高强度钢冲压成型的润滑技术

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       详细资料：

      高强钢、超高强钢在车辆车身上的应用，不仅实现了车辆的轻量化，而且显著提高了车辆碰撞强度和安全性能，因此成为车用钢材的重要发展方向。随着板料强度的提高，传统的冷冲压工艺在成型过程中容易产生破裂现象，无法满足高强度钢板的加工工艺要求。在无法满足成型条件的情况下，目前国际上逐渐研究超高强度钢板的热冲压成形技术。该技术是综合了成形、传热以及组织相变的一种新工艺，主要是利用高温奥氏体状态下，板料的塑性增加，屈服强度降低的特点，通过模具进行成形的工艺。但是热成型需要对工艺条件、金属相变、CAE分析技术进行深入研究，目前该技术被国外厂商垄断，国内发展缓慢。

下面就高强钢在冷冲压成型方面进行探讨和分析。

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1. 高强钢冲压过程中出现的问题

高强钢的应用不断扩大，有些车型的车身框架高强度钢的应用已达90%（如图1）                     

       根据美国钢铁学院能量部的研究，即使高强度钢降低部分数值其拉伸还是要比传统的冷板困难得多。高强钢的延展率只有普通钢材的一半 (如图 2)。

高强钢屈服强度

普通高强钢HSS	210Mpa 30KSI   V; w  R1 p. e* f	比低碳钢含更多的碳和锰 4 d9 o0 a9 c: h6 M: H
高强度低合金钢HSLA	280-550Mpa 40-79KSI - n; [& P5 o/ e$ R, [	细晶铁素体与碳和/或者氮析出物，含钛、钒，冲压时，板材屈服强度-YS，仅增加-伊苏只增加20Mpa(3KSI)
热处理硬化钢 9 `; s) G2 |! Z9 e' u( y	180-280Mpa 26-40KSI 5 i0 A, J# I) n! x+ s4 K+ _% i	在冲压加工成形过程中被硬化或者经过烤箱170F（20-30分钟），屈服强度提高70Mpa(10KSI) + k( B/ @2 ~" Y& x1 P  i
双相钢	350-600Mpa 50-86KSI	软铁素与岛状马氏体。烘烤硬化-加工时，屈服强度可以增加140Mpa(20KSI) 8 `4 G9 a% t  Y$ E! j! b5 h( l
相变诱发塑性钢TRIP + m3 w0 d) f' r1 X' X# T	400-800Mpa 57-114KSI 4 S' k3 _/ ^) @% W) }	铁素体和马氏体-同样有贝氏体和残余奥氏体。合金使点焊更具挑战性。 9 P6 U8 s3 m( g' ^  U
拉伸翻边高强度钢 0 n8 q* j6 e# \	About 590Mpa 84KSI	应用时需要较高的剪切边缘延伸度。铁素体、贝氏体和残余奥氏体。 9 S" G$ F" B% v2 g3 N' S4 ~( q/ k
复相钢 1 l. S/ t! q4 {, \- _; s4 C	350-600Mpa 50-86KSI	有精细显微结构的铁素体，较高比例的马氏体和贝氏体。

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表3   

       当材料被冲压成形时，会变硬。不同的钢材，变硬的程度不同，一般高强度低合金钢只略有3 KSI增加，不到10％。注意：双相钢的屈服强度有20KSI增加，增加了40％多！金属在成形过程中，会变得完全不同 – 完全不像冲压加工开始之前。 这些钢材在受力后，屈服强度增加很多。材料较高的屈服应力加上加工硬化，等于流动应力的大大增加。 —— 这会引起需要更多的吨位来制作部件 —— 它会使金属的变形温度增加（可能会燃烧或破坏不恰当的润滑剂），硬点会增加模具磨损——涂层可能会于事无补或无法持续到和预期的时间一样长。

       综上所述，高强钢成形的高压力要求、回弹的增加、加工硬度的增加、高成型温度下的操作对模具及润滑都提出了挑战。

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2. 润滑剂分析

    过去, 生产深冲或者重冲工件，大家都认为耐压型(EP) 润滑油是保护模具的最好选择。硫和氯EP添加剂被混合到纯油中来提高模具寿命已经有很长的历史了。但是随着新金属-高强度钢的出现，环保要求的严格，EP 油基润滑油的价值已经减少，甚至失去市场。

      在高温下高强度钢的成型，EP 油基润滑油失去了它的性能，无法在极温应用中提供物理的模具保护隔膜。而极温型的IRMCO高固体聚合物润滑剂则可以提供必要的保护。

      随着金属在冲压模具中变形，温度不断升高，EP 油基润滑油都会变薄，有些情况下会达到闪点或者烧着（冒烟）。IRMCO高分子聚合物润滑剂一般开始喷上去时稠度低得多。随着成形过程中温度的上升，会变得更稠更坚韧。实际上高分子聚合物极温润滑剂都有“热寻性”而且会粘到金属上，形成一个可以降低摩擦的隔膜。这个保护屏障可以允许工件延展，在最高要求的工件成型时没有破裂和粘接，以此来控制摩擦和金属流动。（如图4）

