沖壓熱成形技術(shù)在江淮汽車上的研究及應(yīng)用

隨著國(guó)家汽車正碰、側(cè)碰、排放等強(qiáng)制法規(guī)的相繼出臺(tái).汽車車身鋼鐵用材正面臨日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn).先進(jìn)高強(qiáng)鋼.如DP鋼、TRIP鋼、Mart鋼等.也無可爭(zhēng)議地成為汽車用材的主流趨勢(shì)。汽車廠家對(duì)整車的重量、經(jīng)濟(jì)性及安全性越來越重視.而車身作為整車重量比例最大的單元.承擔(dān)著較大的減重壓力。故大多數(shù)廠家對(duì)采用新技術(shù)特別是采用高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼板材料提出了更多的需求。采用高強(qiáng)度鋼板和超高強(qiáng)度鋼板（通常達(dá)到1000MPa以上）.使設(shè)計(jì)可以在達(dá)到強(qiáng)度要求的同時(shí).有效減少鈑金數(shù)量和材料厚度.從而達(dá)到減輕車身重量的目的。另一方面.采用高強(qiáng)度鋼板可以使車身更容易達(dá)到安全性能指標(biāo)。目前的冷沖壓工藝在對(duì)高強(qiáng)度鋼板成形的方面存在著明顯的不足.如易開裂、回彈等缺陷.無法滿足產(chǎn)品的要求。一種新型的成形工藝——特殊高強(qiáng)度鋼板的熱成形技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生.可以有效地彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。

熱成形工藝技術(shù)具有成形能力高.零件回彈小.成形零件強(qiáng)度級(jí)別高的優(yōu)點(diǎn)。目前已廣泛應(yīng)用于全球各大汽車公司的多種車型.重點(diǎn)使用在對(duì)碰撞要求較高的部位.如門檻、前保險(xiǎn)杠橫梁、B柱等。本文主要針對(duì)S-II車型的B柱加強(qiáng)板及側(cè)門檻外板加強(qiáng)板的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。通過熱成形與冷沖壓的對(duì)比分析.實(shí)現(xiàn)對(duì)熱成形沖壓件性能、質(zhì)量、成本的控制。

熱成形技術(shù)原理

熱成形工藝就是利用金屬在高溫狀態(tài)下塑性和延展性會(huì)迅速增加、屈服強(qiáng)度迅速下降的特點(diǎn).通過模具使板材成形的工藝。通過把特殊的高強(qiáng)度鋼板加熱到900℃左右.使之易被拉延成形.再經(jīng)過速冷.使鋼板抗拉強(qiáng)度達(dá)到1500MPa左右.從而達(dá)到零件超高強(qiáng)度的要求。B1500HS在加熱成形過程中強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率的變化如圖1所示。

圖1 B1500HS在加熱成形過程中強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率的變化

熱成形工藝流程

熱成形工藝流程為：落料→加熱至奧氏體狀態(tài)并保溫→快速放入模具中沖壓成形→保壓定形并淬火→激光切邊、割孔→去氧化皮→涂油（防銹處理）.如圖2所示。

熱成形技術(shù)在S-II新車型上的研究應(yīng)用

性能分析

⑴該新車型通過采用熱成形工藝得到超高強(qiáng)度的車身零件。表1為采用不同工藝沖壓后零件的性能對(duì)比。

⑵改善沖壓成形性.控制回彈.提高零件尺寸精度。

在前期車型試制過程中.由于B柱加強(qiáng)板上、下鉸鏈安裝面精度差.在焊接時(shí)與側(cè)圍外板之間存在間隙.造成側(cè)圍外板上、下鉸鏈安裝面扭曲.匹配困難。S-II項(xiàng)目B柱加強(qiáng)板采用熱成形方案能有效地解決這個(gè)問題。

⑶提高車身安全性（側(cè)碰性能）。

參照CAE側(cè)碰（C-NCAP）分析報(bào)告.如圖3所示.B柱外板加強(qiáng)板和側(cè)門檻外板加強(qiáng)板采用熱成形方案使側(cè)碰效果改善.B柱中部沒有明顯折彎.門檻侵入有所減少。此CAE報(bào)告中.所用熱成形材料的厚度為1.2mm。

B柱外板加強(qiáng)板和側(cè)門檻外板加強(qiáng)板采用熱成形方案對(duì)側(cè)碰有改善效果.且能減輕整車重量。熱成形樣件與冷沖壓件的焊接經(jīng)過試制裝車驗(yàn)證可行。

圖2 熱成形工藝流程

■ 表1 采用不同工藝沖壓后零件的性能對(duì)比

重量分析

圖4為冷沖壓和熱成形方案下B柱總成示例.B柱外板加強(qiáng)板激光拼焊板被熱成形鋼板替代.車門上鉸鏈加強(qiáng)板明顯減小。表2為B柱總成分別在冷沖壓和熱成形工藝下的重量分析對(duì)比。

