汽車沖壓新技術(shù)知識(shí)

1、第三講第三講 汽車沖壓新技術(shù)汽車沖壓新技術(shù) 報(bào)告人劉勝林報(bào)告人劉勝林報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 沖壓原材料研究的最新進(jìn)展沖壓原材料研究的最新進(jìn)展( (高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼板以及輕質(zhì)金屬材料等的使用高強(qiáng)度鋼板以及輕質(zhì)金屬材料等的使用) ) 第二節(jié)第二節(jié) 沖壓技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向沖壓技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向( (內(nèi)高壓成形技術(shù)與內(nèi)高壓成形技術(shù)與熱沖壓成形等熱沖壓成形等) ) 第三節(jié)第三節(jié) 模具的發(fā)展新動(dòng)向模具的發(fā)展新動(dòng)向( (產(chǎn)品專業(yè)化、制造數(shù)字產(chǎn)品專業(yè)化、制造數(shù)字化與模具設(shè)計(jì)的專門化化與模具設(shè)計(jì)的專門化) ) 第四節(jié)第四節(jié) 沖壓設(shè)備的發(fā)展新動(dòng)向沖壓設(shè)備的發(fā)展新動(dòng)向( (大型多工位壓力機(jī)大型多

2、工位壓力機(jī)與柔性生產(chǎn)化與柔性生產(chǎn)化) )文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述 汽車車身沖壓成形技術(shù)是汽車制造技術(shù)的汽車車身沖壓成形技術(shù)是汽車制造技術(shù)的重要組成部分，以致有些國際同行認(rèn)為汽重要組成部分，以致有些國際同行認(rèn)為汽車技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)上是沖壓成形技術(shù)及其車技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)上是沖壓成形技術(shù)及其相應(yīng)的焊裝技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。雖然上述觀點(diǎn)不相應(yīng)的焊裝技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。雖然上述觀點(diǎn)不一定準(zhǔn)確，但說明沖壓成形技術(shù)在汽車制一定準(zhǔn)確，但說明沖壓成形技術(shù)在汽車制造中的重要地位。造中的重要地位。 眾所周知，汽車車身的金屬件幾乎眾所周知，汽車車身的金屬件幾乎100%100%為沖壓件，而且汽車車身的更新為沖壓件，而且汽車車身的更新?lián)Q代遠(yuǎn)比底盤和發(fā)

3、動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代快。換代遠(yuǎn)比底盤和發(fā)動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代快。這就決定了沖壓成形技術(shù)在汽車產(chǎn)品這就決定了沖壓成形技術(shù)在汽車產(chǎn)品的開發(fā)中不僅影響制造周期，還直接的開發(fā)中不僅影響制造周期，還直接影響成本和產(chǎn)品品質(zhì)，因而影響產(chǎn)品影響成本和產(chǎn)品品質(zhì)，因而影響產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。第一節(jié) 沖壓原材料研究的最新進(jìn)展 新型沖壓用板材包括：高強(qiáng)度鋼板；耐腐蝕鋼板；雙相鋼板；涂層板及復(fù)合板材。 高強(qiáng)度鋼板高強(qiáng)度鋼板 定義：指對(duì)普通鋼板加以強(qiáng)化處理而得到的鋼板。 強(qiáng)化原理：固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、組織強(qiáng)化(相變強(qiáng)化及復(fù)合組織強(qiáng)化)、時(shí)效強(qiáng)化及加工強(qiáng)化等。其中，前5種是通過添加合金成分和熱處理工藝來控制板材性

4、質(zhì)的。 高強(qiáng)度鋼板的高強(qiáng)度涵義 a. 屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度高，在270-3l0MPa范圍之內(nèi)。用于汽車零件的高強(qiáng)度鋼板，其抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到600-800MPa，而相應(yīng)的普通冷軋軟鋼板的抗拉強(qiáng)度只有300MPa； b.高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用，能減輕沖壓件的重量，節(jié)省能源和降低沖壓產(chǎn)品成本。 在日本，抗拉強(qiáng)度不小于490MPa的熱軋帶鋼和抗拉強(qiáng)度不小于340MPa的冷軋鋼帶被稱為高強(qiáng)度鋼。 高強(qiáng)度鋼板可以減輕零件質(zhì)量，提高整車碰撞的安全性，提高零件的外觀質(zhì)量和抗凹性，因此近年來在車身生產(chǎn)中得到了越來越多的應(yīng)用。1.高強(qiáng)度鋼在汽車面板上的應(yīng)用 車頂、車門、等部件要求具有變形剛度和抗凹陷性，主要使用抗拉強(qiáng)度為

