高強度鋼沖壓成型的潤滑技術

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       詳細資料：

      高強鋼、超高強鋼在車輛車身上的應用，不僅實現了車輛的輕量化，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展方向。隨著板料強度的提高，傳統的冷沖壓工藝在成型過程中容易產生破裂現象，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。該技術是綜合了成形、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下，板料的塑性增加，屈服強度降低的特點，通過模具進行成形的工藝。但是熱成型需要對工藝條件、金屬相變、CAE分析技術進行深入研究，目前該技術被國外廠商壟斷，國內發展緩慢。

下面就高強鋼在冷沖壓成型方面進行探討和分析。

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1. 高強鋼沖壓過程中出現的問題

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

       根據美國鋼鐵學院能量部的研究，即使高強度鋼降低部分數值其拉伸還是要比傳統的冷板困難得多。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	210Mpa 30KSI	比低碳鋼含更多的碳和錳 & G1 A; X7 L, i
高強度低合金鋼HSLA 4 u4 K9 v7 c  C8 c( Z1 Q( \	280-550Mpa 40-79KSI # D: P" J- S& j4 b% p% \3 _	細晶鐵素體與碳和/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) , H  Q; c5 T! c3 Q) J4 V
熱處理硬化鋼	180-280Mpa 26-40KSI - O; N, j, [3 J& Z. t	在沖壓加工成形過程中被硬化或者經過烤箱170F（20-30分鐘），屈服強度提高70Mpa(10KSI)
雙相鋼	350-600Mpa 50-86KSI	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) # S7 N/ _' U( D' N) ^
相變誘發塑性鋼TRIP	400-800Mpa 57-114KSI	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性。 & j# {# [3 z' `+ v) ~
拉伸翻邊高強度鋼	About 590Mpa 84KSI ( x1 H! B) i* A0 _( R	應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。 - |; Q/ }7 _: v
復相鋼	350-600Mpa 50-86KSI ; R+ s. l4 Q# e	有精細顯微結構的鐵素體，較高比例的馬氏體和貝氏體。

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表3   

       當材料被沖壓成形時，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。材料較高的屈服應力加上加工硬化，等于流動應力的大大增加。 —— 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的潤滑劑），硬點會增加模具磨損——涂層可能會于事無補或無法持續到和預期的時間一樣長。

       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。

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2. 潤滑劑分析

    過去, 生產深沖或者重沖工件，大家都認為耐壓型(EP) 潤滑油是保護模具的最好選擇。硫和氯EP添加劑被混合到純油中來提高模具壽命已經有很長的歷史了。但是隨著新金屬-高強度鋼的出現，環保要求的嚴格，EP 油基潤滑油的價值已經減少，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，無法在極溫應用中提供物理的模具保護隔膜。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。

      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）技術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，有效的保護了工件和模具，可以看出，三千個工件以后，工件表面質量得到明顯的改觀，同時有效的保護了模具，延長了模具使用壽命。

3. 潤滑劑成型能力對比

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

4. 成功案例

5. 國內測試

沖壓工件情況如下：

      由于工件材質為FB780，且板厚4mm，成型困難。現企業采用油基潤滑劑，使用自動化生產線多工位成型，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行潤滑，由于油遇到高溫起不到潤滑作用，工件質量得不到保證，模具、工件溫度較高，溫度隨工件的沖壓頻率、件數而升高，工件質量也隨之下降，工件、模具溫度最高達到200余℃，制約了企業在高強鋼方面的成型應用。

     2012年6月12日，美嘉華國際兩名技術工程師前往該企業進行該工件的測試工作，使用愛美可146-492 對工件進行成型測試，由于受現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行噴涂，共生產數十件，稀釋比例1：1，工件成型質量滿足企業要求，工件溫度明顯低于用油成型中所產生的溫度。工件表面光潔度高。對模具的修復，因為試驗數量較少無法檢測到模具的變化。整個測試過程比較順利，工件成型質量穩定，表面質量較好。

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量好，工件表面質量得到了明顯改善，工件、模具溫度下降，模具壽命得以提升，并且后續工藝流程得以大幅改善，為企業精益生產、綠色生產提供了保障。

