高強度鋼沖壓成型的潤滑技術(shù)

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       詳細(xì)資料：

      高強鋼,、超高強鋼在車輛車身上的應(yīng)用,，不僅實現(xiàn)了車輛的輕量化,，而且顯著提高了車輛碰撞強度和安全性能，因此成為車用鋼材的重要發(fā)展方向,。隨著板料強度的提高,，傳統(tǒng)的冷沖壓工藝在成型過程中容易產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，無法滿足高強度鋼板的加工工藝要求,。在無法滿足成型條件的情況下,，目前國際上逐漸研究超高強度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)。該技術(shù)是綜合了成形,、傳熱以及組織相變的一種新工藝,，主要是利用高溫奧氏體狀態(tài)下，板料的塑性增加,，屈服強度降低的特點,，通過模具進(jìn)行成形的工藝。但是熱成型需要對工藝條件,、金屬相變,、CAE分析技術(shù)進(jìn)行深入研究，目前該技術(shù)被國外廠商壟斷,，國內(nèi)發(fā)展緩慢,。

下面就高強鋼在冷沖壓成型方面進(jìn)行探討和分析。

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1. 高強鋼沖壓過程中出現(xiàn)的問題

高強鋼的應(yīng)用不斷擴(kuò)大,，有些車型的車身框架高強度鋼的應(yīng)用已達(dá)90%（如圖1）                     

       根據(jù)美國鋼鐵學(xué)院能量部的研究,，即使高強度鋼降低部分?jǐn)?shù)值其拉伸還是要比傳統(tǒng)的冷板困難得多。高強鋼的延展率只有普通鋼材的一半 (如圖 2),。

高強鋼屈服強度

普通高強鋼HSS + S+ b! Q8 B6 d0 O	210Mpa 30KSI	比低碳鋼含更多的碳和錳
高強度低合金鋼HSLA	280-550Mpa 40-79KSI	細(xì)晶鐵素體與碳和/或者氮析出物,，含鈦、釩,，沖壓時,，板材屈服強度-YS,，僅增加-伊蘇只增加20Mpa(3KSI)
熱處理硬化鋼 7 V8 Y) E$ ?; H9 l; I	180-280Mpa 26-40KSI	在沖壓加工成形過程中被硬化或者經(jīng)過烤箱170F（20-30分鐘），屈服強度提高70Mpa(10KSI) # d7 g8 p: S8 }% I8 M0 q
雙相鋼 % @4 S( n4 D7 g( B+ L	350-600Mpa 50-86KSI 9 b8 j3 o$ ^+ [" L" s# v; N% c	軟鐵素與島狀馬氏體,。烘烤硬化-加工時,，屈服強度可以增加140Mpa(20KSI) $ I1 i- b7 E; ^: L6 r% {: V
相變誘發(fā)塑性鋼TRIP   l9 h5 @, u& E7 [	400-800Mpa 57-114KSI 2 o! t9 s/ |7 m8 O* k	鐵素體和馬氏體-同樣有貝氏體和殘余奧氏體。合金使點焊更具挑戰(zhàn)性,。
拉伸翻邊高強度鋼	About 590Mpa 84KSI	應(yīng)用時需要較高的剪切邊緣延伸度,。鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體,。
復(fù)相鋼	350-600Mpa 50-86KSI	有精細(xì)顯微結(jié)構(gòu)的鐵素體,，較高比例的馬氏體和貝氏體,。

表3   

       當(dāng)材料被沖壓成形時,，會變硬。不同的鋼材,，變硬的程度不同,，一般高強度低合金鋼只略有3 KSI增加，不到10％,。注意：雙相鋼的屈服強度有20KSI增加,，增加了40％多！金屬在成形過程中,，會變得完全不同 – 完全不像沖壓加工開始之前,。 這些鋼材在受力后，屈服強度增加很多,。材料較高的屈服應(yīng)力加上加工硬化,，等于流動應(yīng)力的大大增加。 —— 這會引起需要更多的噸位來制作部件 —— 它會使金屬的變形溫度增加（可能會燃燒或破壞不恰當(dāng)?shù)臐櫥瑒���,，硬點會增加模具磨損——涂層可能會于事無補或無法持續(xù)到和預(yù)期的時間一樣長,。

       綜上所述，高強鋼成形的高壓力要求,、回彈的增加,、加工硬度的增加、高成型溫度下的操作對模具及潤滑都提出了挑戰(zhàn),。

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2. 潤滑劑分析

    過去, 生產(chǎn)深沖或者重沖工件,，大家都認(rèn)為耐壓型(EP) 潤滑油是保護(hù)模具的最好選擇。硫和氯EP添加劑被混合到純油中來提高模具壽命已經(jīng)有很長的歷史了,。但是隨著新金屬-高強度鋼的出現(xiàn),，環(huán)保要求的嚴(yán)格，EP 油基潤滑油的價值已經(jīng)減少,，甚至失去市場,。

