热冲压成型工艺成本分析

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热成型技术概述

　　目前，热成型分为直接热冲压和间接热冲压，如图1所示。在直接热冲压中，半成品先被加热，再转移到闭式模具内成型和淬火；间接热冲压主要使用预成型冷模，对形状较为复杂或拉延较深的零件先进行一次冷冲预成型，之后与直接热冲压工艺基本相同，如中通道等零件。

直接热冲压

间接热冲压

　　22MnB5 是热冲压技术最为常用的钢种，通常，热冲压前其组织为铁素体+珠光体，抗拉强度约600 MPa，经热冲压后组织为全马氏体，抗拉强度达约1 500 MPa（见图2a）。众所周知，C 含量对材料淬火后的强度影响较大，而Mn、Cr 等元素的影响较小。在调整好元素后，通过柔性化的冷却速率便可获得期望的相变和硬化效果，其中B 元素对硬化的贡献较大，它能减缓奥氏体向软相（铁素体）转变，即提高淬透性。

下面分析一下热冲压工艺成本相关内容。

工序步骤

说到一种工艺的成本，我们首先要知道的是这种工艺的工序步骤，如下图，热冲压的工序步骤：开卷落料—加热—热冲压成型—激光切割。将高强度钢板加热到900℃以上，快速输送到压机上，在材料具有高延展性的时候进行热冲压成形。水冷却模具确保零件快速冷却，得到完全的马氏体组织，具有高抗拉强度。由于零件的超高强度，后续工序采用激光切割进行修边和切孔。

将坯料加热至900℃

机械手运送加热坯料

对加热坯料进行热冲压

热冲压成型

激光切割

生产设备介绍

热冲压中加热和冲压在一条流水线完成，其中加热炉的长度约在30m~50m，冲压机吨位在800T~1200T左右，占地面积约500平米~800平米，功率1600千瓦~2000千瓦，投资约6000万到1亿人民币。

激光切割机的型号比较多，例如上图中这台TruLaser Cell 8030(TRUMPF), 投资约600万元(70万欧元),功率3千瓦,占地约75平米。

看到这里各位是不是发现了这是个烧钱的工艺，而且这个投资额也不是一般企业能承受的起的，因此对于热成型的供应商不会同时配多条生产线。我们在评估成本时，设备选型方面也不需要做太多的纠结和考虑，基本上看看零件供应商家里的生产线是什么吨位就用什么吨位了，这不像普通冲压我们可以选一个性价比最高的设备的吨位。

人工及生产节拍

热冲压线操作工人数量3~4人，生产节拍在16~22秒。

激光切割机操作工人1人，节拍25~35米/秒。

实例分析

如下零件是A柱内加强板。

冲压采用1000T冲压机床，1冲出4件，节拍约20S，激光切割80S。

　　目前，国外热成型技术应用已从传统的等厚板热冲压逐步向先进热成型发展，并已有量产车问世。国内除合资品牌外，自主品牌的热成型仍以传统等厚板热冲压为主，并且应用过程中还存在以下问题：

　　a.原材料成本高、来源少。原材料以无镀层板为主，无法保证最终零件的防腐性和表面质量，欧美厂家几乎全部采用涂层热成型钢。现阶段Al-Si镀层等厚钢板和激光拼焊板受专利保护，只有一家国外供应商提供，轧制差厚板也只有一家德国供应商提供。

　　b.CAE分析能力差。目前难以准确描述轧制差厚板和变强度板的性能，导致CAE分析精度不高。c.软模件质量差。用不带镀层的钢板加工快速软模零件时，由于加热阶段不带保护气氛，导致零件表面质量很差；模具不带冷却管道，导致零件性能的稳定性无法保证。

　　d.设计水平低。设计主动权仍在热成型供应商手中，自身不具备完整的设计和分析能力，包括完整的模拟仿真能力。

　　e.验收标准不完善。随着热成型件的普及，各大自主品牌急须建立正规完善的验收标准才能保证最终产品的质量，包括外观、尺寸、成分、性能和微观组织等评判要求。

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