5、340390MPa的烘烤硬化鋼板(BH鋼板)。 BH鋼板的屈服強(qiáng)度在烘烤涂漆時(shí)升高，可在不損失成形性的前提下，提高抗凹陷性，減薄鋼板。現(xiàn)在，有的車型已使用440MPa級(jí)BH型高強(qiáng)度鋼板。新馬自達(dá)2的車身結(jié)構(gòu)中使用了440，590，780和980Mpa級(jí)別的高強(qiáng)度鋼板和超高強(qiáng)度 2. 高強(qiáng)度鋼板在車體框架上的應(yīng)用 隨著正面撞擊、側(cè)面撞擊的撞擊安全性標(biāo)準(zhǔn)的提高，結(jié)構(gòu)件、加強(qiáng)件等主要使用590MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板，也有廠家使用780MPa級(jí)、980MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板。前防撞梁外板 有些廠家甚至采用將390MPa、440MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板沖壓成形后，對(duì)強(qiáng)化部分進(jìn)行高頻加熱和淬火，以使部件局部抗拉強(qiáng)度達(dá)到

6、1200MPa，并在沖壓加熱鋼板的同時(shí)進(jìn)行冷卻，以使部件整體抗拉強(qiáng)度達(dá)到1470MPa的方法。歐洲流行的高強(qiáng)鋼U形車廂結(jié)構(gòu) 此外，還有采用激光拼焊方法，將不同厚度、不同材質(zhì)鋼板拼合起來，使材料配置適用于所要求材質(zhì)和使用部位。Octavia明銳全車大量采用了激光拼焊 盡管拼焊材料在使用初期以提高材料利用率為目的，僅用于小型部件上，但最近已將拼焊材料擴(kuò)大應(yīng)用于車身側(cè)板和車箱底板等大型部件。 拼焊板主要采用400590MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板，也有使用780MPa級(jí)和980MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板的情況。3. 高強(qiáng)度鋼板在汽車底盤上的應(yīng)用 用材已從傳統(tǒng)的440MPa級(jí)熱軋板發(fā)展到780MPa，最大減重達(dá)30%。

7、近年來，高強(qiáng)度鋼板在底盤上的使用比例正在急劇增加。今后，高強(qiáng)度鋼板的使用比例及更高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用有望進(jìn)一步提高。 采用高強(qiáng)鋼制造的汽車底盤舉例：同升專用汽車公司 為了從根本上擺脫對(duì)底盤廠商的過度依附，最終達(dá)到底盤廠商對(duì)自己的依附，依托有限公司，將鐵路貨車新材料、新工藝等專有技術(shù)平移到專用汽車產(chǎn)品上，努力走自主創(chuàng)新的道路。南車眉山車輛有限公司同升專用汽車 08年，在繼具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“輕量化半掛車”推向市場(chǎng)后，再度推出高強(qiáng)度鋼“輕量化散裝水泥罐車”?！?.12”災(zāi)后重建，四川水泥需求量陡增至3.7億噸，需新增車輛約4000臺(tái)（每臺(tái)1年運(yùn)能2.5萬噸，3年運(yùn)完），針對(duì)這一市場(chǎng)需求，專汽公司在經(jīng)過

8、充分的市場(chǎng)論證后，提出了散裝水泥罐車研發(fā)思路，得到有限公司的大力支持。 目前，該車已完成設(shè)計(jì)進(jìn)入試制階段，預(yù)計(jì)11月底下線試運(yùn)行。 該車采用高強(qiáng)度鋼制作，設(shè)計(jì)容積39.8m3，載重50噸，與相同載重的普通車型比較，自重輕1噸左右，能夠與所有品牌重型卡車底盤匹配，計(jì)重收費(fèi)優(yōu)勢(shì)凸現(xiàn)。預(yù)測(cè)市場(chǎng)前景看好，將提升公司市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。4. 常用鋼種簡介 熱軋低合金高強(qiáng)度鋼（HSLA）薄鋼板 應(yīng)用部位：卡車的底盤部分，也用于大客車的車輪，輪轂等部件 屈服強(qiáng)度：350MPa到550MPa之間 組織結(jié)構(gòu)：具有鐵素體加少量珠光體組織。 最近，開發(fā)出690MPa級(jí)卡車大梁用鋼，它利用了在由熱帶軋機(jī)直接軋出的貝氏體鋼中所