      在高溫下高強度鋼的成型,，EP 油基潤滑油失去了它的性能，無法在極溫應(yīng)用中提供物理的模具保護(hù)隔膜,。而極溫型的IRMCO高固體聚合物潤滑劑則可以提供必要的保護(hù),。

      隨著金屬在沖壓模具中變形，溫度不斷升高,，EP 油基潤滑油都會變薄,，有些情況下會達(dá)到閃點或者燒著（冒煙）。IRMCO高分子聚合物潤滑劑一般開始噴上去時稠度低得多,。隨著成形過程中溫度的上升,，會變得更稠更堅韌。實際上高分子聚合物極溫潤滑劑都有“熱尋性”而且會粘到金屬上,，形成一個可以降低摩擦的隔膜,。這個保護(hù)屏障可以允許工件延展，在最高要求的工件成型時沒有破裂和粘接,，以此來控制摩擦和金屬流動,。（如圖4）

圖4

       從上圖可以看出愛美可水基沖壓潤滑劑HSP（高固體聚合技術(shù)）技術(shù)不但改善了沖壓過程中金屬的流動，而且形成了降低摩擦的隔膜,，有效的保護(hù)了工件和模具,，可以看出，三千個工件以后,，工件表面質(zhì)量得到明顯的改觀,，同時有效的保護(hù)了模具，延長了模具使用壽命,。

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3. 潤滑劑成型能力對比

    美國綠葉技術(shù)實驗室對IRMCO產(chǎn)品和汽車行業(yè)通過認(rèn)證的拉伸油以及合成潤滑劑,，在美國DP780超高強度鋼上進(jìn)行了成型對比實驗。采用了俄亥俄州立大學(xué)的茵特拉根(Interlaken)拉伸成型測試法,。這種方法被證實用于測試實際結(jié)果非常準(zhǔn)確,。IRMCO達(dá)到的數(shù)值是145 比汽車行業(yè)通過認(rèn)證的拉伸油的115和合成潤滑劑的110 超過了25%。數(shù)值越大,，說明成型能力越好,。（如圖5）

4. 成功案例

5. 國內(nèi)測試

沖壓工件情況如下：

      由于工件材質(zhì)為FB780，且板厚4mm,，成型困難�,，F(xiàn)企業(yè)采用油基潤滑劑，使用自動化生產(chǎn)線多工位成型,，潤滑油由自動給涂裝置供給,。在對高強鋼的成型過程中使用液壓油進(jìn)行潤滑，由于油遇到高溫起不到潤滑作用,，工件質(zhì)量得不到保證,，模具,、工件溫度較高，溫度隨工件的沖壓頻率,、件數(shù)而升高,，工件質(zhì)量也隨之下降，工件,、模具溫度最高達(dá)到200余℃,，制約了企業(yè)在高強鋼方面的成型應(yīng)用。

     2012年6月12日,，美嘉華國際兩名技術(shù)工程師前往該企業(yè)進(jìn)行該工件的測試工作,，使用愛美可146-492 對工件進(jìn)行成型測試，由于受現(xiàn)場條件限制我們利用人工噴涂的方式,，采用霧氣手動噴壺對工件毛胚進(jìn)行噴涂,，共生產(chǎn)數(shù)十件，稀釋比例1：1,，工件成型質(zhì)量滿足企業(yè)要求,，工件溫度明顯低于用油成型中所產(chǎn)生的溫度,。工件表面光潔度高,。對模具的修復(fù)，因為試驗數(shù)量較少無法檢測到模具的變化,。整個測試過程比較順利,，工件成型質(zhì)量穩(wěn)定，表面質(zhì)量較好,。

測試過程如下：

      愛美可水基沖壓潤滑劑對于比較難以成型的高強鋼,、不銹鋼、深拉伸等部件成型質(zhì)量好,，工件表面質(zhì)量得到了明顯改善,，工件、模具溫度下降,，模具壽命得以提升,，并且后續(xù)工藝流程得以大幅改善，為企業(yè)精益生產(chǎn),、綠色生產(chǎn)提供了保障,。

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6. 愛美可與企業(yè)合作意義

愛美可水基沖壓潤滑劑的使用，將會給企業(yè)帶來生產(chǎn)工藝,、環(huán)境保護(hù),、節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效率等方面的變化,，具體表現(xiàn)在：

