汽车车体上也是确切存在的。一般情况下,前者采用的是低强度以及中强度的高张力钢板,后者采用的则是高强度的高张力钢板。所以,要是想减轻驾驶室周围的重量,那就得进一步提升高强度高张力钢板的强度。
材料能实现一定程度拉伸的低强度及中强度的高张力钢板,在损毁之际可吸收冲击,所以应用于希望吸收冲击的部分。反之,材料难以拉伸的高强度高张力钢板,即便遭到破坏也不易变形,故而用于不期望变形的部分。
重点在于,用于冷冲压的普通高张力钢板,其强度要是越高的话,那么成型以及模具设计就会越发困难,即是说,如果将冷冲压使用的高张力钢板强度予以提高,将会出现如下这些缺点:其一,冲压进行成型的时候,容易出现褶皱,并且容易产生裂纹,其二,材料会变硬,致使模具损耗变得严重,其三,回弹量增大,使得模具设计变得越发艰难。
回弹,是物体受弯曲、挤压后恢复原状的性质,回弹量,是描述这种恢复程度的量 。
制造成本降至与冷冲压980MPa级高张力钢板相当的程度
热冲压钢板并不存在那些缺点,这是因为,钢板被加热到呈现红色且变软时进行冲压成型,所以冲压成型之际不容易出现裂纹以及褶皱,对模具的负荷也小,此外,冲压成型时钢板产生的应变在钢板温度升高后易于消除,故而很难出现回弹,并且,冲压成型后让材料在模具内迅速冷却,具备淬火的效果,能够使钢板的组织变硬来提升强度,总而言之,热冲压钢板是“强度高但容易成型的高张力钢板” 。
比如,本田应用于N BOX中柱强化件的热冲压钢板,在加工之前的强度大概是590MPa,冲压成型之际,通过加热把它软化为与270MPa级钢板等同的强度,冲压成型之后,借助淬火的效果,又将强度提升到了1500MPa左右。
当然啦,热冲压钢板是存在缺点的。其一,和冷压不一样,热冲压是在模具内部冷却钢板,这是需要一定时间的。所以相较于冷压,其生产效率是降低的。其二,从模具当中取出后切除多余部分也就是修边的时候,还有打孔的时候,是需要能够进行高硬度加工的激光加工设备的。因为钢板淬火之后会变硬,鉴于刀具的磨耗情况,是很难采用切削加工的。其三,是需要加热钢板的设备的。换句话讲,不光要买设备得花钱,而且生产效率还比较低,所以制造成本就高,这便是热冲压钢板的缺点。
各厂商费尽心思降低了采用热冲压钢板期间的制成成本,比如说,本田研发了三项新的技术用以降低成本,首先,寻找到了一组能把热冲压钢板的加热时间较原技术缩短百分之四十的加热条件,也就是温度以及时间,并开发出了能够紧密跟踪此条件的技术,把这项技术应用到加热炉管理系统中之后,能够让加热炉的尺寸较采用以往技术的时候更小进而减少了设备投资额,。
第二,一项技术被开发出来了,这项技术能大幅削减在模具内冷却成型品所需的时间。此技术是通过在模具跟成型品的缝隙之间注水的方式,把热冲压钢板的成型周期提升到了原技术的4倍。第三,“无需激光加工的模具系统”被开发出来了。借助该技术,能够在钢板冲压成型后还处于高温柔软状态之际,于模具内开展修边与打孔操作,如此就不需要使用激光加工设备了。本田运用这些技术,把采用热冲压钢板时的制造成本降低到了跟采用普通冷压980MPa级高张力钢板时相等的水平。