图4

       从上图可以看出爱美可水基冲压润滑剂HSP（高固体聚合技术）技术不但改善了冲压过程中金属的流动，而且形成了降低摩擦的隔膜，有效的保护了工件和模具，可以看出，三千个工件以后，工件表面质量得到明显的改观，同时有效的保护了模具，延长了模具使用寿命。

3. 润滑剂成型能力对比

    美国绿叶技术实验室对IRMCO产品和汽车行业通过认证的拉伸油以及合成润滑剂，在美国DP780超高强度钢上进行了成型对比实验。采用了俄亥俄州立大学的茵特拉根(Interlaken)拉伸成型测试法。这种方法被证实用于测试实际结果非常准确。IRMCO达到的数值是145 比汽车行业通过认证的拉伸油的115和合成润滑剂的110 超过了25%。数值越大，说明成型能力越好。（如图5）

4. 成功案例

5. 国内测试

冲压工件情况如下：

      由于工件材质为FB780，且板厚4mm，成型困难。现企业采用油基润滑剂，使用自动化生产线多工位成型，润滑油由自动给涂装置供给。在对高强钢的成型过程中使用液压油进行润滑，由于油遇到高温起不到润滑作用，工件质量得不到保证，模具、工件温度较高，温度随工件的冲压频率、件数而升高，工件质量也随之下降，工件、模具温度最高达到200余℃，制约了企业在高强钢方面的成型应用。

     2012年6月12日，美嘉华国际两名技术工程师前往该企业进行该工件的测试工作，使用爱美可146-492 对工件进行成型测试，由于受现场条件限制我们利用人工喷涂的方式，采用雾气手动喷壶对工件毛胚进行喷涂，共生产数十件，稀释比例1：1，工件成型质量满足企业要求，工件温度明显低于用油成型中所产生的温度。工件表面光洁度高。对模具的修复，因为试验数量较少无法检测到模具的变化。整个测试过程比较顺利，工件成型质量稳定，表面质量较好。

测试过程如下：

      爱美可水基冲压润滑剂对于比较难以成型的高强钢、不锈钢、深拉伸等部件成型质量好，工件表面质量得到了明显改善，工件、模具温度下降，模具寿命得以提升，并且后续工艺流程得以大幅改善，为企业精益生产、绿色生产提供了保障。

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6. 爱美可与企业合作意义

爱美可水基冲压润滑剂的使用，将会给企业带来生产工艺、环境保护、节能降耗、提高生产效率等方面的变化，具体表现在：

生产工艺的大大简化 -IRMCO 工艺流程如下：

a) 冲压成型：IRMCO产品和渗碳模具兼容，所含聚合物的热寻性在冲压温度升高时强力保证润滑膜层。润滑效果和金属流动性的提高，降低了冲压工作温度，在增加了冲压速度的同时，模具得到了更好的保护，可以减少模具昂贵保护涂层的需要，有效保证工件成型率和表面质量。

b) 焊点焊接：不需任何处理就可以直接进行焊接，不但不会产生虚焊、假焊，而且不会产生有毒油烟和刺激异味，极大的提高工作效率。保证工件洁净并利于搬运，节省手套、棉纱等用量。

c) 清水水洗：可以使用26.7~43℃清水进行清洗，大幅度降低能耗；可以使清洁池内沉淀物减少75%，避免多次重新清洗；可直接排放，并达到对鱼类无害的标准，污水排放量的减少使处理费用降低。

d) 磷化处理：由于易于清洗，可以使工件达到高清洁度，全面提高磷化效果。

e) 电泳涂装：IRMCO 产品和电泳漆兼容，同时工件高清洁度增强了电泳涂装的质量。

f) 面漆喷漆：IRMCO 产品可以与电烤漆和粉漆完全兼容。工件的高清洁度提高了喷漆附着力，漆可以喷得更薄，同时喷漆表面无气孔、流淌现象。

       IRMCO 润滑技术在有效保证冲压环节的同时，对工艺流程进行了大幅的简化，并且对后序的磷化处理、电泳涂装、面漆喷漆产生了积极的影响。为用户提高效率的同时，节省了大量的水资源、电能、热能以及脱脂剂、废水处理和人工费用。

       由此，我们可以清楚地得到这样一个答案：IRMCO 润滑技术为用户节省的生产综合成本远远大于在产品方面的投入，IRMCO 润滑技术在车身制造工艺流程中的应用具有积极重大的现实意义。

环境的大幅改善 - 爱美可将带来一个全新的无油的空间。由于润滑油的大量使用，导致车间工作环境较差，并且难以进行清理，爱美可可以容易的进行清理和清洗，大幅改善了车间环境。