9、有的強(qiáng)化機(jī)理。 DP鋼板 主要組織：鐵素體和馬氏體，其中馬氏體的含量在5%20%。 強(qiáng)度：5001200MPa。 特征：DP鋼具有低屈強(qiáng)比、高的加工硬化指數(shù)、高烘烤硬化性能、沒有屈服延伸和室溫時(shí)效等特點(diǎn). 一般用于需高強(qiáng)度、高抗碰撞吸收能且也有一定成形要求的汽車零件，如車輪、保險(xiǎn)杠、懸掛系統(tǒng)及其加強(qiáng)件等。DP鋼板優(yōu)點(diǎn) 屈服點(diǎn)低，抗拉強(qiáng)度高，屈強(qiáng)比低； 無屈服點(diǎn)伸長或是屈服伸長，應(yīng)力應(yīng)變曲線平滑； 伸長率高； 初始加工硬化率高，加工強(qiáng)化性能好； 抗疲勞性能好。所以DP鋼特別適合沖壓翻邊性能良好的部件，一直被汽車界所關(guān)注，有可能成為汽車首選的冷軋高強(qiáng)度鋼板。TRIP鋼 包括熱軋、冷軋、電鍍和熱鍍鋅

10、產(chǎn)品。 主要組織：鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體，其中殘余奧氏體的含量在5%15%，強(qiáng)度：600800MPa。 主要成分：C、Si和Mn，其中Si的主要作用是抑制貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)滲碳體的析出，但對(duì)于鋼板表面質(zhì)量不利。 在日本，TRIP鋼板已被用在概念車底盤的約80種零件上，同傳統(tǒng)鋼板相比，用這種鋼板制造的零件重量減輕約12%。 TRIP鋼具有高延伸率，同DP鋼相比，起始加工硬化指數(shù)小于DP鋼，加工硬化指數(shù)在很長的應(yīng)變范圍內(nèi)仍保持較高，特別適合脹形成形。復(fù)相CP鋼 主要組織：同TRIP鋼的組織類似，只是CP鋼中含有馬氏體而非殘余奧氏體。 強(qiáng)化機(jī)理：通過馬氏體和貝氏體以及析出強(qiáng)化的復(fù)合作用。 CP鋼的強(qiáng)度

11、可達(dá)8001000MPa，特別適合于車門防撞桿、保險(xiǎn)杠和B立柱等安全零件。馬氏體(M)鋼 通過高溫奧氏體組織快速淬火轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l馬氏體組織，可通過熱軋、冷軋連續(xù)退火或成型后熱處理而生產(chǎn)的，是目前商業(yè)化高強(qiáng)度鋼板中強(qiáng)度級(jí)別最高的鋼種。 主要用途：成型要求不高的車門防撞桿等零件代替管狀零件，減少制造成本。 MnB鋼或熱成形鋼 主要元素：Mn和B等元素，具有非常好的淬透性。 熱成形過程：包括將毛坯件加熱奧氏體化，然后在紅熱狀態(tài)將鋼板沖壓成形，然后利用模具的冷卻能力將零件淬硬成馬氏體。整個(gè)成形過程大約需要1525s。 耐腐蝕鋼板 主要目的：增強(qiáng)普通鋼板沖壓件的抗腐蝕能力。 主要分類：一類是加入新元素的耐

12、腐蝕鋼板，如耐大氣腐蝕鋼板等。 我國研制的耐大氣腐蝕鋼板中，有10CuPCrNi（冷軋）和9CuPCrNi（熱軋），其耐蝕性是普通碳素鋼板的35倍；第二類是在表面涂或鍍一層防腐材料，也為涂層板的一種。 目前，全球最大的鋼鐵公司Acelor開發(fā)了熱沖壓成形鋼板USIBOR1500，其化學(xué)成分如表1所示。該鋼板為鍍鋅板，鍍層質(zhì)量為120160g/m2。淬火后力學(xué)特性明顯，強(qiáng)度值可達(dá)到1600MPa。 日本某公司實(shí)際測(cè)定該鋼的特征值如表2所示。該鋼板可保持良好的韌性，沖擊韌度達(dá)到800 J/cm2，低溫脆性也較好。焊接性能較好。采用此種鋼板生產(chǎn)的汽車零件可以使同等強(qiáng)度、剛度的零件減重50%以上。 涂