圖5為冷沖壓和熱成形方案下側(cè)門檻外板加強(qiáng)板示例.在這兩種不同的工藝下.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化.只是料厚有所不同。表3為側(cè)門檻外板加強(qiáng)板分別在冷沖壓和熱成形工藝下的重量分析對(duì)比。

圖3 CAE側(cè)碰（C-NCAP）分析報(bào)告

圖4 B柱總成示例

成本分析

⑴B柱總成。

1）制件重量：左/右B柱總成實(shí)現(xiàn)整車共減重1.47kg；

2）材料利用率：B柱外板加強(qiáng)板冷沖壓材料利用率為43%.熱成形材料利用率為59%.總成冷沖壓多用8.4kg（115元.其中激光拼焊費(fèi)用高）；在廢料回收上.冷沖壓廢料可由主機(jī)廠進(jìn)行回收.按3.5元/kg的價(jià)格可回收約45.6元/車；

3）模具費(fèi)用：熱成形模具費(fèi)用比冷沖壓模具高出約526萬(wàn)元；

■ 表2 B柱總成在冷沖壓和熱成形工藝下的重量分析對(duì)比

圖5 側(cè)門檻外板加強(qiáng)板圖

4）加工費(fèi)用：熱成形工藝費(fèi)用比冷沖壓高約35元/車；

5）當(dāng)工裝在10萬(wàn)輛公攤時(shí).相對(duì)激光拼焊板冷沖壓.熱成形的成本稍高16.9元/車(不含運(yùn)輸費(fèi)用.14元/車）；

■ 表3 側(cè)門檻外板加強(qiáng)板在冷沖壓和熱成形工藝下的重量分析對(duì)比表

圖6 B柱外板加強(qiáng)板

圖7 側(cè)門檻外板加強(qiáng)板圖

圖8 B柱外板加強(qiáng)板零件實(shí)物圖

圖9 側(cè)門檻外板加強(qiáng)板零件實(shí)物圖

6）當(dāng)工裝在10萬(wàn)輛公攤后.熱成形制件價(jià)格將比冷沖壓低約34元/車(不含運(yùn)輸費(fèi)用.14元/車）；

7）制件運(yùn)輸費(fèi)用：B柱外板加強(qiáng)板單件由上海運(yùn)往合肥費(fèi)用為7元/件。

⑵側(cè)門檻外板加強(qiáng)板。

1）制件重量：左/右門檻外板加強(qiáng)板實(shí)現(xiàn)整車共減重2.3kg；

2）材料利用率：側(cè)門檻外板加強(qiáng)板冷沖壓材料利用率為70%.熱成形材料利用率為85%；

3）模具費(fèi)用：熱成形模具費(fèi)用比冷沖壓模具高出約642.8萬(wàn)；

4）加工費(fèi)用：熱成形工藝比冷沖壓高約56.2元/車；

5）單件費(fèi)用：當(dāng)工裝在10萬(wàn)輛公攤時(shí).相對(duì)冷沖壓.熱成形的成本貴79.1元/車(不含運(yùn)輸費(fèi)用.12元/車）；

6）當(dāng)工裝在10萬(wàn)輛公攤后.相對(duì)冷沖壓.熱成形的成本貴15.2元/車（不含運(yùn)輸費(fèi)用.14元/車））；

7）制件運(yùn)輸費(fèi)用：側(cè)門檻外板加強(qiáng)板單件由上海運(yùn)往合肥費(fèi)用為7元/件。

沖壓工藝分析及實(shí)物

圖6、圖7CAE分析結(jié)果顯示B柱外板加強(qiáng)板和側(cè)門檻外板加強(qiáng)板熱成形效果良好。圖8、圖9為B柱外板加強(qiáng)板和側(cè)門檻外板加強(qiáng)板零件實(shí)物圖.可以看出.熱成形后零件質(zhì)量?jī)?yōu)良。

結(jié)束語(yǔ)

本論文通過對(duì)熱沖壓與冷沖壓工藝對(duì)比分析.為江淮汽車迫切尋求新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)車身輕量化及提高整車安全性指明了道路。熱成形技術(shù)可廣泛用于車體安全件及其他結(jié)構(gòu)件的制造。

⑴B柱外板加強(qiáng)板和側(cè)門檻外板加強(qiáng)板上使用了熱成形沖壓件.不僅提高了材料利用率.而且車身重量減輕。

⑵CAE模擬結(jié)果顯示側(cè)碰效果得到改善。

⑶熱成形技術(shù)在S-II上的應(yīng)用成功.對(duì)在后續(xù)車型的研發(fā)中應(yīng)用熱成形件具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

沖壓熱成形技術(shù)在江淮汽車上的研究及應(yīng)用

文／韓永志，張國(guó)兵，楚偉峰，崔禮春·安徽江淮汽車股份有限公司