Equipment Manufactring Technology No.11，2011
浅谈高强度钢板的冲压应用
冯静，马春华，王威
（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）
摘要：介绍了高强度钢板在汽车白车身结构上的应用及其在冲压成型过程中容易产生的质量缺陷。根据高强度钢板的力学性能及成型特点，从冲压工艺设计及模具结构设计上提出解决高强度钢板难成型的措施．文章指出了如何提高高强度钢板在后续车型开发中应用的比例，会成为各车企重点研究的课题。关键词：高强度钢板；冲压成型；解决措施中图分类号：ＴＧ３８
文献标识码：Ｂ
文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１１）１１－０１１０－０３
在汽车轻量化的研究与应用中，高强度钢板作
为轻质材料得到了广泛的应用。但是在冲压成型的过程中，由于高强度钢板的抗拉强度及剪切强度比普通钢板高很多，导致其冲压成型性的难度大大增加，造成很多成型缺陷。
为了有效解决成型困难及缺陷，须要从高强度钢板的特点及成型机制研的究入手，采用合适的冲压工艺及模具设计方法。
以上的超高强度钢，车身最高级别到达ＤＰ８００，防撞杆达到１５００ＭＰａ。此车型白车身的净质量３００ｋｇ左右，并且汽车安全等级达到了欧洲ＮＣＡＰ四星级碰撞标准。
１高强度钢板应用及成型问题
图１ＳＧＭＷ
某车型结构图
１．１高强度钢板的应用
近年来，高强度钢板已逐渐成为汽车工业中发展最快的轻质金属材料之一，在汽车上的应用比例不断增加，已经成为颇具竞争力的汽车轻量化材料；其在抗碰撞性能与成本方面，相对传统的金属材料具有很大的优势。
从节约能源方面考虑，减小汽车净重量，可以减低油耗。研究表明：汽车重量减小１％，可节省燃料消耗０．６％～１％。各车型轿车设计的空车净重量一般为汽车总重量的６０％～８０％，如采用轻量化材料，将对轿车节能具有重要的意义。
高强度钢板在成本与强度方面，具有很强的优势，其采用成为汽车轻量化最具竞争力的有效应用。以上汽通用五菱汽车股份有限公司自主研发的某车型为例（如图１），白车身高强度钢板应用比例达５６％，横梁、前纵梁、Ｂ柱加强板、门槛加强板、Ａ柱下加强板等关键车身部件，均采用５５０ＭＰａ屈服强度
１．２高强度钢板成形存在的主要问题
高强度钢板虽然在汽车上应用的比例不断增加，但是钢板高强度化易引起塑性下降，成形性变差，而屈服强度的提高，则引起面畸变和回弹效应，增加形状不稳定性，因而高强度钢板是一种难成型的材料（图２）。典型的成形缺陷有拉毛、形状不合、尺寸精度不良和卡模具等。
图２
高强板力学性能图示
2011-08-06收稿时间：
作者简介：冯静（1984—）女, 宁夏中卫人，助理工程师，本科学历, 研究方向为冲压工艺及设备；马春华（1982—），女, 河南周
口人，助理工程师，本科学历, 研究方向为冲压工艺及设备；王威（1986—）女, 河北唐山人，助理工程师，本科学历, 研究方向为是冲压工艺及设备。
《装备制造技术》2011年第11期
（１）零件拉毛。拉毛是在两个相对滑移的固体之
