製程參數對熱沖壓成品尺寸變異的分析

摘要：為了同時兼顧車體的輕量化與安全性，高強度鋼被大幅應用在車體結構件上，於是傳統冷沖壓鋼材持續開發出更高強度的鋼材。但隨著鋼材強度的增加，成形性也不斷降低，回彈隨著鋼材強度的上升而越來越不易控制，使得傳統冷沖壓鋼材在更高強度的發展遇到了瓶頸。

熱沖壓技術的重點在於硼鋼材料的相變化，硼鋼原本的強度約在600 MPa左右，但是升溫到900~950ºC，並持溫4~10分鐘後，硼鋼的晶相會轉換沃斯田鐵相，強度會再降低至100~200 MPa，此時進行成形將得到相當好的成形性。待成形後便在模內施以淬火，當板件冷卻速率≧25ºC時，硼鋼將再次產生相變化，此時轉換成麻田散鐵相，並因此得到強度在1470 MPa以上的超高強度鋼材。因熱沖壓技術因為具備高成形性與超高強度等優點，已經成為近年來超高強度鋼材的主流技術。

Abstract: High strength steel is widely used in the automotive industry to reduce weight and to increase safety. However, the formability of high-strength steel is limited by spring back phenomena.

The key point of hot stamping is the metallographic transition, the boron steel strength is about 600 MPa at room temperature, when the boron steel is heated to 900~950℃ for 4~10 minutes, the metallographic will be changed to Austenitic, and the strength will decrease to 100~200 MPa with good formability. After forming, the blank is quenched. If the cooling rate is higher than 25℃/sec, the metallographic changes to martensite, and the strength increases to above 1470 MPa. Hot stamping is widely used for high-strength steel because it provides good formability.

This study simulated hot stamping production dimensions obtained after quenching, which are difficult to modify. To improve the quality dimension, different parameters, including of temperature on tooling surface before forming, quenching time, and tooling gap. By the analysis of simulation, we wish to improve the accuracy of parts dimension.

關鍵詞：熱沖壓、高強度鋼、沖壓硬化

Keywords：Hot Stamping, High Strength Steel, Press Hardening

前言
隨著能源逐漸枯竭，汽車的節能效果日益受到重視。美國在2016年前達到每加侖（3.78公升）平均將近35哩（56.32公里），相當於每公升須達到14.9公里。日本燃料排放的規章也日漸嚴苛，預計於2015年CO2排放量需達到137.5 g/km。中國於2015年平均乘用車燃油消耗量降至7 L/100 km左右，CO₂排放量降至167 g/km。因此，汽車輕量化以減少耗油量及CO₂排放量是當前的重要趨勢。但汽車輕量化的同時，安全性仍然是必須考慮的問題，汽車事故會造成的巨大損失，世界各先進國家都對汽車碰撞安全性作出強制性要求，並建立了相關的法規，如FMVSS、NCAP等，近期更將碰撞測試方法提高到更嚴格的1/4碰撞法。在必須同時輕量化與安全性的需求下，高強度鋼成為汽車用鋼材之主流趨勢，透過車身零件厚度的減薄和高強度的結合，不僅有效減輕車身重量、降低油耗，並可確保及提高汽車之安全性。

對沖壓成形工藝而言，隨著鋼材強度的提升，其成形性較差及回彈問題也隨之顯著，亦會造成車身後續的裝配問題。且對於超過1000 MPa的超高強度鋼，傳統沖壓技術往往是束手無策。熱沖壓技術除了具備超高強度之外，同時具備成形性佳的優點，故近年來被大量應用在車體結構件。

熱沖壓技術最早被應用在汽車產業是在1984年之SAAB 9000車款之結構件，隨著結構輕量化與高強度鋼材的需求不斷提昇之趨勢，國際大廠Schuler表示熱沖壓市場在2014年全球市場需求量已經達到2.5億件，更預估在2018年的需求量將達到5.7億件，整體市場成長明顯，如圖1所示。

以熱沖壓成形製程之結構件有A柱、B柱、保險桿、車頂桿、拖曳臂、中柱等[1]，如圖2所示，此製程已成為今日汽車產業之重要技術指標與生產模式。