汽車車身用高強鋼板的熱沖壓及激光點焊技術(shù)

1、汽車車身用高強鋼板的熱沖汽車車身用高強鋼板的熱沖壓及激光點焊技術(shù)壓及激光點焊技術(shù) 董仕節(jié)董仕節(jié)一、汽車輕量化的迫切性汽車輕量化的迫切性二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)汽車輕量化的關鍵技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)四、高強度鋼板的激光點焊技術(shù)高強度鋼板的激光點焊技術(shù)概述概述潔凈化潔凈化安全化安全化輕質(zhì)化輕質(zhì)化舒適化舒適化信息化信息化汽車技術(shù)的發(fā)展：汽車技術(shù)的發(fā)展：一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性13101310kgkgAudi A4 neuAudi A4 neu 2,0 l2,0 lAl- Al- 車身車身, ,Mg- Mg-

2、 變速箱外殼變速箱外殼, ,Al- Al- 輕質(zhì)輪轂輕質(zhì)輪轂, ,Al- Al- 底盤部件底盤部件, ,高強度鋼板高強度鋼板, , 塑料件塑料件.- - 110 110 kgkg+ 160 kg+ 160 kg重量增加重量增加Audi A4Audi A4 1,8 l1,8 l12601260kgkgAudi A4Audi A4 重量變化重量變化1994 1994 型型 2002 2002 型型30% 30% 安全要求安全要求22% 22% 舒適性舒適性22% 22% 法規(guī)法規(guī)15% 15% 附件設備附件設備 8%8% 質(zhì)量要求質(zhì)量要求重量減輕重量減輕汽車技術(shù)的發(fā)展汽車技術(shù)的發(fā)展-汽車的重量在攀

3、升：汽車的重量在攀升：一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性隨著汽車業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，隨著汽車業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，我國能源危機的趨勢凸現(xiàn)我國能源危機的趨勢凸現(xiàn)! 9494年年20042004/2008/2008年石油消費總量年石油消費總量( (億噸億噸) )凈石油凈石油進口國進口國美美 國國中中 國國日本日本中國中國2.5/3.99.2/8.8l 20042004年我國進口石油超過年我國進口石油超過1.2 1.2 億噸。億噸。l 我國汽車保有量我國汽車保有量20202020年將達到年將達到1 1億億3 3千萬輛，屆時石油總消耗將達到千萬輛，屆時石油總消耗將達到4 4億億5 5千萬噸。千萬噸。汽

4、油消費結(jié)構(gòu)汽油消費結(jié)構(gòu)85%15%汽車消費汽車消費其他其他2.5/2.2一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性環(huán)境污染成為制約汽車發(fā)展的重要因素環(huán)境污染成為制約汽車發(fā)展的重要因素! ! COCO、COCO2 2、NOxNOx、SOxSOx、臭氧以及各種顆粒物臭氧以及各種顆粒物 目前世界上空氣污染最嚴重的目前世界上空氣污染最嚴重的1010個城市中有個城市中有7 7個在中國。個在中國。75%25%汽車尾氣汽車尾氣其他其他一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性解決能源與環(huán)境雙重危機勢在必行！解決能源與環(huán)境雙重危機勢在必行！新能源汽車新能源汽車汽車輕量化汽車輕量化混合動力混合動力汽車汽車二

5、甲醚等代用二甲醚等代用燃料汽車燃料汽車汽車電子汽車電子傳統(tǒng)汽車傳統(tǒng)汽車升級換代升級換代解決方案解決方案高強度鋼與高強度鋼與鋁鎂合金及鋁鎂合金及輕量化結(jié)構(gòu)輕量化結(jié)構(gòu)應應 用用應應 用用應應 用用能源危機能源危機環(huán)境污染環(huán)境污染一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性燃油消耗可燃油消耗可減少減少6%-8%6%-8%實現(xiàn)節(jié)能實現(xiàn)節(jié)能減少排減少排放放實現(xiàn)環(huán)保目標實現(xiàn)環(huán)保目標一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性2020世紀世紀9090年代，世界范圍內(nèi)的年代，世界范圍內(nèi)的3535家主要鋼鐵企家主要鋼鐵企業(yè)合作完成了業(yè)合作完成了“超輕鋼質(zhì)汽車車身超輕鋼質(zhì)汽車車身”（ULSABULSABUltra