间产生的一种肉眼可见的表面损伤。零件拉毛是高强度钢板冲压成型的过程中常见的缺陷之一（如图３）。对于汽车覆盖件而言，零件的拉毛直接影响着覆盖件的表面品质，微小的拉毛可能会在零件涂漆后引起光线的漫反射而影响汽车外覆盖件的光泽，颜色等。较大的拉毛缺陷，可能会导致油漆无法覆盖而造成零件报废。
此外，由于其需要大的成型力，连续加工时，若模具温度升高，则零件与模具摩擦阻力加大进而发生黏着，造成零件严重拉毛，使得模具表面损伤，造成修模次数增加。
易发生力，以使坯料与模具的接触压力增大。这样，
零件与模具黏着现象，导致模具表面损伤严重，影响模具寿命。若这一现象更为严重，则需要修正模具，这不但需要有更为合适的材质对模具进行表面处理和淬火处理，还增加模具成本及维修费用。
２高强度钢板的性能及成型特点
如上所述，高强度钢板在冲压成型时易产生拉毛、起皱、回弹等形状、尺寸精度不良等缺陷，为了有效解决高强度钢板的成型困难及缺陷，须要从高强度钢板的性能及成型特点入手研究，采用合适的冲压工艺及模具设计方法。２．１高强度钢板力学性能
（１）抗拉强度高，成型力随着拉深深度的增加而急剧增加，回弹量也随之相应增加（图５）；
Ｅｎｅｒｇｙｎｅｅｄｅｄｔｏｃｏｎｔｉｎｕｅｐｕｎｃｈｔｒａｖｅｌ（Ｊ）１６０００１４０００１２０００１００００８０００６０００４０００２０００
００
１０
ＤＰ３５０／６００
ＨＳＬＡ２５０／３５０ＭｉｌｄＳｔｅｅｌ２０
３０
８０
Ｐｕｎｃｈｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（ｍｍ）４０
５０
６０
７０
Ｐｕｎｃｈｍｏｖｅｄ＝８５ｍｍ
１２０００１００００８０００６０００４０００
图３
拉毛缺陷
（２）形状不合。高强度钢板相对于普通钢板屈服
强度较高，所需要的成型力也很高，导致模具拉延筋不能有效控制坯料的流动，使得零件易发生起皱现象。
起皱不仅会造成零件卡模和裂纹，也难以在成形后期消除，其结果往往导致形状不合。由于不能在成形后期消除起皱，冲压件不能在下死点成形；而且成型后的弹性回复引起的形状不良以及起皱引起的面应变也是很大的问题。
（３）尺寸精度不良。高强度钢板强度升高时，残余应力增大，成型后的卸载过程中内弹性应变能的释放，应力得到重新分布后，零件形状也发生改变。当回弹量超过容差后，就成为成型缺陷，影响零件的尺寸精度，导致零件最终的形状不合格。这是高强度钢板成形中最为严重的问题，回弹引起以冲压件角度不合和面翘曲；随着材料强度的提高，角度不合格和面翘曲变得严重（如图４）。
ＨＳＬＡ３４０ＭＰａ
卷曲（Ｃｕｒｌ）现象
９０１００
图５高强板抗拉强度与回弹量对比图
（２）含碳量和合金元素的增加降低了材料的成
型性能；
（３）深拉深时，高的成型力和变形量将增加起皱的趋势；（４）材料剪切强度高，剪切力增加。
２．２高强度钢板成型特点
高强度钢板的成型方法不同于普通钢板，ＤＣ０１、ＤＣ０４、ＤＣ０６及Ｂ３４０等普通钢板的成型方法，属于基本的常规方法，但Ｂ４４０、５９０、７８０等高强度钢板的成型方法，则有明显的不同。
（１）板料拉延成型时的坯料流入，是用拉延筋控制的，而且拉延筋同时又是靠压边圈的压力成型的。若要使得拉延筋成型时均匀一致，对于高强度钢板而言，就需要比普通钢板更大的压边力，也就是说，要在同一套拉延模拉制高强度钢板制件，较比普通钢板是用更大的压边力，才能使拉延筋成型；而压边力的加大，又限制了外部坯料的补充流入，最终可能导致制件的开裂。
