【孫輝說成形工藝】我要學熱成形-新工藝介紹
目前，熱成形已成為汽車車身輕量化的主要途徑之一，所生產製造的零件厚度一般為1.0-2.5mm之間的某一固定值，此種零件稱為等厚（熱成形）板。隨著研究的不斷深入，此等厚板熱成形也無法滿足現有的需求。近兩年，隨著技術的發展，激光拼焊板TWB、差厚軋制板TRB、補丁板PB和軟硬區Soft Zone等與熱成形相結合的技術逐漸開發出來，下面由紐北來為大家做一個簡單的介紹。
圖1
拼焊板TWB熱成形
圖2
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工藝過程
激光拼焊板Tailor Welded Blank ,簡稱TWB，已廣泛用在車門、前縱梁等需要強度配置的零件，拼焊板熱成形與之區別就在與成形時採用的是熱衝壓的方式。
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優缺點
①拼焊板最大的優勢就是減少了零件數量，從而優化了結構和生產裝配工藝。②拼焊的目的就是為了滿足同一零件不同部位對材料強度、厚度的不同需求。③在相同強度的情況下，激光拼焊板輕量化效果明顯。④通過激光拼焊後，零件成形時可將原來成組的模具減少至一套模具。
圖3
除了激光拼焊板本身的激光焊接的影響（最重要的一點是其無法作為外觀件使用）之外，採用TWB進行熱成形，對熱衝壓模具的設計提出了更高的要求。
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應用情況
與等厚的熱成形板一樣，TWB熱成形應用最多的也是B柱加強板。此外，目前最流行的工藝便是門環。如圖7，門環是指將A柱、B柱、門檻梁和車頂邊梁設計成一個封閉的整體式零件，進而進行熱衝壓成形。
圖4
目前公開使用門環的有2014年本田謳歌MDX和2016年克萊斯勒大捷龍Pacifica車型。據報道，安賽樂米塔爾（ArcelorMittal）與本田在為2019款本田Acura RDX共同設計全球首款內外門環系統（outer and inner doorring system），還可被用於Pilot和Odyssey兩款車型中。
圖5
差厚板TRB熱成形
圖6
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工藝過程
柔性軋制板Tailor Rolled Blank，簡稱TRB，也有軋制差厚板或直接簡稱為差厚板，是一種用變厚度軋制方法生產的縱向變厚度板材，可根據載荷變化特點來設計板帶材的厚度和形狀，通過產品定製實現結構減重。
TRB熱成形即坯料選用不等厚度板，後續加熱和熱衝壓與其他熱成形處理方式一致的工藝。
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優缺點
TRB板具有性能差異化分布的特點，而熱成形則具有高強高硬度的特點，TRB熱成形綜合了這兩種的優點。由於軋制後再熱成形，和常規TRB相比的強度偏高焊接性較差。若為鍍層板軋制，還可能影響材料的鍍層從而影響防腐性能。
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應用情況
差厚板TRB熱成形最早在2011年應用於奧迪A6和福特福克斯。大眾MQB的座椅橫樑採用了該項技術，厚度從大到小有1.7、1.5、1.25、1.15、0.95mm五種，如圖12所示。
圖7
目前，柔性軋制板的主要供應商為德國慕貝爾Mubea，國內為瀋陽東寶海星EPS。圖8為TRB可能的應用位置示意。
圖8
補丁板PB熱成形
圖9
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工藝過程
補丁板Patchwork Blank，簡稱PB，是一種在基板上面局部連接一塊板材獲得的變厚度板材，連接上去的板材對構件局部起到加強結構承載能力的作用。連接方法可以是點焊、激光焊接、粘接或鉚接等。此處說的補丁板熱成形即將補丁板進行整體熱成形的技術。其工藝過程如圖10所示。
圖10
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優缺點
優點：補丁板熱成形可以減少模具、檢具和夾具的數量，同時也能提高零件間的加工精度，從而加快生產節拍，降低生產成本。
缺點：①由於需要提前焊接，超高強鋼焊接會遇到的問題都需要注意，比如脫焊、虛焊、焊點拉脫等；②對於鍍層板的熱成形，在焊接過程中鍍層會被破壞；③補丁板其實是一種料厚突變的工藝，對於衝壓工藝的要求極高，非常容易產生廢品。
圖11
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應用情況
補丁板熱成形現主要用於汽車B柱加強板、前縱梁後段等，還可用於其他需要局部加強的零件上，如A柱內板、鉸鏈加強板、前圍板加強橫樑等。
圖12
圖13
軟硬區SoftZone熱成形
圖14
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工藝過程
熱成形之後零件的抗拉強度一般能達到1500MPa甚至更高，但並不是每個零件每個位置強度硬度都是越高越好，比如需要吸能的縱梁局部位置，需要焊接的B柱止口位置。軟硬區Soft Zone技術的概念即是對熱成形零件硬度（強度）大小進行按需配置的技術。
圖15
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優缺點
優點不言而喻，可以實現對零件強度、硬度及性能的按需配置。
圖16
缺點就是軟硬區都存在一個過渡區域，如B柱的軟硬區目前一般為30mm左右。另外，除了爐內可較容易實現的兩段式軟硬區之外，其他幾種先進的方式成本都較高，目前多數處於研發試製階段。
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應用情況
目前，可通過爐內、模內和激光處理的方式來實現軟硬區配置。海斯坦普Gestamp為目前軟硬區研究最為深入的企業之一。
圖17
圖18
總結
汽車輕量化已經成為世界汽車工業可持續發展的必然之路，熱成形作為多種輕量化途徑中應用較廣泛的技術，該工藝的研究顯然是很有必要的。
拼焊板TWB、差厚板TRB、補丁板PB和軟硬區Soft Zone技術各有其優缺點，對產品工程師而言就是性能、工藝和成本的取捨。就目前而言，軟硬區是熱成形的一個趨勢，隨著研究的深入遇到的問題都被一步步解決。對於各種技術的成本和減重效果，各大主機廠也都做了相應的對比，有機會希望可以給各位一起交流和探討。
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