摘要：该文以汽车、航空与航天领域对轻量化提出苛刻的要求为背景，系统介绍超强钢板热压成形工艺及装备，热冲压成形锻压设备朝着高效、节能、高可靠、高精度、智能化方向发展。

     0 、引言

     随着汽车工业的快速发展，航空与航天领域对轻量化也提出苛刻的要求。选用像镁铝等轻合金、高强度钢板是最直接的。采用超高强度钢板来制造车身零件是同时实现车体轻量化和提高碰撞安全性的最好途径。

     尤其是超高强度汽车板在常温下的变形范围很窄，采用此法冲压高强度汽车板时，冲压过程中需要的冲压力大且容易开裂，产生过量回弹。自从瑞典的Plannja公司提出“热冲压（Hot stamping）”这项技术并申请专利后，热冲压技术可以解决这两个问题，同时可以使冲压后的成品抗拉强度得到大幅度提高，该技术在汽车制造业逐渐得到广泛的应用。液压机是一种重要的成型加工机床，它以液体作为工作介质传递能量来实现各种压力加工工艺，广泛应用于航空航天、竣工、造船、核电和汽车等制造领域。液压机在一定程度
上能反映出一个国家机械制造的水平，在国民经济中起着重要作用。

     单一车型大批量持续生产正被车型多样化、中小批量生产所取代，鉴于以上原因，高强度板热冲压成形液压机及生产线具有广泛的市场前景。

     1 、板材热成形的技术原理及现状

     图1 热成形工艺图

     目前我国对于高强钢板的成形，主要依靠引进国外的热冲压生产线。国际上热冲压生产线主要供应商有：德国SCHULER、瑞典AP&T、德国NEFF-Cartec、西班牙公司、英国诺芝公司等。

     为了应对汽车制造商及其供应商对冲压硬化零件的强劲需求，舒勒公司开发出了“ 压力控制淬火”（PCH）技术，通过显著增加接触压力并优化模具，舒勒公司已成功大幅度减少循环时间。

     图2 昌飞的英国诺芝250 吨热成形压力机

     金泰集团研制了中国首条自动化热冲压成形生产线，该设备突破了热成型设备研制的诸多关键技术，填补了国内该类设备整机研制的空白。

     应用尚处于起步阶段，无锡蓝力、天津锻压、合肥锻压等先后在国内推出了各自研发的热压成形机，由于其精密、高效节能等独特的优势，很快得到推广应用，但与先进国家相比差距都很大。

      2、 板材热成形装备主要研究内容及研发的装备

      1）主要研究内容

     （1）设备合理传动方案的确定。

     通过实验得出的材料热物理性能和有限元分析技术，可通过计算仿真模拟获得热成型机的稳态/瞬态温场的温场分布及其变化情况，满足其承受热负荷的要求。考虑到热成型机用压力机与常规压力机相比，其工作台面大，合理布局其液压缸或连杆数量与位置，使其滑块具备良好的均匀变形、刚度及强度。

    （2）高速液压机柔性切换技术。

    （3）热成型设备实时温场自动控制技术。鉴于高强度钢板及钛合金等热成形时，对变形速度、压力和位移精度控制要求高，因此必须是计算机智能控制技术应用于其中，并建立典型材料与不同形状的工件的板材热成形的工艺控制数据。无锡市蓝力机床有限公司在国内推出了研发的热压成形机，由于其精密、高效节能等独特的优势，得到用户的一致好评，见图3。
 
     2）研发装备
 
   （1）液压系统主要配置：
 
    ①五缸三级结构；
    ②伺服电机直驱内啮合齿轮泵；
    ③双差动驱动加蓄势器驱动；
    ④单独的液压垫控制系统、提高效率；
    ⑤软起效应：伺服驱动器控制可以减少开模振动，系统发热量减少，油温稳定，延长模具和液压系统的使用寿命，可为客户节省了维护的费用。

     图3 无锡蓝力8000kN 板材热冲压成形压力机

    （2）电液系统：

    ①上位机触摸屏加伺服电机直接驱动油泵实现对压力、速度的半闭环控制，实现对滑块的驱动，速度转换平稳，无振动及冲击；
    ②通过压力检测传感器与伺服电机形成闭环控制回路，线性度高，精度小于0.1MPa，提高了压力精度；
    ③压力通过触摸屏设定，通过PLC程序控制，自动化程度高；
    ④滑块和液压垫采用直线位移传感器进行检测和控制；
    ⑤模具参数存取及模具自动识别系统。

     （3）设备主要性能特点：
 
    ①滑块快降速度：400～700mm/s，采用伺服柔性切换技术，减少冲击，实现快降；
    ②工作速度：伺服泵控系统，提高速度，减少装机功率；小吨位时可采用压力分级，通过压力分级工作速度可达100mm/s，提高效率；
    ③滑块回程速度：300～600mm/s；
    ④差动控制方式，实现低装机功率条件下的高⑤换模移动台、模具夹紧器、模具参数存取、模具识别等功能减少换模时间。

     3 、结论

    依据制造业的发展趋势，热冲压成形锻压设备朝着高效、节能、高可靠、高精度、智能化方向发展。为新材料、航空航天、机器人、低碳新能源等高新技术领域装备及汽车、铁路及电力装备的设计制造提供绿色智能装备。