为了获得较大的刚度需要有一个较大的空腔，诸如汽车的a柱，需要设计一个封闭的截面来满足性能要求。传统的冷冲压或热成形a柱是通过两个带有焊接边（法兰）来扣合焊接在一起来完成的；先进的内高压成形虽然可以获得封闭的完整截面，但其无法保证在需要法兰面（比如门洞密封条的夹持边）设计特征。于是，住友开发出了staf热汽胀形工艺巧妙的解决了这一问题。那么，satf是如何实现的呢，它的效果怎么样呢？今天就让纽北跟大家一起来看看。
工艺简介
staf（steel tube airforming）中文暂且称之为热汽胀形，是一种新的“钢管空气成形”工艺，是指在压力机模具中设置钢管并经过“通电加热→高压空气喷射→成型→硬化”过程，最终获得封闭带法兰凸缘的零件。其工艺简图如图1所示。
图1 staf工艺简图
通过此工艺，可以使得零件本体和 “法兰”整体成形成为可能，而法兰是零件本体装配所必需的部件，此凸缘是整体模制的。制造得到的零件与传统的内外板扣合焊接之间的断面无异，意味着如果改车无需重新设计。图2是几个staf零件的断面展示。
图2 staf零件断面
工艺流程
上面介绍到，staf需要在模具内利用气体使空心管成形，其利用的也是加热加压冷却淬火的工艺，satf也可以算是一种热成形的新技术。除了钢管的预成型和放料外，还包含以下三个步骤。
1通电加热
在模具上设置钢管后，通过电阻电流加热金属。这样，管子在10秒内加热到900°c左右（温度视材料而定）。电阻加热时，左右电极对管具有相同的接触面积，使接触比板料更加稳定，从而对材料进行均匀加热。
图3 工序通电加热示意
2法兰成形
经过电阻加热后，调整模具关闭位置（处于半开状态），并向该区域提供高压空气（第一次吹气）。然后，模具被关闭，而半开的部分被轻微地展开，形成法兰。
图4 工序法兰成形示意
3成型淬火
在关闭模具后，向吹塑区提供更多的高压空气（第二次吹气），使主体的形状与模具的内表面形状相似。由于材料与金属模具紧密相连，因此可以快速冷却，使其具有大约1500 mpa的高抗拉强度。
图5 工序模具淬火示意
staf工艺的精髓在于先后进行了2次高压空气的注入，第一次是在不完全锁模的情况下进行，利用热胀冷缩原理使凸缘部分成型。然后，为了使管体部分更贴合模具内面的形状，继续增加高压空气，进行喷射或者说吹塑成型。最后，材料在紧贴模具后，快速冷却并淬火，形成强度高于1500mpa的零件。（本段源自易车）
完成以上工序后，对零件的两端进行切断或激光开孔等后续工作。最终得到我们想要的封闭带法兰的高强零部件。
工艺特点
做为一种特殊的热成形工艺，staf具有以下优势：
1减重效果显著
考虑到超高强度材料的连续闭合截面结构，它可以制成高强度、高刚性的构件。因此，可以减少管的厚度。在相同的强度参数下，如果staf生产系统取代传统的汽车零部件生产方法，其总重量将减少约30％。
图6 采用staf工艺效益对比
2降低成本
staf生产系统消除了板料冲压成形所需的废料和边角料。此外，成形后只需进行端部切割，可使成品率提高到90％左右。同时，考虑到法兰已经与管件一起形成，所需部件的数量可以减少，从而大大降低了整体生产成本。
图7 staf零件展示
3简化生产过程（低投资成本／节省空间）
在用板料形成封闭截面结构构件时，需要五台机器进行冲裁、加热、冲压、修边和焊接。另一方面，staf系统将加热和压制过程结合在一起，在预成形后和结束切割之前完成一步。因此，只需要三台机器，这就意味着可以简化生产过程。
图8 staf生产过程示意
4生产效率高
与热成形、冷冲压等工艺相比，形成一个封闭的横截面结构，staf工艺可以通过消除加热和焊接将工序数量减少到两个。从而减少中间步骤，提高生产效率。
图9 staf与传统热成形工序对比
案例分析
为了评价staf工艺的效果，住友重工用原有的工艺试制了完全一致截面形状的部件，并对性能进行测试，结果staf工艺生产的零件同样满足了强度和刚度的要求。
图10 staf与传统工序对比
1用于a柱
鉴于staf成形工艺的种种优势，其用在汽车a柱上，取代传统的冷冲或热成形工艺制作的a柱是最好的案例了。
图11 satf用于汽车a柱
首先，a柱位于门洞附近，需要有法兰凸缘给门框条的安装空间，其次，a柱也是车身主框架零件，需要有较高的强度和刚度，这就让staf工艺的作用发挥的淋漓尽致。
图12 satf用于汽车a柱－上部接头
图13 satf用于汽车a柱－下部接头
2用于电池托盘
电池托盘是保护新能源汽车电池的重要部件，需要满足挤压、穿刺等测试，对强度要求较高。通过对框架和构件采用staf构件，可以在满足托盘承重和性能的前提下降低成本（我想它主要的节省了部分连接成本）。
图14 satf用于电池托盘
以下是一个采用staf作为电动汽车中的电池托盘横梁的例子，利用此工艺，可以自由改变截面形状来满足设计性能。
图15 satf用于电池托盘横梁
图16 satf用于电池托盘横梁实物
3其他部位
目前，住友正在加大对staf工艺的研究力度，除了a柱和电池托盘，其他可能应用的部位如图17所示。我想图2所示的几个零件截面可能就是这些零件吧。
图17 satf用于电池托盘
总结
本文对住友正在研究开发的staf热汽胀形工艺做了一个简单的介绍，虽然只介绍了其优势，但缺点还是有的，比如开孔、备焊标准件以及与周边零件的搭接问题等。
工艺是个好工艺，为的就是要取人之长补己之短，你觉得呢。