环保-IRMCO 是全球唯一拥有微毒检测系统的冲压润滑剂生产公司。迄今为止，在全球没有任何一家同类机构能够达到象IRMCO一样的排放标准。

节能降耗- 80项降耗。减少75%清水排放，清洗容易，清洗后表面无残留，电泳效果好。工件的高清洁度—提高了喷涂的附着力漆可以喷得更薄，无气孔、不流淌、没有起泡和陷穴现象，与电烤漆和粉漆兼容。爱美可通过在国内企业的应用，经过测算可为企业节约生产成本的10%，达到了为企业优化生产工艺、节能降耗的目的。

a) 减少了清洗和二次加工成本：IRMCO Fluids 是真正水溶性的，可以和清洁剂在水里面并存。这就象刷盘子，洗碗一样，如果是洗油腻的盘子，锅，就用比洗一般饮料多的多的清洗剂。用户在使用了IRMCO以后，绝大多少情况下，第一级清洗都可以改成清水冲洗，就可以清理干净所有的IRMCO。以下的各级清洗就可以清洗钢板原来带来的防锈油和在冲压前的污染，就可以准备好上漆或者电镀了

金属清洗试验。水温77℉(25℃)，清水（不加任何洗涤剂）爱美可比常规的综合冲压油，清洗时间缩短400%，从42秒减少到4秒。而一般水溶润滑油要300秒以上才能洗干净。不仅可以节能减排，还可以节省大量清水，大大提高清洗生产线的效率，减少投资。

简单的硫酸铜测试法。把清洗后的钢板浸入4％加蒸馏水的硫酸铜溶液几秒钟，我们知道铜是非常挑剔的，如果表面清洗干净，铜就会镀的非常均匀。如果不干净就不能镀上铜。即使对一块象指纹这样的污渍也会有所抵触。

b)减少了废油处理成本：以清洗时间计算，需要时间越短越好。IRMCO比油好很多，比其他非油基产品也好很多。这意味着将节省很多水！很多能源！整个生产线的效率！同样投资的清洗设备可以生产更多东西，节省投资！！！用水量的大幅下降将意味着排污量和处理费用的大幅下降。

c) 工序的节省：生产工序的节省，为企业节省了劳动力成本和脱脂剂等的原材物料成本，使得工艺大大简化，从而达到了节能降耗的目的。

提高生产效率，改善工件表面质量，同时提高模具寿命- 爱美可润滑剂的使用在增加了润滑效果和金属流动性的同时，降低了冲压工作温度，提高了冲压速度，模具得到了更好的保护，可以减少模具昂贵保护涂层的需要，有效保证工件成型率和表面质量。

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7. 爱美可（IRMCO）技术背景

     IRMCO是一家一直致力于高效、环保冲压润滑技术的研究与开发的公司，其产品一直走在世界同行的前列。并于20世纪80年代初在全球率先研制了可以全面替代传统润滑技术的高效、环保无油水基冲压润滑剂。IRMCO 是全球唯一拥有微毒检测系统的冲压润滑剂生产公司。迄今为止，在全球没有任何一家同类机构能够达到象IRMCO一样的排放标准。

      IRMCO (音译：爱美可)是全球最具权威的专业冲压润滑技术和产品研发机构。1914年创建于美国宾西法尼亚州的费城，在1919年公司移到伊利诺州并正式命名为 International Refining and Manufacturing Company 。近一个世纪以来IRMCO一直致力于高效、环保冲压润滑技术的研究与开发，一直走在世界同行的前列。并于20世纪80年代初在全球率先研制了可以全面替代传统润滑技术的高效、环保无油冲压润滑剂。

    “开发先进的润滑技术，大幅度改善用户金属成型的生产过程和工作环境，提高产量，并为环保做出贡献” 是IRMCO唯一的驱动力。通过探讨开发和富有创造性的激励精神,IRMCO不断推动研究的节奏和提高解决问题的能力。为此IRMCO研发机构每年投入超过操作预算的25%的资金用于新品开发、环境改善、资源支持等系统建设,在提高技术与产品质量的同时并积极寻求对环境的改善与保护。

IRMCO技术与产品进入市场后立即获得了优秀评价和广泛应用。并全面迅速的替代了传统的冲压润滑产品，奠定了IRMCO冲压润滑技术在全球的领先地位。基于IRMCO冲压润滑技术的卓越表现，目前全球已有超过500家的世界级公司得到IRMCO高质量的全面服务，任何一家厂家都没有得到象IRMCO 这么多的认同和认证。尤其通过和通用、福特、奔驰、宝马、日产、本田、德尔福、阿尔文、天纳克汽车工业公司以及哈雷-戴维森、惠而浦、力诺、特灵等的成功合作,在得到他们高度认可的同时并帮助这些公司解决以往的技术所带来的不便与损失。由于这些成功的合作使IRMCO技术和产品在实际应用中得到了不断的提高和完善，为将来更高水平的研制提供了广阔的空间。
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