高強(qiáng)度零件的普及繼續(xù)推動(dòng)市場對熱沖壓機(jī)的需求。

使用熱沖壓技術(shù)以減輕車輛重量，降低油耗和減少對環(huán)境的影響的沖壓制造商分為兩類?！笆紫?，有一些新來者被他們的OEM客戶強(qiáng)迫采用這項(xiàng)技術(shù)。其次，已經(jīng)有熱沖壓的制造商面臨著巨大的零件價(jià)格壓力，因此需要提高生產(chǎn)率和降低自身制造成本的方法。

盡管與傳統(tǒng)沖壓相比，其資本成本仍然很高，但即使需要更長的循環(huán)時(shí)間和專用設(shè)備，熱沖壓仍可經(jīng)濟(jì)地解決這些壓力，因?yàn)闊釠_壓能夠使壓模成型更加輕巧、堅(jiān)固、復(fù)雜且尺寸大的一步就能穩(wěn)定零件。為了簡化熱沖壓的進(jìn)一步采用，OEM必須縮短周期時(shí)間并進(jìn)一步降低能耗。

成本壓力正在引導(dǎo)技術(shù)發(fā)展方向，并認(rèn)為沖壓OEM必須降低成本。制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是降低熱沖壓的成本，因?yàn)樗匀槐徽J(rèn)為是昂貴的工藝。另一個(gè)是確保零件質(zhì)量的穩(wěn)定性。

創(chuàng)新，變革

OEM已擴(kuò)展了該技術(shù)，以幫助應(yīng)對壓模的挑戰(zhàn)：

1.用于形成除硼鋼以外的材料（例如鋁和鎂）的熱沖壓

2.進(jìn)行改進(jìn)以更好地控制淬火過程，提高產(chǎn)量并提高效率

3.可以使用針對熱成型進(jìn)行了修改的伺服機(jī)械壓力機(jī)或液壓壓力機(jī)

模內(nèi)二次加工

鋁，非鐵素體金屬

一項(xiàng)新的發(fā)展是熱沖壓非鐵素體金屬，特別是高強(qiáng)度鋁合金。考慮到鋁被認(rèn)為是一種軟金屬，為什么需要對其進(jìn)行熱成型？

可以使用不同種類的鋁合金：低強(qiáng)度合金（2xxx）和高強(qiáng)度合金（6xxx和7xxx）。對于復(fù)雜形狀的零件，柔軟或低強(qiáng)度的零件顯示出很好的可成型性。但是，結(jié)構(gòu)部件通常具有難以沖壓的幾何形狀。這意味著要形成既堅(jiān)固又能滿足安全要求且重量輕的組件，則需要使用高強(qiáng)度的材料。因此，出于與形成高強(qiáng)度鋼相同的原因，需要熱成形來形成高強(qiáng)度鋁。

為了使這些材料可成形，您需要將它們加熱到所謂的溶解溫度，然后對其進(jìn)行成形和淬火。經(jīng)過人工老化過程后，它們將再次回到非常堅(jiān)硬的狀態(tài)。

圖1 作為歐洲資助的名為LoCoLite的研究項(xiàng)目的一部分，使用AP＆T的HFQ?技術(shù)對鋁部件進(jìn)行了熱成型。圖片由瑞典烏爾里瑟港AP＆T提供。

AP＆T已開發(fā)出生產(chǎn)線熱戳鋁，結(jié)合開發(fā)并使用熱處理通過曝光技術(shù)（ITL）專利中，形成一個(gè)新的方法，和在模壓淬火（HFQ ?）。該生產(chǎn)線的開發(fā)是由英國政府的“先進(jìn)制造業(yè)供應(yīng)鏈計(jì)劃”支持的多組織合作的一部分。HFQ方法是在倫敦帝國理工大學(xué)和伯明翰大學(xué)開發(fā)的，現(xiàn)已在LoCoLite中商業(yè)化，這是歐盟FP7 NMP項(xiàng)目，旨在使專利材料加工技術(shù)能夠用于交通運(yùn)輸行業(yè)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的低成本成型（見圖1）。ITL和PAB Coventry的子公司CIPCO正在試用該過程。CIPCO將使用新的生產(chǎn)線為多家英國汽車制造商生產(chǎn)輕質(zhì)零件，并繼續(xù)進(jìn)行HFQ工藝的研發(fā)。LoCoLite項(xiàng)目已使用新方法生產(chǎn)了第一批原型，第一條生產(chǎn)線計(jì)劃于今年年初安裝。

新工藝允許通過提高可成形性將高強(qiáng)度鋁合金制成復(fù)雜的幾何形狀。結(jié)果，可以產(chǎn)生更銳利的彎曲半徑。此外，它幾乎消除了回彈?！芭c傳統(tǒng)的沖壓工藝相比，這些是顯著的優(yōu)勢。這些品質(zhì)是汽車行業(yè)的主要興趣所在。