（２）如上所述，由于高强度钢板成型时，不能运用拉延筋控制成型过程，要靠压料面的压料控制程
ＤＰ７９０ＭＰａ
图４零件回弹、表面翘曲实例
（４）模具损伤。高强度钢板成型时需要大的成型
111
Equipment Manufactring Technology No.11，2011
度来控制坯料的流入，这使得模具的磨损倾向更加严重。
（３）由于高强度钢板成型力很大，若制件形状不对称时，机床的滑块受力不平衡，会导致机床的受损。
（４）由于不能有效地控制坯料的流入，制件成型
扭曲、鼓肚、起皱等缺陷。后会出现回弹、
这就要求模具具有更高的硬度、更好的抗磨损性能、
更高的抗压强度和足够的韧性及延展性；一般模具材质要求：ＳＫＤ１１级＋渗氮＋表面涂层。
（２）在拉延模４个角部位置的拉延筋应不要延伸，否则将会抑制坯料的流入，进而导致零件冲压成型在角部位置开裂。
（３）翻边或整形模凸模R 角尽可能的小，以减小侧壁的回弹。
（４）为了减少模具维修的次数，切边模的最大修边角度不大于１０°，模具间隙应是料厚的７％～１０％。
（５）镶块要全部增加靠背，装配时不使用固定销而使用定位键。
３高强度钢板成形问题解决对策
３．１冲压工艺设计
为了设计合适的工艺解决高强度钢板成型时的缺陷，工艺设计者必须了解冲压零件的残余应力和塑性回弹的潜在影响，必须预见在冲压成型结束时，可能产生零件扭曲的冲压工艺以及相应的纠正措施。
（１）在拉延工序中，尽可能保持均匀的拉深深度。因为拉延深度急剧变化的零件，在浅的断面，高强度钢板的压边圈比低碳钢钢板的要高，以满足在较深的断面层材料流动的要求。
（２）高强度钢板低延伸率必须考虑。当高强度钢板延伸率下降时，拉延或成型程度被限制。
（３）与成型工艺相比，拉延工艺的回弹量多出２０％左右，所以从回弹量来看，成型工艺更好。
（４）尽可能不采用整形工序，虽然可通过整形改变形状角度，但最好在拉延或成型工序中完成；由于高强度钢板加工硬化的特点，整形可能会导致零件开裂或扭曲。
（５）需要较高的压边力或压料力去维持工艺成型。
（６）由于抗拉强度的增加，回弹量也必将增加；低碳钢的回弹量一般是３°，刚强度钢板的回弹量一般是６°以上。因此产品设计师必须允许足够的侧墙壁角度，允许回弹的过度弯曲在最少工序的翻边或整形模。３．２模具设计及结构
（１）由于高强度钢板的成型需要更高的压边力，
４结束语
汽车轻量化发展已经成为汽车工业发展的必然
趋势，高强度钢板由于其节能、安全、环保等优越性必然会在汽车制造业得到越来越广泛的应用。但由于高强度钢板的高抗拉强度及剪切强度，冲压成型困难成为其快速发展的一个瓶颈。因此，如何解决高强度钢板冲压成型问题及其成型过程中产生的缺陷，是影响高强度钢板在汽车制造业中广泛应用的一个关键。
如何以较低的成本进行有效的工艺设计和模具设计解决高强度钢板的成型问题，大大提高高强度钢板在后续车型开发中应用的比例，这会成为各车企研发部门重点研究的课题。。
参考文献：
[1]梁炳文. 板金冲压工艺与窍门精选[M].北京：机械工业出版社，2000.
机械工业出版社，2000. [2]束德林. 金属力学性能[M].北京：
[3]罗益璇. 最新冲压工艺新技术及模具设计实用手册[K].西安:西北工业大学出版社, 2004.