13、層板 在耐腐蝕鋼板中，鍍覆金屬層的鋼板屬于一種涂層板。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的鍍錫板、鍍鋅板等已不能適應(yīng)汽車工業(yè)、電器工業(yè)、農(nóng)用機(jī)械及建筑工業(yè)的需要，因此新品種的鍍層鋼板不斷被開發(fā)出來。 在涂層板中，各種涂覆有機(jī)膜層的板材具有更好的防腐蝕、防表面損傷的性能，因此正被大量用作各類結(jié)構(gòu)件。 彩色涂層板具有優(yōu)異的裝飾性、成形性、抗腐蝕性 復(fù)合板材 涂覆塑料的鋼板是一種復(fù)合板；不同金屬板疊合在一起（如冷軋疊合等）也是一種復(fù)合板，或叫疊合復(fù)合板。這類復(fù)合板材破裂時(shí)的變形比單體材料破裂時(shí)的變形要大，其基本材料特性值(比如n值)變大。 5. 展望 目前只有少數(shù)國際先進(jìn)鋼鐵企業(yè)能生產(chǎn)的960兆帕特高強(qiáng)度熱軋工程機(jī)械用鋼在寶

14、鋼研制成功，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。 中國寶鋼集團(tuán)亦開發(fā)了熱沖壓用硼鋼板。其硬度為450500HV，強(qiáng)度達(dá)到13001500 MPa，無鍍層。 德國蒂森克虜伯開發(fā)了錳硼合金鋼，其熱沖壓淬火后最高強(qiáng)度可達(dá)1600MPa。 特高強(qiáng)度鋼-瑞典鋼板公司生產(chǎn) 特高強(qiáng)度Domex特高強(qiáng)度冷成形鋼是在用計(jì)算機(jī)嚴(yán)格控制的現(xiàn)代化工廠中生產(chǎn)。 在低碳和一定錳含量的條件下,加入微量合金元素如鈮、鈦等細(xì)化晶粒,以及超純凈鋼水提供的良好冶金條件,決定了鋼的最終性能。 與普通高強(qiáng)度熱軋冷成形鋼比,Domex高強(qiáng)度鋼具有更高的鈮,鈦及釩等微合金化元素。另外,通過精確控制的加熱、軋制、冷卻等步驟組成的熱機(jī)械軋制工藝過程是獲得高性能的

15、關(guān)鍵因素。Domex系列冷成形鋼具有在高強(qiáng)度條件下良好的可成形性,可焊性和高沖擊強(qiáng)度。 特高強(qiáng)度鋼的主要應(yīng)用為卡車底盤、各種專用車、移動(dòng)式起重機(jī)和建筑工程機(jī)械。特高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用主要是為了減輕重量和提高有效負(fù)載能力,同時(shí)由于良好的冷成形性使產(chǎn)品的生產(chǎn)成本降低。超高強(qiáng)鋼焊接抗扭結(jié)構(gòu)，主臂的側(cè)向剛度更好 輕金屬材料-鋁 鋁及鋁合金的密度大致約為鋼的1/3。鋁合金具有重量輕、加工性能良好、抗腐蝕性好、吸振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用于汽車制造對(duì)汽車輕量化有十分顯著的效果。 目前,在汽車上使用的鋁質(zhì)零件除傳統(tǒng)的車輪蓋、空調(diào)系統(tǒng)、保險(xiǎn)杠、座椅、換熱器、油管外,高強(qiáng)度鋁合金還廣泛應(yīng)用于汽車的連桿、搖臂、凸輪座等零件。由

16、于鋁及其合金的原材料價(jià)格比鋼高得多,制約了其在汽車上更大范圍內(nèi)的應(yīng)用。 輕質(zhì)鋁板可用于車身和底盤的許多零部件,關(guān)鍵是改進(jìn)工藝、降低制造成本。日本于1985年開始采用鋁合金板材生產(chǎn)汽車覆蓋件,應(yīng)用的零件主要是發(fā)動(dòng)機(jī)罩(內(nèi)板和外板)、前擋泥板及頂蓬窗蓋板等,并且對(duì)車身整體進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì),大量采用不等厚的拼焊高強(qiáng)度鋼板和深沖鋼板,結(jié)合激光焊接裝配技術(shù),使車身重量減輕25%以上。 發(fā)動(dòng)機(jī)用鋁合金支架 鋁合金輪轂 輕金屬材料-鎂 鎂合金的主要優(yōu)點(diǎn)是比強(qiáng)度和比剛度高。鎂的密度僅為鋁的2/3,采用鎂制造汽車零件的輕量化效果更勝于鋁。不僅如此,由于鎂熔點(diǎn)低,回收再利用的耗能也更少。鎂合金零件的尺寸穩(wěn)定性好,對(duì)