當(dāng)前應(yīng)用于硼鋼的熱沖壓工藝必須進(jìn)行修改以適應(yīng)鋁。

工藝路線本身是相同的：將材料加熱，成型并淬火?！暗?，有幾個(gè)差異。熱成型鋁需要額外的時(shí)效過程，才能達(dá)到所需的最終機(jī)械性能。在此過程中，物料處理完全不同。需要新的加熱技術(shù)，需要潤滑，就必須使用新的工具概念，包括工具材料和涂層。需要更快的壓力機(jī)和更低的壓力噸位。此外，后處理可能會(huì)有所不同。生產(chǎn)的最終零件很可能不需要激光修整。

改善控制

在整個(gè)過程的各個(gè)階段中，熱沖壓都嚴(yán)格取決于時(shí)間和溫度。每個(gè)階段都需要以準(zhǔn)確和可重復(fù)的方式控制不同的時(shí)間和溫度變量集。三個(gè)最關(guān)鍵的階段是奧氏體化，轉(zhuǎn)移和馬氏體轉(zhuǎn)變。如果用變量數(shù)乘以3來進(jìn)行簡單數(shù)學(xué)運(yùn)算，則很明顯需要嚴(yán)格的過程控制。一旦您加入挑戰(zhàn)以提高生產(chǎn)效率，就可以發(fā)揮創(chuàng)造力。

為了縮短整個(gè)熱沖壓過程，壓模需要極高的沖壓速度和高速傳輸系統(tǒng)，以在零件從熱源傳遞到?jīng)_壓機(jī)時(shí)最大程度地減少零件的空氣冷卻。甚至模具設(shè)計(jì)也可以增加工作量。普通硼鋼要求的最低冷卻速度為每秒27至30攝氏度，甚至越快越好。經(jīng)過優(yōu)化的模具可以以每秒100攝氏度的速度冷卻，從而大大減少了循環(huán)時(shí)間。

因?yàn)閵W氏體零件可以以每秒12到20攝氏度的速度快速冷卻。當(dāng)暴露在空氣中時(shí)，更快的轉(zhuǎn)移和更短的壓制周期很重要。在轉(zhuǎn)移期間最大程度地減少熱損失并關(guān)閉壓機(jī)，還可以將需要加熱的溫度降至馬氏體起始溫度以上以補(bǔ)償損失。這不僅提高了轉(zhuǎn)移和壓榨階段的效率，而且還提高了加熱階段的效率。因此，努力集中在開發(fā)可與壓力機(jī)相鄰的靈活而快速的傳送系統(tǒng)，以最大程度地減少傳送距離并提高壓力機(jī)的沖壓速度以實(shí)現(xiàn)快速閉合。

舒勒推出了壓力控制淬火技術(shù)，叫做PCH ?彎曲。它的目的是比以前更經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)具有更高產(chǎn)量，更好質(zhì)量和可靠性的熱沖壓零件。

通過控制硬化過程中的壓力，該技術(shù)有助于提高生產(chǎn)率和零件質(zhì)量。靈活的床墊可將壓力均勻地施加到整個(gè)零件或幾個(gè)零件上。這將導(dǎo)致更快的冷卻和可靠的，優(yōu)化的冶金轉(zhuǎn)變過程。冷卻時(shí)間是傳統(tǒng)方法的一半。

在四出模式下，每沖程有四個(gè)零件，壓模每年可在一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)多達(dá)400萬個(gè)零件。

技術(shù)如何控制硬化過程中的壓力？在爐中加熱到930攝氏度的溫度后，必須將坯料盡快送入壓機(jī)，以防止空氣快速冷卻。只有10到12秒的時(shí)間窗口。在成型過程之后，壓力機(jī)將保壓狀態(tài)幾秒鐘。在此期間，零件被冷卻并硬化。確定高質(zhì)量和短周期時(shí)間的關(guān)鍵因素是熱量從較熱部分到冷卻水的快速傳遞。該鏈中最薄弱的環(huán)節(jié)決定了速度。

零件冷卻時(shí)間的決定因素包括傳遞的能量，該能量在很大程度上取決于毛坯的厚度，以及毛坯和模具之間的熱傳遞。其他因素是模具的導(dǎo)熱性和能量耗散，例如冷卻通道的數(shù)量，冷卻介質(zhì)的溫度以及冷卻通道中的流量。一般規(guī)則是，接觸壓力越高，傳熱越快，冷卻時(shí)間越短，性能也越好。

通常，這種接觸壓力是由模具中的彈簧組件，氮?dú)鈴椈苫蛞簤焊桩a(chǎn)生的。通過使用PCHflex緩沖墊和模具大大增加接觸壓力，優(yōu)化冷卻通道，并根據(jù)零件選擇模具鋼，我們成功地進(jìn)一步加快了傳熱過程，從而大大縮短了循環(huán)時(shí)間。

該技術(shù)旨在緩解模具和材料的波動(dòng)，因?yàn)樗梢匝a(bǔ)償變化的公差和板材厚度。減少了因必須重新加工模具而造成的報(bào)廢和停機(jī)時(shí)間。