生產(chǎn)工藝的大大簡化 -IRMCO 工藝流程如下：

a) 沖壓成型：IRMCO產(chǎn)品和滲碳模具兼容,，所含聚合物的熱尋性在沖壓溫度升高時強力保證潤滑膜層,。潤滑效果和金屬流動性的提高，降低了沖壓工作溫度,，在增加了沖壓速度的同時,，模具得到了更好的保護(hù)，可以減少模具昂貴保護(hù)涂層的需要,，有效保證工件成型率和表面質(zhì)量,。

b) 焊點焊接：不需任何處理就可以直接進(jìn)行焊接，不但不會產(chǎn)生虛焊,、假焊,，而且不會產(chǎn)生有毒油煙和刺激異味，極大的提高工作效率,。保證工件潔凈并利于搬運,，節(jié)省手套、棉紗等用量,。

c) 清水水洗：可以使用26.7~43℃清水進(jìn)行清洗,，大幅度降低能耗；可以使清潔池內(nèi)沉淀物減少75%,，避免多次重新清洗,；可直接排放，并達(dá)到對魚類無害的標(biāo)準(zhǔn),，污水排放量的減少使處理費用降低,。

d) 磷化處理：由于易于清洗，可以使工件達(dá)到高清潔度,，全面提高磷化效果,。

e) 電泳涂裝：IRMCO 產(chǎn)品和電泳漆兼容，同時工件高清潔度增強了電泳涂裝的質(zhì)量,。

f) 面漆噴漆：IRMCO 產(chǎn)品可以與電烤漆和粉漆完全兼容,。工件的高清潔度提高了噴漆附著力，漆可以噴得更薄,，同時噴漆表面無氣孔,、流淌現(xiàn)象。

       IRMCO 潤滑技術(shù)在有效保證沖壓環(huán)節(jié)的同時,，對工藝流程進(jìn)行了大幅的簡化,，并且對后序的磷化處理、電泳涂裝,、面漆噴漆產(chǎn)生了積極的影響,。為用戶提高效率的同時，節(jié)省了大量的水資源,、電能,、熱能以及脫脂劑,、廢水處理和人工費用。

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       由此,，我們可以清楚地得到這樣一個答案：IRMCO 潤滑技術(shù)為用戶節(jié)省的生產(chǎn)綜合成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在產(chǎn)品方面的投入,，IRMCO 潤滑技術(shù)在車身制造工藝流程中的應(yīng)用具有積極重大的現(xiàn)實意義。

環(huán)境的大幅改善 - 愛美可將帶來一個全新的無油的空間,。由于潤滑油的大量使用,，導(dǎo)致車間工作環(huán)境較差，并且難以進(jìn)行清理,，愛美可可以容易的進(jìn)行清理和清洗,，大幅改善了車間環(huán)境。

環(huán)保-IRMCO 是全球唯一擁有微毒檢測系統(tǒng)的沖壓潤滑劑生產(chǎn)公司,。迄今為止,，在全球沒有任何一家同類機構(gòu)能夠達(dá)到象IRMCO一樣的排放標(biāo)準(zhǔn)。

節(jié)能降耗- 80項降耗,。減少75%清水排放,，清洗容易，清洗后表面無殘留,，電泳效果好,。工件的高清潔度—提高了噴涂的附著力漆可以噴得更薄，無氣孔,、不流淌,、沒有起泡和陷穴現(xiàn)象，與電烤漆和粉漆兼容,。愛美可通過在國內(nèi)企業(yè)的應(yīng)用，經(jīng)過測算可為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本的10%,，達(dá)到了為企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)工藝,、節(jié)能降耗的目的。

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a) 減少了清洗和二次加工成本：IRMCO Fluids 是真正水溶性的,，可以和清潔劑在水里面并存,。這就象刷盤子，洗碗一樣,，如果是洗油膩的盤子,，鍋，就用比洗一般飲料多的多的清洗劑,。用戶在使用了IRMCO以后,，絕大多少情況下，第一級清洗都可以改成清水沖洗,，就可以清理干凈所有的IRMCO,。以下的各級清洗就可以清洗鋼板原來帶來的防銹油和在沖壓前的污染,，就可以準(zhǔn)備好上漆或者電鍍了

金屬清洗試驗。水溫77℉(25℃),，清水（不加任何洗滌劑）愛美可比常規(guī)的綜合沖壓油,，清洗時間縮短400%，從42秒減少到4秒,。而一般水溶潤滑油要300秒以上才能洗干凈,。不僅可以節(jié)能減排，還可以節(jié)省大量清水,，大大提高清洗生產(chǎn)線的效率,，減少投資。