17、振動(dòng)的阻尼性能優(yōu)于鋁和鋼。 在20世紀(jì)50年代至60年代,由于鎂合金的價(jià)格不高,德國大眾公司的甲殼蟲汽車大量使用鎂合金作為結(jié)構(gòu)零件。近年來,開發(fā)出了高純度耐腐蝕鎂合金AZ91D、AZ91E和高延展性鎂合金AM20、AM50等,性價(jià)比有了很大提高。 車用鎂制件應(yīng)用:儀表板襯底和橫梁、座椅架、方向盤柱、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、變速器殼體、進(jìn)氣歧管等。 鎂合金方向盤 鎂合金汽車車輪，質(zhì)量輕，性能好 輕金屬材料-鈦 鈦的密度為4.5g/cm-3,質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能非常好,但鈦價(jià)格很貴。鈦應(yīng)用于汽車,可起到減重、節(jié)能、減震、降噪、減污、延壽、提高汽車安全性和舒適度的綜合作用。 主要用途：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中,如氣門、

18、氣門座、氣門彈簧、搖臂、連桿、離合器板以及其它如轉(zhuǎn)向齒輪、車輪、緊固件必須耐腐蝕、耐損傷的車底覆蓋件、側(cè)視鏡架等也可以用鈦合金制作。 應(yīng)用現(xiàn)狀：由于鈦的價(jià)格極貴,一般汽車上使用較少,主要用于賽車上。其它材料 除鋁、鎂等金屬材料外,其它一些非金屬以及復(fù)合材料也在汽車中得到了越來越廣泛的應(yīng)用,如金屬/非金屬輕質(zhì)材料、塑料、陶瓷、非金屬基復(fù)合材料等。 塑料 塑料既可大幅減輕零部件質(zhì)量,又可降低制造成本,是汽車中使用最多的非金屬材料。 世界汽車平均每輛塑料用量在2000年就已達(dá)105 kg,約占汽車總質(zhì)量的8%-12%。 最近幾年,我國一般汽車上塑料件占整車質(zhì)量的比例從原來的5%左右上升到了12%-1

19、8%以上。 德國拜耳公司和美國GE塑料公司合資的Exatec公司推出了具有杰出的耐候性和耐磨性的聚碳酸酯(PC)汽車窗系統(tǒng)Exatec500,并已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。 金屬基復(fù)合材料 美國研制出用SIC粒子增強(qiáng)的AI-10Si-Mg基復(fù)合材料制成的剎車輪,使重量減少了30%60%,且導(dǎo)熱性好,最高使用溫度可達(dá)到450,其熱性能已達(dá)到原先用的鑄鐵水平。 非金屬復(fù)合材料 復(fù)合材料在汽車上的用量近年來逐年增加。復(fù)合材料主要用于摩擦片、車身、懸架、車架等汽車結(jié)構(gòu)件。如高強(qiáng)度有機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有很高的機(jī)械強(qiáng)度,能代替鋼板材料,從而減輕車身的重量,在汽車車身上得到了廣泛的應(yīng)用。碳纖維復(fù)合材料(CFRP) 主要

20、特色：質(zhì)量小、強(qiáng)度高、剛性高、耐蠕變與耐腐蝕性能良好,是很有潛力的汽車用輕量化材料。 應(yīng)用實(shí)例：美國福特公司早已采用CFRP制造汽車傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、上下懸架臂等零部件。第二節(jié)第二節(jié) 沖壓技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向沖壓技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向液壓成形液壓成形熱沖壓成形熱沖壓成形1. 1. 液壓成形液壓成形 液壓成形液壓成形也被稱為“內(nèi)高壓成形”，它的基本原理是以管材作為坯料，在管材內(nèi)部施加超高壓液體同時(shí)，對(duì)管坯的兩端施加軸向推力，進(jìn)行補(bǔ)料。在兩種外力的共同作用下，管坯材料發(fā)生塑性變形，并最終與模具型腔內(nèi)壁貼合，得到形狀與精度均符合技術(shù)要求的中空零件。用于支撐縱梁的拱形部分等采用液壓成形產(chǎn)品 與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比

21、，液壓成形液壓成形工藝在減輕重量、減少零件數(shù)量和模具數(shù)量、提高剛度與強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本等方面具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)領(lǐng)域尤其是汽車工業(yè)中得到了越來越多的應(yīng)用。 在汽車工業(yè)及航空、航天等領(lǐng)域，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量以節(jié)約運(yùn)行中的能量是人們長期追求的目標(biāo)，也是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一。液壓成形液壓成形( (hydroforming)就是為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的一種先進(jìn)制造技術(shù)。液壓成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)液壓成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 對(duì)于空心變截面結(jié)構(gòu)件，傳統(tǒng)的制造工藝是先沖壓成形兩個(gè)半片，然后再焊接成整體，而液壓成形則可以一次整體成形沿構(gòu)件截面有變化的空心結(jié)構(gòu)件。與沖壓焊接工藝相比，液壓成形技術(shù)和工藝有以下主要優(yōu)點(diǎn)： 減

