熱成型技術(shù)在車身輕量化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

麻桂艷++閆祿平

摘 要：介紹了高強(qiáng)度鋼板熱成型技術(shù)的工藝過程及模具設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)；對(duì)比了我公司某車型設(shè)計(jì)開發(fā)中B柱加強(qiáng)板的兩種方案，完成了熱成型B柱加強(qiáng)板的設(shè)計(jì)開發(fā)，禪明了熱成型技術(shù)在車身輕量化設(shè)計(jì)中應(yīng)用的可行性及意義。

關(guān)鍵詞：熱成型；車身；碰撞；高強(qiáng)鋼

環(huán)境污染和能源消耗已經(jīng)成為當(dāng)今世界亟待解決的社會(huì)問題，通過車身輕量化降低汽車自重是一種降低汽車油耗的有效手段；另一方面日趨嚴(yán)格的碰撞法規(guī)又要求車身某些區(qū)域具有較高的強(qiáng)度以保證乘員安全。根據(jù)項(xiàng)目組控制整車重量的開發(fā)思想，我們?cè)谲嚿碓O(shè)計(jì)中引入了高強(qiáng)度鋼板熱成型技術(shù)，開發(fā)出了熱成型B柱加強(qiáng)板，滿足了整車側(cè)碰要求并控制了車身重量。

一、熱成型技術(shù)

鋼板熱成型技術(shù)（Hot forming）是一種將特殊高強(qiáng)度鋼板加熱到奧氏體溫度后快速?zèng)_壓，通過模具保壓并實(shí)現(xiàn)淬火，最終得到組織為馬氏體，抗拉強(qiáng)度在1200MPa以上的超高強(qiáng)度零件的新型成型技術(shù)。這種新技術(shù)最先由瑞典的Hard Tech公司于20世紀(jì)80年代提出，它與傳統(tǒng)意義上的熱沖壓技術(shù)的本質(zhì)區(qū)別在于不是通過空冷，而是通過在模具中布置冷卻水回路使工件快速冷卻淬火的。

二、熱成型零件在車身上的應(yīng)用

（一）應(yīng)用情況

經(jīng)調(diào)查，世界一些主要汽車制造商在車身開發(fā)中已經(jīng)廣泛使用熱成型零件。如頂蓋邊梁、B柱加強(qiáng)板、中通道及防撞梁。自主品牌最近開發(fā)的車型上也有應(yīng)用。

（二）新車開發(fā)中的應(yīng)用

根據(jù)結(jié)構(gòu)要求我們?cè)O(shè)計(jì)了B柱加強(qiáng)板及其內(nèi)部加強(qiáng)件（如圖1），通過CAE進(jìn)行側(cè)碰模擬分析發(fā)現(xiàn)上鉸鏈附近區(qū)域B柱發(fā)生折斷并且B柱下部侵入量大于公司標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)以上問題我們進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，提出了兩種修改方案：

方案1：加大了B柱內(nèi)部加強(qiáng)件的尺寸，使原來單層的B柱加強(qiáng)板變成兩層。

方案2：將B柱加強(qiáng)板材料由B340/590DP改為BR1500HS。

經(jīng)CAE分析，并進(jìn)行調(diào)整使以上兩種方案均滿足了公司側(cè)碰要求。

從圖中可以看出方案1中B柱加強(qiáng)板總成重量為12.2kg，方案2為8.04kg，左右側(cè)圍對(duì)稱，方案1比方案2單臺(tái)重了8.32kg；同時(shí)焊接工序也比方案2復(fù)雜費(fèi)時(shí)。

經(jīng)財(cái)務(wù)部門評(píng)估單車綜合成本發(fā)現(xiàn)使用熱成型零件比使用普通冷沖壓加強(qiáng)板略高，但在成本控制內(nèi)且焊接及涂裝工藝與冷沖壓件相同。

（三）熱成型零件的設(shè)計(jì)開發(fā)

根據(jù)不同溫度下板材的應(yīng)力應(yīng)變曲線及模具溫度變化曲線，我們利用Pam-Stamp 2G軟件模擬了零件的成型過程，并對(duì)零件進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，使減薄率滿足公司要求，得出了最終的冷卻水道分布和B柱加強(qiáng)板數(shù)據(jù)，并完成了模具的設(shè)計(jì)。

經(jīng)過調(diào)試，得到了合格的B柱加強(qiáng)板零件，樣件拉伸試驗(yàn)滿足要求。量產(chǎn)車側(cè)碰試驗(yàn)也與CAE分析結(jié)果相同，達(dá)到目標(biāo)要求

三、結(jié)論

通過熱成型零件在此新車型上的開發(fā)，證明了熱成型技術(shù)在提高車身性能并實(shí)現(xiàn)車身輕量化方面有著較高的應(yīng)用價(jià)值?？梢灶A(yù)測(cè)，今后熱成型技術(shù)將得到越來越廣泛的應(yīng)用，其相關(guān)裝備和核心技術(shù)的研究也將成為制造業(yè)新的研究熱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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