1前言

當今，汽車已經成為世界上許多人日常使用的安全便捷交通工具。本文所述的“沖壓加工技術”是制造現代汽車的重要技術，并且今后在汽車制造中將會發揮更加重要的作用。另一方面，沖壓加工技術的發展進步是各相關業界協作的結果。具體而言就是，與沖壓加工有直接關系的被加工材、沖壓機械、模具加工機械、模具用鋼、熱處理、表面處理、潤滑劑、CAD/CAM/CAE系統等眾多業界的協作研究開發，解決了沖壓加工中的成形性、精度、耐久性等問題，使沖壓加工技術有了今天的進步。以下對包括這些相關業界在內的沖壓加工技術進步進行概述。

2沖壓加工相關技術的進步

2.1沖壓加工鋼板材料的進步

20世紀60年代末，日本汽車制造廠用國產最高質量級別材料，用從美國定制的模具進行部件試沖壓試驗，但無論怎樣調整模具和沖壓條件，都不能完成沖壓成形。而使用美國提供的材料進行試驗，就沒有任何問題，可以完成沖壓成形。20世紀70年代末，日本利用自己獨創的沖壓工藝，沖制歐洲汽車制造廠同類汽車的部件，順利地完成了沖壓加工。在這個成功中，日本鋼鐵廠和汽車相關業界在互相溝通的基礎上進行鋼板材料開發起了很大作用。此后，形成了日本鋼鐵廠與用戶結成一體進行材料開發的體制。現在，以日本鋼鐵聯盟標準（JFS）為代表的高質量、廉價的沖壓用鋼板對沖壓技術的發展起了很大促進作用。

2.2沖壓加工機械

日本沖壓加工業早期使用的沖壓加工機械各種各樣，有摩擦壓力機、氣錘、油壓壓力機、曲柄連桿式壓力機、曲柄式沖床等。后來相繼開發出以曲柄式沖床為主體并配置搬送裝置的自動化沖壓生產線、大型連續自動沖壓機、十聯桿壓力機、伺服壓力機等成形性好、生產效率高的沖壓加工機械。現在已經實現了計算機對這些機械進行統一控制的高效率生產體制。最近為了對板材進行鍛造，使用了高剛性高精度的鍛壓機。此外，可進行多種沖壓加工的、配置緩沖器的數控油壓機也實現實用化。

2.3其他

沖壓模具用鋼普遍采用熱處理性、表面處理性優良的專用鋼種。并且采用不產生氧化鐵皮和變形量小的真空熱處理等方法對模具進行熱處理。此外，為了應對沖壓產量的增加、沖壓材的高強度化以及對多種材料進行沖壓的需求，開發出提高模具耐久性的各種涂鍍膜，這些涂鍍膜對提高沖壓生產效率起了很大作用。但另一方面，涂鍍膜種類過多，給用戶的選用造成混亂。目前正在進行涂鍍皮膜評價系統的研究。

3沖壓加工技術現狀

3.1鋼板高強度化的進展

為了提高汽車安全性并使汽車輕量化，高強鋼板的用量已經達到車體的60%以上，其最高強度達到780MPa級。傳統的以拉延（draw）為主的沖壓加工技術方法已經不能滿足高強鋼板成形精度、沖壓負荷和模具耐久性等要求。此外，在日系汽車制造推向全球化的過程中，由于高強鋼板供給問題，汽車用鋼板的強度也只能達到這個水平。但是，由于汽車輕量化的要求不斷提高，并且高強鋼板供給問題有所好轉，所以汽車高強鋼板化有了新的進展。

3.2高強鋼板沖壓加工的“form成形”技術

過去，薄鋼板沖壓成形主要采用拉延成形法，在沖壓加工590MPa級高強鋼板制作某些沖壓制品時，出現不能成形的情況。即使可以成形，也發生嚴重翹曲和回彈。為此，要對模具預留一定的回彈裕量。但是，被沖壓材強度越高，模具的預留回彈裕量越大，并且一批制品的形狀尺寸差別也越大。因此，預留回彈裕量的方法不能解決問題。在這種情況下，只能使用高成本的DP和TRIP鋼板。如果這樣仍不能實現合格的成形，就要降低鋼板強度、增加鋼板厚度。

與上述拉延成形不同，日本沖壓工廠獨創的“form成形”技術，在高強鋼板沖壓時，使沖壓品具有良好的形狀凍結性。圖1是拉延成形方式與“form成形”方式的比較。form成形加工中，模具中央的凸緣拘束坯料，使周圍坯料自由流動、成形。傳統的拉延成形法是將周圍坯料拘束住，使模具中央部位的坯料成形的方法。由于拉延成形的坯料被拘束得多，所以，比較容易對坯料進行控制和進行模擬。但拉延成形模具結構復雜而且體積較大。與此不同，form成形的坯料被拘束得少，所以，沖壓中，材料流動和成形時產生的應力最小。

圖2是各種成形模具的結構斷面圖。其中的form·拉延成形雖說是兼有form成形和拉延成形優點的成形方法，但模具結構復雜、體積較大，并且其使用效果受到局限。但采用拉延成形和form成形并用的沖壓方法，可以充分發揮各個方法的特點，擴大可加工的范圍。

3.3form成形的基礎研究

沖壓工藝共有三種：兩級form成形是分別使用第一次成形模具和第二次成形模具的兩次成形方法；一次form成形使用的是前述第二次成形模具的一次成形方法；沖壓成形是拉延成形的一次成形方法。圖3是各種成形方法的試驗結果。圖4是各種成形方法制作高強鋼板成形件的形狀凍結性的比較。坯料強度升高，拉延成形件的形狀凍結性下降。另一方面，盡管坯料強度升高，但兩級form成形件仍顯示了良好的形狀精度。比較各種成形方法加工負荷發現，兩級form成形和一次form成形的加工負荷都小于拉延成形。高強度鋼板成形存在加工負荷增大的問題，但采用form成形法，可以解決這個問題。

成形件形狀凍結性不良和成形負荷增大的原因是form成形中的“彎曲恢復”現象。拉延成形中，坯料從凸緣流入時，坯料在模具的R部被彎曲，此后在模具的縱壁又恢復成直線，這種現象叫做“彎曲恢復”。彎曲恢復導致被加工材的內外面產生拉伸和壓縮殘余應力。兩級form成形加工中不發生彎曲恢復現象，因此沖壓件幾乎不發生翹曲而具有良好的形狀凍結性。一次form成形加工中發生彎曲恢復現象，所以沖壓件的形狀凍結性不如兩級form成形。此外，發生彎曲恢復時，進行沖壓加工需要更大的加工負荷，所以拉延成形的加工負荷大。

根據上述分析可知，form成形法可應對高強鋼板沖壓加工的需要。（慧子）