使用該技術(shù)不需要對模具進(jìn)行額外的修改?？梢栽谶@些生產(chǎn)線上使用現(xiàn)有的常規(guī)沖壓硬化模具，并且可以在常規(guī)生產(chǎn)線上使用針對該技術(shù)設(shè)計(jì)的模具。

伺服液壓機(jī)

制造商可以用來降低熱沖壓成本的一種新策略是使用伺服壓力機(jī)技術(shù)來降低能耗，從而降低成本和碳排放。液壓機(jī)具有一些能源效率漏洞，在液壓機(jī)中，無論是否需要力，泵電動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間都是在運(yùn)轉(zhuǎn)。這種連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)需要能量，在常規(guī)配置中，其能量高達(dá)安裝功率的30％。相反，在伺服機(jī)械壓力機(jī)中，電動(dòng)機(jī)僅在滑塊移動(dòng)時(shí)才運(yùn)行并消耗能量，因此其消耗比液壓機(jī)少30％。

模內(nèi)二次加工

模具技術(shù)在接下來的幾年中將經(jīng)歷巨大的進(jìn)步，不斷發(fā)展以消除或減少零件的后加工，例如切割，穿孔和沖壓。目前這些次要工序是通過激光切割執(zhí)行的，但其中一些將在熱成型模具中同時(shí)進(jìn)行。

減少能源消耗

熱沖壓技術(shù)正在發(fā)展以減少執(zhí)行該技術(shù)所需的能量

與傳統(tǒng)的液壓機(jī)相比，舒勒的高效液壓成型（EHF?）方法有助于將生產(chǎn)設(shè)備的能耗降低多達(dá)60％。該技術(shù)的待機(jī)功能可確保在不需要時(shí)自動(dòng)關(guān)閉主驅(qū)動(dòng)器。系統(tǒng)可以繞過驅(qū)動(dòng)器的常規(guī)啟動(dòng)特性，因此即使是最短的中斷也不會(huì)浪費(fèi)任何時(shí)間。這不僅減少了能耗，而且減少了噪聲排放。

取力器的速度控制還可以降低能耗。壓力機(jī)通常以恒定速度運(yùn)行。結(jié)果是頻繁的空轉(zhuǎn)和不必要的能耗。舒勒的EHF使用智能的速度控制驅(qū)動(dòng)器，僅在實(shí)際需要時(shí)才為輔助功能提供能量。這有效地最小化了空轉(zhuǎn)損耗。根據(jù)機(jī)器的當(dāng)前狀態(tài)，輔助功能會(huì)不規(guī)則地供電。該技術(shù)還具有較低的冷卻需求。主回路中的控制閥已取消，其功能已由伺服泵接管?？紤]到適用的安全法規(guī)，將主電路中的組件數(shù)量減少到最少。

在快速下降沖程中，滑塊的勢能和壓縮油中存儲(chǔ)的能量通過使用排出的油來驅(qū)動(dòng)單元來反饋到生產(chǎn)過程中，這些單元通過電動(dòng)機(jī)來發(fā)電。

壓模可以通過使用自動(dòng)和優(yōu)化的快速換模方法來提高整體設(shè)備效率（OEE）。例如，在Tower Automotive的最新安裝準(zhǔn)備在不到15分鐘的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行模具更換。（見圖2）。

圖2 

壓模可以使用自動(dòng)和優(yōu)化的快速換模方法來提高其熱沖壓過程中的整體設(shè)備效率（OEE），就像塔塔汽車公司在密歇根州埃爾克頓的工廠一樣。一級(jí)供應(yīng)商準(zhǔn)備在不到15分鐘的時(shí)間內(nèi)完成熱沖壓過程中的模具更換。

隨著輕量化壓力的提高，熱成型技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展。原始設(shè)備制造商預(yù)測，將來，熱沖壓的結(jié)構(gòu)性車身零件的百分比可能會(huì)上升到30％至40％。

由于全球?qū)Ω纳瞥丝捅Ｗo(hù)的需求不斷增長，以及減少二氧化碳排放的需求，預(yù)計(jì)需求將在未來幾年內(nèi)增長。大眾汽車越來越多地使用熱壓零件，以證明該技術(shù)正在逐漸普及。市場上的每輛新車都比以前的車型具有更多的熱壓零件。憑借最新的高爾夫模型，大眾汽車首次扭轉(zhuǎn)了增加重量的螺旋式運(yùn)動(dòng)。

許多創(chuàng)新即將到來，包括更多的線下和線上發(fā)展。生產(chǎn)線的前端將變得更加靈活，以便可以將不同類型的零件組合在同一生產(chǎn)批次中。在生產(chǎn)線的末端，集成零件架而不是當(dāng)前使用的手動(dòng)系統(tǒng)將成為標(biāo)準(zhǔn)。除鋼以外，其他金屬的使用也會(huì)增加。目前，正在評估鋁熱成型的不同工藝；在接下來的一年，它將被標(biāo)準(zhǔn)化，并且在許多情況下，它將成為鋼制零件的真正替代品。

將來，我們會(huì)看到強(qiáng)大的混合材料，其中包括碳纖維復(fù)合材料和鎂，或者一種特定材料（如鋁）。