簡單的硫酸銅測試法,。把清洗后的鋼板浸入4％加蒸餾水的硫酸銅溶液幾秒鐘,，我們知道銅是非常挑剔的，如果表面清洗干凈,，銅就會鍍的非常均勻,。如果不干凈就不能鍍上銅。即使對一塊象指紋這樣的污漬也會有所抵觸,。

b)減少了廢油處理成本：以清洗時間計算,，需要時間越短越好。IRMCO比油好很多,，比其他非油基產(chǎn)品也好很多,。這意味著將節(jié)省很多水！很多能源,！整個生產(chǎn)線的效率,！同樣投資的清洗設(shè)備可以生產(chǎn)更多東西，節(jié)省投資�,。,。∮盟�量的大幅下降將意味著排污量和處理費用的大幅下降,。

c) 工序的節(jié)省：生產(chǎn)工序的節(jié)省,，為企業(yè)節(jié)省了勞動力成本和脫脂劑等的原材物料成本，使得工藝大大簡化,，從而達(dá)到了節(jié)能降耗的目的,。

提高生產(chǎn)效率，改善工件表面質(zhì)量,，同時提高模具壽命- 愛美可潤滑劑的使用在增加了潤滑效果和金屬流動性的同時,，降低了沖壓工作溫度，提高了沖壓速度，模具得到了更好的保護(hù),，可以減少模具昂貴保護(hù)涂層的需要,，有效保證工件成型率和表面質(zhì)量。

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7. 愛美可（IRMCO）技術(shù)背景

     IRMCO是一家一直致力于高效,、環(huán)保沖壓潤滑技術(shù)的研究與開發(fā)的公司,，其產(chǎn)品一直走在世界同行的前列。并于20世紀(jì)80年代初在全球率先研制了可以全面替代傳統(tǒng)潤滑技術(shù)的高效,、環(huán)保無油水基沖壓潤滑劑,。IRMCO 是全球唯一擁有微毒檢測系統(tǒng)的沖壓潤滑劑生產(chǎn)公司。迄今為止,，在全球沒有任何一家同類機構(gòu)能夠達(dá)到象IRMCO一樣的排放標(biāo)準(zhǔn),。

      IRMCO (音譯：愛美可)是全球最具權(quán)威的專業(yè)沖壓潤滑技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)機構(gòu)。1914年創(chuàng)建于美國賓西法尼亞州的費城,，在1919年公司移到伊利諾州并正式命名為 International Refining and Manufacturing Company ,。近一個世紀(jì)以來IRMCO一直致力于高效、環(huán)保沖壓潤滑技術(shù)的研究與開發(fā),，一直走在世界同行的前列,。并于20世紀(jì)80年代初在全球率先研制了可以全面替代傳統(tǒng)潤滑技術(shù)的高效、環(huán)保無油沖壓潤滑劑,。

    “開發(fā)先進(jìn)的潤滑技術(shù),，大幅度改善用戶金屬成型的生產(chǎn)過程和工作環(huán)境，提高產(chǎn)量,，并為環(huán)保做出貢獻(xiàn)” 是IRMCO唯一的驅(qū)動力,。通過探討開發(fā)和富有創(chuàng)造性的激勵精神,IRMCO不斷推動研究的節(jié)奏和提高解決問題的能力。為此IRMCO研發(fā)機構(gòu)每年投入超過操作預(yù)算的25%的資金用于新品開發(fā),、環(huán)境改善,、資源支持等系統(tǒng)建設(shè),在提高技術(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量的同時并積極尋求對環(huán)境的改善與保護(hù)。

IRMCO技術(shù)與產(chǎn)品進(jìn)入市場后立即獲得了優(yōu)秀評價和廣泛應(yīng)用,。并全面迅速的替代了傳統(tǒng)的沖壓潤滑產(chǎn)品,，奠定了IRMCO沖壓潤滑技術(shù)在全球的領(lǐng)先地位�,；�于IRMCO沖壓潤滑技術(shù)的卓越表現(xiàn)，目前全球已有超過500家的世界級公司得到IRMCO高質(zhì)量的全面服務(wù),，任何一家廠家都沒有得到象IRMCO 這么多的認(rèn)同和認(rèn)證,。尤其通過和通用、福特,、奔馳,、寶馬、日產(chǎn)、本田,、德爾福,、阿爾文、天納克汽車工業(yè)公司以及哈雷-戴維森,、惠而浦,、力諾、特靈等的成功合作,在得到他們高度認(rèn)可的同時并幫助這些公司解決以往的技術(shù)所帶來的不便與損失,。由于這些成功的合作使IRMCO技術(shù)和產(chǎn)品在實際應(yīng)用中得到了不斷的提高和完善,，為將來更高水平的研制提供了廣闊的空間。