The Stamping Application of High-Strength Steel
FENG Jing, MA Chun-hua, WANG Wei
（SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Liuzhou Guangxi 545007, China ）
Abstract:This disguisition introduced the quality vice of High-strength Steel Application on automobile of white body and Stamping. Base on the mechanics capability and stamping characterics, it bring forward stamping problems countermeasures, which from the design of press technics and die. It point out the boosting of the high-strength steel application proportion will become the emphase research task. in future. Key words ：high-strength; steel stamping forming; countermeasure
Equipment Manufactring Technology No.11，2011
浅谈高强度钢板的冲压应用
冯静，马春华，王威
（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）
摘要：介绍了高强度钢板在汽车白车身结构上的应用及其在冲压成型过程中容易产生的质量缺陷。根据高强度钢板的力学性能及成型特点，从冲压工艺设计及模具结构设计上提出解决高强度钢板难成型的措施．文章指出了如何提高高强度钢板在后续车型开发中应用的比例，会成为各车企重点研究的课题。关键词：高强度钢板；冲压成型；解决措施中图分类号：ＴＧ３８
文献标识码：Ｂ
文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１１）１１－０１１０－０３
在汽车轻量化的研究与应用中，高强度钢板作
为轻质材料得到了广泛的应用。但是在冲压成型的过程中，由于高强度钢板的抗拉强度及剪切强度比普通钢板高很多，导致其冲压成型性的难度大大增加，造成很多成型缺陷。
为了有效解决成型困难及缺陷，须要从高强度钢板的特点及成型机制研的究入手，采用合适的冲压工艺及模具设计方法。
以上的超高强度钢，车身最高级别到达ＤＰ８００，防撞杆达到１５００ＭＰａ。此车型白车身的净质量３００ｋｇ左右，并且汽车安全等级达到了欧洲ＮＣＡＰ四星级碰撞标准。
１高强度钢板应用及成型问题
图１ＳＧＭＷ
某车型结构图
１．１高强度钢板的应用
近年来，高强度钢板已逐渐成为汽车工业中发展最快的轻质金属材料之一，在汽车上的应用比例不断增加，已经成为颇具竞争力的汽车轻量化材料；其在抗碰撞性能与成本方面，相对传统的金属材料具有很大的优势。
从节约能源方面考虑，减小汽车净重量，可以减低油耗。研究表明：汽车重量减小１％，可节省燃料消耗０．６％～１％。各车型轿车设计的空车净重量一般为汽车总重量的６０％～８０％，如采用轻量化材料，将对轿车节能具有重要的意义。
高强度钢板在成本与强度方面，具有很强的优势，其采用成为汽车轻量化最具竞争力的有效应用。以上汽通用五菱汽车股份有限公司自主研发的某车型为例（如图１），白车身高强度钢板应用比例达５６％，横梁、前纵梁、Ｂ柱加强板、门槛加强板、Ａ柱下加强板等关键车身部件，均采用５５０ＭＰａ屈服强度
１．２高强度钢板成形存在的主要问题
高强度钢板虽然在汽车上应用的比例不断增加，但是钢板高强度化易引起塑性下降，成形性变差，而屈服强度的提高，则引起面畸变和回弹效应，增加形状不稳定性，因而高强度钢板是一种难成型的材料（图２）。典型的成形缺陷有拉毛、形状不合、尺寸精度不良和卡模具等。
图２
高强板力学性能图示
2011-08-06收稿时间：