22、輕質(zhì)量，節(jié)約材料。對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)托架、散熱器支架等典型零件，液壓液壓成形成形件比沖壓件減輕20%40%；對(duì)于空心階梯軸類零件，可以減輕40%50%的重量。液壓成形汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配件 減少零件和模具數(shù)量，降低模具費(fèi)用。液壓成形液壓成形件通常只需要1套模具，而沖壓件大多需要多套模具。液壓成形液壓成形的發(fā)動(dòng)機(jī)托架零件由6個(gè)減少到1個(gè)，散熱器支架零件由17個(gè)減少到10個(gè)。 可減少后續(xù)機(jī)械加工和組裝的焊接量。以散熱器支架為例，散熱面積增加43%，焊點(diǎn)由174個(gè)減少到20個(gè)，工序由13道減少到6道，生產(chǎn)率提高66%。 提高強(qiáng)度與剛度，尤其是疲勞強(qiáng)度，如液壓成形液壓成形的散熱器支架，其剛度在垂直方向可提高39%

23、，水平方向可提高50%。 降低生產(chǎn)成本。根據(jù)對(duì)已應(yīng)用液壓成液壓成形形零件的統(tǒng)計(jì)分析，液壓成形液壓成形件的生產(chǎn)成本比沖壓件平均降低15%20%,模具費(fèi)用降低20%30%。 圖1為采用液壓成形液壓成形技術(shù)制造的歐寶發(fā)動(dòng)機(jī)托架零件與傳統(tǒng)沖壓件的比較，其零件重量降低了30%，模具費(fèi)用降低了60%，零件的生產(chǎn)成本降低了20%。液壓成形工藝的應(yīng)用 液壓成形液壓成形工藝在汽車、航空、航天和管道等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，主要適用于：沿構(gòu)件軸線變化的圓形、矩形或異型截面空心結(jié)構(gòu)件，如汽車的排氣系統(tǒng)異型管件；非圓截面空心框架，如發(fā)動(dòng)機(jī)托架、儀表盤支架、車身框架（約占汽車質(zhì)量的11%15%）；空心軸類件和復(fù)雜管件等。

24、液壓成形的典型汽車零件 可用液壓成形生產(chǎn)的汽車零件管材液壓柔性成形的汽車車身框架 液壓成形工藝的適用材料 液壓成形液壓成形工藝的適用材料包括碳鋼、不銹鋼、鋁合金、銅合金及鎳合金等，原則上適用于冷成形的材料均適用于液壓液壓成形成形工藝。液壓成形的發(fā)展前景 與其他金屬塑性成形加工工藝相比，液液壓成形壓成形是一項(xiàng)正處于上升態(tài)勢(shì)且具有良好發(fā)展前景的先進(jìn)制造技術(shù)。目前，全球已建成并投產(chǎn)了眾多的專業(yè)化生產(chǎn)線，形成了相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)品訂單持續(xù)穩(wěn)步增長。 早在1993年，奔馳公司就建成了液壓成液壓成形形車間，通用、福特、歐寶、寶馬等汽車公司也已投資建成了自己的液壓成形液壓成形件生產(chǎn)基地。此外，在汽車上已采用

25、液液壓成形壓成形零件的汽車公司還有奧迪、大眾、沃爾沃、戴姆勒-克萊斯勒等。2.熱沖壓成形 超高強(qiáng)度鋼在室溫下變形能力很差。一方面，超高強(qiáng)度鋼板強(qiáng)度高，在室溫下塑性變形范圍很窄，所需的沖壓力大，而且容易開裂；另一方面，沖壓成形后零件的回彈增加，導(dǎo)致零件尺寸和形狀穩(wěn)定性變差。因此傳統(tǒng)的冷沖壓方法難以解決超高強(qiáng)度鋼板在汽車車身制造中遇到的問題。 熱沖壓成形工藝 一般是將板料加熱到再結(jié)晶溫度以上某個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟?，使其完全奧氏體化后再進(jìn)行沖壓成形，沖壓成形后需要保壓一段時(shí)間使零件形狀尺寸趨于穩(wěn)定。在成形和保壓過程中，為了防止板料強(qiáng)度降低，同時(shí)進(jìn)行淬火處理以獲得在室溫下具有均勻馬氏體組織的超高強(qiáng)度鋼構(gòu)件。