6、 Ultra Light Steel Auto BodyLight Steel Auto Body）課題。該課題的研究成果）課題。該課題的研究成果表明，車身鋼板的表明，車身鋼板的90%90%使用現(xiàn)已大量生產(chǎn)的高強度鋼使用現(xiàn)已大量生產(chǎn)的高強度鋼板（包括高強度、超高強度和夾層減重鋼板），可以板（包括高強度、超高強度和夾層減重鋼板），可以在不增加成本的前提下實現(xiàn)車身降重在不增加成本的前提下實現(xiàn)車身降重25%25%（以（以4 4門轎車門轎車為參照），且靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度提高為參照），且靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度提高80%80%，靜態(tài)彎曲剛度，靜態(tài)彎曲剛度提高提高52%52%，第一車身結(jié)構(gòu)模量提高，第一車身結(jié)構(gòu)模量提高58

7、%58%，滿足全部碰撞，滿足全部碰撞法規(guī)要求。法規(guī)要求。高強度鋼板在車身上應用高強度鋼板在車身上應用國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性p 創(chuàng)新設計p 先進工藝 激光拼焊板 管件液壓成形高強度鋼板在車身上應用高強度鋼板在車身上應用- ULSAB國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性高強度鋼板在車身上應用高強度鋼板在車身上應用- ULSAB 2000-2005-2010國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化

8、的迫切性奧迪奧迪A2A2：采用全鋁骨架車身和鋁合金蒙皮結(jié)構(gòu)，使其總：采用全鋁骨架車身和鋁合金蒙皮結(jié)構(gòu)，使其總重量減少到重量減少到825kg825kg，比采用傳統(tǒng)鋼材料車身減輕了，比采用傳統(tǒng)鋼材料車身減輕了43%43%。 Audi A2 車身骨架（車身骨架（ASF）重量僅重量僅249kg一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性梅賽德斯梅賽德斯- -奔馳新款奔馳新款SLR MclarenSLR Mclaren：高性能跑車幾乎完全由碳纖維：高性能跑車幾乎完全由碳纖維復合材料制成?？v梁、乘員艙也完全由碳纖維復合材料制成，在復合材料制成?？v梁、乘員艙也完全由碳纖維復合材料制成，在發(fā)生碰撞時可吸收所有

9、的碰撞能量，從而確保乘員艙完好無損。發(fā)生碰撞時可吸收所有的碰撞能量，從而確保乘員艙完好無損。復合材料復合材料在汽車上的應用在汽車上的應用國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性雷諾雷諾 Avantime 車身塑料件車身塑料件國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性Mercedes-Benz A級車后舉門級車后舉門國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異汽車輕量化基本途徑汽車輕量化基本途徑 優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)，減少零部件數(shù)量優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)，減少零部件數(shù)量 （

10、使零部件薄壁化、中空化、?。ㄊ沽悴考”诨?、中空化、小型化及復合化等）型化及復合化等） 采用輕量化材料采用輕量化材料 （高強度鋼板、鋁鎂合金、復合（高強度鋼板、鋁鎂合金、復合材料等）材料等）二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)q 應在保證汽車整體性能不受影響的前提下，最大限應在保證汽車整體性能不受影響的前提下，最大限度地減輕各零部件的質(zhì)量。度地減輕各零部件的質(zhì)量。q 輕量化汽車必須滿足耐撞安全性、輕量化汽車必須滿足耐撞安全性、NVH NVH 等性能。等性能。q 汽車輕量化必須兼顧質(zhì)量汽車輕量化必須兼顧質(zhì)量性能性能成本。成本。汽車輕量化的要求汽車輕量化的要求二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)二

11、、汽車輕量化的關鍵技術(shù)整車碰撞有限元模型整車碰撞有限元模型有限元網(wǎng)格在前處理程序有限元網(wǎng)格在前處理程序HypermeshHypermesh中完成中完成計算在計算在ANSYS/LS-DYNAANSYS/LS-DYNA中進行。中進行。 整車有限元模型整車有限元模型:碰碰 撞撞二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)正面碰撞仿真與實驗比較正面碰撞仿真與實驗比較碰碰 撞撞二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)側(cè)面碰撞整車有限元模型側(cè)面碰撞整車有限元模型整車側(cè)面碰撞有限元模型整車側(cè)面碰撞有限元模型側(cè)面碰撞假人采用的是側(cè)面碰撞假人采用的是EuroSIDEuroSID側(cè)面碰撞假人。側(cè)面碰撞