作者简介：冯静（1984—）女, 宁夏中卫人，助理工程师，本科学历, 研究方向为冲压工艺及设备；马春华（1982—），女, 河南周
口人，助理工程师，本科学历, 研究方向为冲压工艺及设备；王威（1986—）女, 河北唐山人，助理工程师，本科学历, 研究方向为是冲压工艺及设备。
《装备制造技术》2011年第11期
（１）零件拉毛。拉毛是在两个相对滑移的固体之
间产生的一种肉眼可见的表面损伤。零件拉毛是高强度钢板冲压成型的过程中常见的缺陷之一（如图３）。对于汽车覆盖件而言，零件的拉毛直接影响着覆盖件的表面品质，微小的拉毛可能会在零件涂漆后引起光线的漫反射而影响汽车外覆盖件的光泽，颜色等。较大的拉毛缺陷，可能会导致油漆无法覆盖而造成零件报废。
此外，由于其需要大的成型力，连续加工时，若模具温度升高，则零件与模具摩擦阻力加大进而发生黏着，造成零件严重拉毛，使得模具表面损伤，造成修模次数增加。
易发生力，以使坯料与模具的接触压力增大。这样，
零件与模具黏着现象，导致模具表面损伤严重，影响模具寿命。若这一现象更为严重，则需要修正模具，这不但需要有更为合适的材质对模具进行表面处理和淬火处理，还增加模具成本及维修费用。
２高强度钢板的性能及成型特点
如上所述，高强度钢板在冲压成型时易产生拉毛、起皱、回弹等形状、尺寸精度不良等缺陷，为了有效解决高强度钢板的成型困难及缺陷，须要从高强度钢板的性能及成型特点入手研究，采用合适的冲压工艺及模具设计方法。２．１高强度钢板力学性能
（１）抗拉强度高，成型力随着拉深深度的增加而急剧增加，回弹量也随之相应增加（图５）；
Ｅｎｅｒｇｙｎｅｅｄｅｄｔｏｃｏｎｔｉｎｕｅｐｕｎｃｈｔｒａｖｅｌ（Ｊ）１６０００１４０００１２０００１００００８０００６０００４０００２０００
００
１０
ＤＰ３５０／６００
ＨＳＬＡ２５０／３５０ＭｉｌｄＳｔｅｅｌ２０
３０
８０
Ｐｕｎｃｈｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（ｍｍ）４０
５０
６０
７０
Ｐｕｎｃｈｍｏｖｅｄ＝８５ｍｍ
１２０００１００００８０００６０００４０００
图３
拉毛缺陷
（２）形状不合。高强度钢板相对于普通钢板屈服
强度较高，所需要的成型力也很高，导致模具拉延筋不能有效控制坯料的流动，使得零件易发生起皱现象。
起皱不仅会造成零件卡模和裂纹，也难以在成形后期消除，其结果往往导致形状不合。由于不能在成形后期消除起皱，冲压件不能在下死点成形；而且成型后的弹性回复引起的形状不良以及起皱引起的面应变也是很大的问题。
（３）尺寸精度不良。高强度钢板强度升高时，残余应力增大，成型后的卸载过程中内弹性应变能的释放，应力得到重新分布后，零件形状也发生改变。当回弹量超过容差后，就成为成型缺陷，影响零件的尺寸精度，导致零件最终的形状不合格。这是高强度钢板成形中最为严重的问题，回弹引起以冲压件角度不合和面翘曲；随着材料强度的提高，角度不合格和面翘曲变得严重（如图４）。
ＨＳＬＡ３４０ＭＰａ
卷曲（Ｃｕｒｌ）现象
９０１００
图５高强板抗拉强度与回弹量对比图
（２）含碳量和合金元素的增加降低了材料的成
型性能；
（３）深拉深时，高的成型力和变形量将增加起皱的趋势；（４）材料剪切强度高，剪切力增加。
２．２高强度钢板成型特点
高强度钢板的成型方法不同于普通钢板，ＤＣ０１、ＤＣ０４、ＤＣ０６及Ｂ３４０等普通钢板的成型方法，属于基本的常规方法，但Ｂ４４０、５９０、７８０等高强度钢板的成型方法，则有明显的不同。
（１）板料拉延成型时的坯料流入，是用拉延筋控制的，而且拉延筋同时又是靠压边圈的压力成型的。若要使得拉延筋成型时均匀一致，对于高强度钢板而言，就需要比普通钢板更大的压边力，也就是说，要在同一套拉延模拉制高强度钢板制件，较比普通钢板是用更大的压边力，才能使拉延筋成型；而压边力的加大，又限制了外部坯料的补充流入，最终可能导致制件的开裂。
（２）如上所述，由于高强度钢板成型时，不能运用拉延筋控制成型过程，要靠压料面的压料控制程
ＤＰ７９０ＭＰａ
图４零件回弹、表面翘曲实例
（４）模具损伤。高强度钢板成型时需要大的成型
111
Equipment Manufactring Technology No.11，2011
度来控制坯料的流入，这使得模具的磨损倾向更加严重。
（３）由于高强度钢板成型力很大，若制件形状不对称时，机床的滑块受力不平衡，会导致机床的受损。