26、由于熱沖壓是在板料沖壓成形的同時(shí)進(jìn)行了淬火處理，故熱沖壓用鋼板的成分設(shè)計(jì)要適應(yīng)熱沖壓過程中的熱循環(huán)，如含硼鋼板，在鋼的組織轉(zhuǎn)變時(shí)，延遲鐵素體和貝氏體的形核進(jìn)而增加了鋼的強(qiáng)度。 此外，鋼板被加熱至再結(jié)晶溫度以上，在空氣中不可避免地會(huì)引起表面的氧化和脫碳，進(jìn)而影響鋼板的強(qiáng)度。因此，熱沖壓成形鋼板應(yīng)具備抗高溫和耐腐蝕的鍍層。板材熱成形工藝流程 落料預(yù)成形加熱沖壓成形保壓（使零件形狀穩(wěn)定）去氧化皮激光切邊沖孔涂油（防銹處理）。 熱成形技術(shù)的應(yīng)用 板材的這種熱成形技術(shù)在國外汽車工業(yè)中已經(jīng)開始應(yīng)用，德國大眾公司在PASSAT B6中對(duì)部分車身零件采用了該技術(shù)。 目前，國內(nèi)汽車廠由于受技術(shù)和設(shè)備的限制，還沒

27、有采用該類熱成形工藝加工薄板類零件。整體熱沖壓成形工藝 采用昂貴的超高強(qiáng)度鋼及激光焊接車身 對(duì)于厚板料零件的熱成形技術(shù)如沖焊橋殼的熱成形在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用，國內(nèi)載貨車目前大量采用沖焊橋殼。 超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓成形現(xiàn)狀 近年來，世界各國汽車業(yè)投入大量的精力來開展超高強(qiáng)度鋼板開發(fā)及熱沖壓成形技術(shù)的研究，并且在歐美、日本以及國內(nèi)的主要汽車制造企業(yè)已開始嘗試使用采用熱沖壓成形技術(shù)生產(chǎn)的超高強(qiáng)度鋼板構(gòu)件，如車門防撞桿、保險(xiǎn)杠加強(qiáng)梁、A、B、C柱、門框加強(qiáng)梁等。戈藍(lán)的車門防撞桿 德國蒂森克虜伯公司、美國本特朗特公司、法國阿塞洛公司也可提供超高強(qiáng)度的熱沖壓部件。然而，由于技術(shù)保密等原因，有關(guān)熱沖壓成形的

28、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用問題的文獻(xiàn)極為少見，影響了其在工程上的廣泛應(yīng)用。 在汽車工業(yè)中，基于減重和環(huán)保的目的，超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)逐漸受到關(guān)注與重視，各大鋼鐵公司、汽車制造廠商以及國內(nèi)外的部分大學(xué)紛紛開始了超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)的研究。 然而，基于技術(shù)保密的原因，各熱沖壓部件供應(yīng)商對(duì)于熱沖壓技術(shù)的研究文獻(xiàn)很少見。 3. 沖壓件的成形性和成形工藝的有限元分析 目前，美國、德國的幾大著名汽車公司已經(jīng)將沖壓零件成形性分析作為開發(fā)流程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，日本公司則是選擇性地進(jìn)行成形性分析。美國三大汽車公司從1996年就規(guī)定新設(shè)計(jì)的車身沖壓件模具，沒有經(jīng)過有限元分析，不準(zhǔn)進(jìn)行模具加工。 國內(nèi)目前有很多企業(yè)

29、如一汽、二汽、寶鋼等和高校、研究所在沖壓成形領(lǐng)域應(yīng)用CAE技術(shù)，并解決了大量的工程問題。另外，像吉林大學(xué)、湖南大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有限元分析軟件，能預(yù)測(cè)開裂、起皺等缺陷，在一些技術(shù)方面有獨(dú)到之處。 但從操作界面的方便性和處理問題的具體細(xì)節(jié)以及軟件運(yùn)行的可靠性等方面與國外的商業(yè)軟件相比尚有一定距離?？偟膩砜?，國內(nèi)沖壓過程CAE的應(yīng)用還沒有形成真正的規(guī)模。 一汽技術(shù)中心在產(chǎn)品開發(fā)流程中開始應(yīng)用沖壓零件成形性分析技術(shù)，目前開發(fā)的轎車、載貨車新產(chǎn)品中有相當(dāng)一部分復(fù)雜沖壓零件進(jìn)行了成形性分析。 根據(jù)分析結(jié)果對(duì)零件結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行了調(diào)整，提高了零件的成形工藝性。已