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6. 愛美可與企業合作意義

愛美可水基沖壓潤滑劑的使用，將會給企業帶來生產工藝、環境保護、節能降耗、提高生產效率等方面的變化，具體表現在：

生產工藝的大大簡化 -IRMCO 工藝流程如下：

a) 沖壓成型：IRMCO產品和滲碳模具兼容，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，可以減少模具昂貴保護涂層的需要，有效保證工件成型率和表面質量。

b) 焊點焊接：不需任何處理就可以直接進行焊接，不但不會產生虛焊、假焊，而且不會產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，節省手套、棉紗等用量。

c) 清水水洗：可以使用26.7~43℃清水進行清洗，大幅度降低能耗；可以使清潔池內沉淀物減少75%，避免多次重新清洗；可直接排放，并達到對魚類無害的標準，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，可以使工件達到高清潔度，全面提高磷化效果。

e) 電泳涂裝：IRMCO 產品和電泳漆兼容，同時工件高清潔度增強了電泳涂裝的質量。

f) 面漆噴漆：IRMCO 產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、流淌現象。

       IRMCO 潤滑技術在有效保證沖壓環節的同時，對工藝流程進行了大幅的簡化，并且對后序的磷化處理、電泳涂裝、面漆噴漆產生了積極的影響。為用戶提高效率的同時，節省了大量的水資源、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 潤滑技術為用戶節省的生產綜合成本遠遠大于在產品方面的投入，IRMCO 潤滑技術在車身制造工藝流程中的應用具有積極重大的現實意義。

環境的大幅改善 - 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，導致車間工作環境較差，并且難以進行清理，愛美可可以容易的進行清理和清洗，大幅改善了車間環境。

環保-IRMCO 是全球唯一擁有微毒檢測系統的沖壓潤滑劑生產公司。迄今為止，在全球沒有任何一家同類機構能夠達到象IRMCO一樣的排放標準。

節能降耗- 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、沒有起泡和陷穴現象，與電烤漆和粉漆兼容。愛美可通過在國內企業的應用，經過測算可為企業節約生產成本的10%，達到了為企業優化生產工藝、節能降耗的目的。

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。不僅可以節能減排，還可以節省大量清水，大大提高清洗生產線的效率，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，比其他非油基產品也好很多。這意味著將節省很多水！很多能源！整個生產線的效率！同樣投資的清洗設備可以生產更多東西，節省投資！！！用水量的大幅下降將意味著排污量和處理費用的大幅下降。

c) 工序的節省：生產工序的節省，為企業節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，從而達到了節能降耗的目的。

提高生產效率，改善工件表面質量，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，可以減少模具昂貴保護涂層的需要，有效保證工件成型率和表面質量。

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7. 愛美可（IRMCO）技術背景

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

      IRMCO (音譯：愛美可)是全球最具權威的專業沖壓潤滑技術和產品研發機構。1914年創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 。近一個世紀以來IRMCO一直致力于高效、環保沖壓潤滑技術的研究與開發，一直走在世界同行的前列。并于20世紀80年代初在全球率先研制了可以全面替代傳統潤滑技術的高效、環保無油沖壓潤滑劑。

    “開發先進的潤滑技術，大幅度改善用戶金屬成型的生產過程和工作環境，提高產量，并為環保做出貢獻” 是IRMCO唯一的驅動力。通過探討開發和富有創造性的激勵精神,IRMCO不斷推動研究的節奏和提高解決問題的能力。為此IRMCO研發機構每年投入超過操作預算的25%的資金用于新品開發、環境改善、資源支持等系統建設,在提高技術與產品質量的同時并積極尋求對環境的改善與保護。

2 T' c1 _2 b! F* GIRMCO技術與產品進入市場后立即獲得了優秀評價和廣泛應用。并全面迅速的替代了傳統的沖壓潤滑產品，奠定了IRMCO沖壓潤滑技術在全球的領先地位。基于IRMCO沖壓潤滑技術的卓越表現，目前全球已有超過500家的世界級公司得到IRMCO高質量的全面服務，任何一家廠家都沒有得到象IRMCO 這么多的認同和認證。尤其通過和通用、福特、奔馳、寶馬、日產、本田、德爾福、阿爾文、天納克汽車工業公司以及哈雷-戴維森、惠而浦、力諾、特靈等的成功合作,在得到他們高度認可的同時并幫助這些公司解決以往的技術所帶來的不便與損失。由于這些成功的合作使IRMCO技術和產品在實際應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。