（４）由于不能有效地控制坯料的流入，制件成型
扭曲、鼓肚、起皱等缺陷。后会出现回弹、
这就要求模具具有更高的硬度、更好的抗磨损性能、
更高的抗压强度和足够的韧性及延展性；一般模具材质要求：ＳＫＤ１１级＋渗氮＋表面涂层。
（２）在拉延模４个角部位置的拉延筋应不要延伸，否则将会抑制坯料的流入，进而导致零件冲压成型在角部位置开裂。
（３）翻边或整形模凸模R 角尽可能的小，以减小侧壁的回弹。
（４）为了减少模具维修的次数，切边模的最大修边角度不大于１０°，模具间隙应是料厚的７％～１０％。
（５）镶块要全部增加靠背，装配时不使用固定销而使用定位键。
３高强度钢板成形问题解决对策
３．１冲压工艺设计
为了设计合适的工艺解决高强度钢板成型时的缺陷，工艺设计者必须了解冲压零件的残余应力和塑性回弹的潜在影响，必须预见在冲压成型结束时，可能产生零件扭曲的冲压工艺以及相应的纠正措施。
（１）在拉延工序中，尽可能保持均匀的拉深深度。因为拉延深度急剧变化的零件，在浅的断面，高强度钢板的压边圈比低碳钢钢板的要高，以满足在较深的断面层材料流动的要求。
（２）高强度钢板低延伸率必须考虑。当高强度钢板延伸率下降时，拉延或成型程度被限制。
（３）与成型工艺相比，拉延工艺的回弹量多出２０％左右，所以从回弹量来看，成型工艺更好。
（４）尽可能不采用整形工序，虽然可通过整形改变形状角度，但最好在拉延或成型工序中完成；由于高强度钢板加工硬化的特点，整形可能会导致零件开裂或扭曲。
（５）需要较高的压边力或压料力去维持工艺成型。
（６）由于抗拉强度的增加，回弹量也必将增加；低碳钢的回弹量一般是３°，刚强度钢板的回弹量一般是６°以上。因此产品设计师必须允许足够的侧墙壁角度，允许回弹的过度弯曲在最少工序的翻边或整形模。３．２模具设计及结构
（１）由于高强度钢板的成型需要更高的压边力，
４结束语
汽车轻量化发展已经成为汽车工业发展的必然
趋势，高强度钢板由于其节能、安全、环保等优越性必然会在汽车制造业得到越来越广泛的应用。但由于高强度钢板的高抗拉强度及剪切强度，冲压成型困难成为其快速发展的一个瓶颈。因此，如何解决高强度钢板冲压成型问题及其成型过程中产生的缺陷，是影响高强度钢板在汽车制造业中广泛应用的一个关键。
如何以较低的成本进行有效的工艺设计和模具设计解决高强度钢板的成型问题，大大提高高强度钢板在后续车型开发中应用的比例，这会成为各车企研发部门重点研究的课题。。
参考文献：
[1]梁炳文. 板金冲压工艺与窍门精选[M].北京：机械工业出版社，2000.
机械工业出版社，2000. [2]束德林. 金属力学性能[M].北京：
[3]罗益璇. 最新冲压工艺新技术及模具设计实用手册[K].西安:西北工业大学出版社, 2004.
The Stamping Application of High-Strength Steel
FENG Jing, MA Chun-hua, WANG Wei
（SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Liuzhou Guangxi 545007, China ）
Abstract:This disguisition introduced the quality vice of High-strength Steel Application on automobile of white body and Stamping. Base on the mechanics capability and stamping characterics, it bring forward stamping problems countermeasures, which from the design of press technics and die. It point out the boosting of the high-strength steel application proportion will become the emphase research task. in future. Key words ：high-strength; steel stamping forming; countermeasure