30、經(jīng)實(shí)現(xiàn)了拉深成形修邊整形或二次拉深翻邊整套工藝的連續(xù)模擬。逐漸由定性分析向定量分析轉(zhuǎn)變。已具備薄板和厚板以及不等厚板成形有限元分析的能力。第三節(jié) 沖壓模具的發(fā)展新動(dòng)向 國內(nèi)車用模具現(xiàn)狀熱沖壓成形模具要求模具材料的選擇國內(nèi)車用模具現(xiàn)狀 1987年模具首次被列入機(jī)電產(chǎn)品目錄，全國模具生產(chǎn)總值30億元。到2004年我國的模具產(chǎn)值突破530億元，排名世界第三。一汽模具制造有限公司、天津汽車模具有限公司等15家2004年模具產(chǎn)值超過15億元。 2005年全國模具銷售總額達(dá)到610億元。目前，車身模具企業(yè)已遍布全國，形成一定規(guī)模的有50多家，年產(chǎn)值1000萬-5000萬元的企業(yè)占一半。 熱沖壓成形模具要求

31、 超高強(qiáng)度鋼板熱沖壓過程中鋼板及模具都要經(jīng)過900以上到室溫這一復(fù)雜的溫度變化。模具集對(duì)板料成形與淬火作用與一身，其材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都有著更為嚴(yán)格的要求，對(duì)于熱沖壓部件最終性能有著重要影響。 模具材料的選擇 在超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓工藝中，不僅要求成形模具具有足夠的結(jié)構(gòu)剛性、表面硬度與疲勞壽命，更要求模具能夠穩(wěn)定的工作在劇烈的冷熱交替條件下，同時(shí)能夠抵抗高溫板料對(duì)模具產(chǎn)生的強(qiáng)力熱摩擦以及脫落的氧化層碎片及顆粒在高溫下對(duì)模具表面的磨粒磨損效應(yīng)。 根據(jù)模具的加熱溫度，一般需要參考熱鍛用熱作模具鋼，選用合理的模具材料。 蒂森克虜伯公司的熱沖壓模具，采用具有很高熱傳導(dǎo)系數(shù)的模具材料（Glidcop-一

32、種Al2O3/Cu復(fù)合材料）。 國際車用模具制造業(yè)的技術(shù)特點(diǎn)（1）產(chǎn)品專業(yè)化 車身模具企業(yè)向?qū)I(yè)化發(fā)展，如德國大眾公司模具廠、奧迪公司模具廠、SCHULLER公司，意大利COMAU公司，美國AUTODIE、SECKLY，日本豐田公司模具廠、荻原公司、富士公司，韓國現(xiàn)代汽車模具中心等。有的專業(yè)制造整體側(cè)圍模具，有的專業(yè)生產(chǎn)四門模具，有的專門生產(chǎn)地板及結(jié)構(gòu)件模具。模具向多工位自動(dòng)化以及級(jí)進(jìn)模方向發(fā)展。 （2）制造數(shù)字化 三維實(shí)體設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用于模具制造中，二維DL圖轉(zhuǎn)為三維DL圖后可直接用于有限元分析和數(shù)控編程，百分之百采用CAE分析。模具設(shè)計(jì)采用3D參數(shù)化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了不等厚板成形模具設(shè)計(jì)，將同模模具推向生產(chǎn)。模具數(shù)控加工技術(shù)包括實(shí)型鑄造技術(shù)、精細(xì)化編程、高速加工技術(shù)、型面數(shù)控強(qiáng)化和修補(bǔ)技術(shù)。 沖壓設(shè)備的發(fā)展方向 目前世界上沖壓成形的大型壓床向兩個(gè)方向發(fā)展，一是大型多工位壓力機(jī)，二是側(cè)重于柔性生產(chǎn)的大型壓力機(jī)生產(chǎn)線（配以自動(dòng)化上下料機(jī)械手）。多工位壓力機(jī)進(jìn)入沖壓生產(chǎn)線， 激光加工與沖壓加工相集成，組成廣義的沖壓自動(dòng)線 近10年來，這些壓力機(jī)經(jīng)過不斷發(fā)展包含了以下關(guān)鍵技術(shù)：全自動(dòng)換模系統(tǒng)、功能完善的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和良好的人機(jī)操作界面、高生產(chǎn)效率所必需的高行程次數(shù)、高質(zhì)量沖壓件所必需的高精度。美國、日本、德國汽車公司多工位壓力機(jī)占有較高的比例。 多工位壓力機(jī)作為主機(jī)進(jìn)入沖壓生產(chǎn)線 國內(nèi)以