12、假人。 碰碰 撞撞二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)輕量化前車身焊點疲勞壽命（循環(huán)次數(shù)）分布云圖輕量化前車身焊點疲勞壽命（循環(huán)次數(shù)）分布云圖疲疲 勞勞最短壽命均出現(xiàn)在后減震彈簧座本最短壽命均出現(xiàn)在后減震彈簧座本體與后地板前橫梁本體之間焊點體與后地板前橫梁本體之間焊點二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)共有共有249個零件個零件 單元總數(shù)單元總數(shù)347105剛剛 度度二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)二、汽車輕量化的關鍵技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)減薄和高強是惡化成形性的雙減薄和高強是惡化成形性的雙重因素重因素(不僅產(chǎn)生開裂而且產(chǎn)生不僅產(chǎn)生開裂而且產(chǎn)生

13、過量回彈過量回彈)傳統(tǒng)的沖壓工藝對高強度鋼板傳統(tǒng)的沖壓工藝對高強度鋼板束手無策束手無策熱沖壓技術(shù)使其在車身上應用熱沖壓技術(shù)使其在車身上應用成為可能成為可能熱沖壓技術(shù)是有瑞典的Hard Tech公司于20世紀80年代提出并于近年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的新技術(shù)。冷沖壓熱沖壓三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)兩種典型的熱沖壓工藝三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)熱沖壓過程中的組織變化三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)試驗設備三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)不同應力下的軸向應變（700）破

14、壞件的真實應變?nèi)?、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)熱沖壓實驗是實驗件的溫度分布600下介穩(wěn)奧氏體的成形極限圖三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)Cooling Rate (K/S)1105 Pa：22.12105 Pa：32.13105 Pa：48.84105 Pa：56.65105 Pa：62.96105 Pa：68.37105 Pa：73.18105 Pa：101.2三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼

15、板的熱沖壓技術(shù)T=950 and Prestrain=0%Cooling Rate (k/s) (a):22.1;(b):32.1;(c):48.8;(d):56.6; (e): 62.9; (f):68.3; (g): 73.1; (h): 101.2三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=800 and Prestrain=17%Coolingrate:22.132.148.856.6三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=800 and Prestrain=17%Coolingrate:62.968.373.1101.2三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度

16、鋼板的熱沖壓技術(shù)Coolingrate:22.132.148.856.6T=800 and Prestrain=8%三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)Coolingrate:62.968.373.1101.2T=800 and Prestrain=8%三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)Coolingrate:22.132.148.856.6T=600 and Prestrain=17%三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=600 and Prestrain=17%CoolingRate:62.968.373.1101.2三、高強度鋼板的熱沖

17、壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=600 and Prestrain=8%Coolingrate: 22.132.148.856.6三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=600 and Prestrain=8%Cooling rate:62.968.373.1101.2三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù) 22.1 32.1 44.8 56.6 62.9 68.3 73.1 101.2K/S三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)四、激光點焊技術(shù)四、激光點焊技術(shù)激光點焊與電阻點焊的對比：激光點焊的優(yōu)點：1、熱影響區(qū)小，無污染，焊接質(zhì)量高；2、焊接

18、具有高精度、高柔性；3、不需要較多的輔助設備，能較快適應產(chǎn)品變化；4、屬于無接觸焊接，焊點的間距、搭接量變化范圍大；5、激光的可達性好，可以減少點焊時位置和結(jié)構(gòu)上的限制；6、點焊速度快、精度高、熱輸入量少、變形少。缺點：焊點表面存在金屬堆積、中心存在匙孔，有時也會產(chǎn)生金屬揮發(fā)造成成分不均勻。四、激光點焊技術(shù)四、激光點焊技術(shù)四、激光點焊技術(shù)四、激光點焊技術(shù)激光焊點的表面形貌和剖面照片四、激光點焊技術(shù)四、激光點焊技術(shù)不同材料的激光焊點形貌四、激光點焊技術(shù)四、激光點焊技術(shù)激光點焊的工藝參數(shù)： 焊接時間 激光的功率 離焦量 焊件的間隙四、激光點焊技術(shù)四、激光點焊技術(shù)焊接時間的影響：不同功率下時間對熔合面直徑和上表面直徑的影響但時間的增加使上表面的塌陷和下表面的內(nèi)凹深度都明顯增加四、激光點焊技術(shù)四、激光點焊技術(shù)激光