汽車板的成形性及沖壓成形技術

主要內(nèi)容1.

典型板材成形性能分析

沖壓鋼板的分類●按脫氧方式分：有沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼；●按鋼種與合金成分分：有低碳鋼、低合金高強度鋼、加磷鋼、超低碳無間隙原子鋼〔IF鋼〕等；●按強度級別分：有普通強度級和高強度級別；●按沖壓級別分：有商品級〔CQ〕、普通沖壓級〔DQ〕、深沖壓級〔DDQ〕和超深沖壓級〔EDDQ〕;●按沖壓件的復雜程度分：P級〔普通拉延〕，S級〔深拉延〕，Z級〔最深拉延〕,F級〔復雜沖壓〕,HF級〔很復雜沖壓)和ZF級〔最復雜沖壓)。板材成形性的根本概念金屬薄板的成形性是指板材適應各種成形加工過程的能力，通常定義為:在給定的加工條件下，板材成首變形而不產(chǎn)生斷裂或失穩(wěn)的能力。具有最正確成形性的薄板材應是：〔1〕均勻應變分布；〔2〕承受平面內(nèi)壓縮應力而無起皺；〔3〕可到達較高應變而無頸縮和斷裂；〔4〕承受平面內(nèi)剪切應力而無斷裂；〔5〕零件由凹模出來后保持其形狀；〔6〕保持外表光潔，減低外表損傷。成形性能的內(nèi)容

根本成形性研究：拉伸試驗金相試驗、硬度試驗模擬成形性研究：杯突試驗、拉深試驗擴孔試驗、錐杯試驗成形極限研究：脹形試驗、成形極限圖薄板成形性能研究方法

單向拉伸試驗獲得的力學性能指標參數(shù)杯突試驗方法

拉深試驗方法錐杯試驗方法

擴孔試驗方法成型的分類及變形特征特征材料對沖壓缺陷的影響成形缺陷現(xiàn)象材料特性值板厚屈服點抗拉強度總伸長率nr楊氏模量極限變形能破裂深沖破裂◎○◎○拉脹破裂△◎○△○翻邊破裂△○△○◎○彎曲破裂△○△◎◎面變形起皺（法蘭）◎△△○○起皺（側壁）◎△○○△○面應變◎△○△○○其它形狀不良○△○△○尺寸精度角度變化◎△○△○側壁翹曲◎△○△○扭轉◎△○△○棱線翹曲◎△○△○形狀不良◎△○△△○注：影響度◎>○>△汽車用鋼的根本性能是沖壓成形性，這三代產(chǎn)品的進步也集中反映在成形性的提高方面，沸騰鋼只能用于普通沖壓件，鋁鎮(zhèn)靜鋼那么有優(yōu)良的深沖性能，無間隙原子鋼那么具有超深性能。三代沖壓用鋼板的性能比較鋼種屈服(MPa)抗拉(MPa)延伸(%)ｒ值ｎ值沸騰鋼180—190290—31044—481.0—1.2--0.22鋁鎮(zhèn)靜鋼160—180290—30044—501.4—1.8--0.22ＩＦ鋼100—150250—30045—551.8—2.80.23—0.28

汽車板的質(zhì)量要求優(yōu)良的成形性能良好的抗凹陷能力和足夠的結構剛度良好的焊接性能優(yōu)良的外表形貌和光潔度高的耐蝕性能良好的板形和板面平直度,嚴格的尺寸精度和性能均勻性零件鋼板應有吸聲減振效果各種級別鋼板的拉伸性能范圍CQ:CommercialQuality,DQ:DrawingQuality,DDQ:DeepDrawingQuality,EDDQ:ExtraDeepDrawingQuality,S-EDDQ:SuperEDDQ.各種級別鋼板的延伸率和r值性能范圍各工序對低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼和IF鋼性能的影響程度參數(shù)低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼IF鋼罩式退火（BA）連續(xù)退火（CA）BA或CAC含量低（*）低（**）低（***）Mn含量低（*）低（**）（#）微合金化元素

（Al、Ti、Nb）含量Al（***）（#）Ti/Nb（***）板坯再加熱溫度（***）低（*）低（*）熱軋規(guī)程（#）（#）（**）終軋溫度（FT）＞Ar3（**）＞Ar3（**）＞Ar3或＜Ar1（**）卷取溫度（CT）低,＜600℃(***)高,＞700℃(**)高（*）冷軋壓下率約70%約85%約90%退火加熱速度20~505~20K（#）最高退火溫度約720℃約850℃約900℃注:(#)根本無影響；(*)有影響；(**)重要；(***)很重要冷軋用低碳、微碳和超低碳鋼的Ｃ成分要求鋼種:成形性能級別C含量/%低碳鋼(08Al)〔CQ、DQ〕≤0.05微碳鋼ELC(03Al)〔DDQ〕0.015~0.03超低碳鋼ULC〔DDQ、EDDQ)≤0.005IF鋼〔EDDQ、S－EDDQ〕≤0.003鋼種CSiMnSPNTOAlsCQ級(Q195,SPHC）≤0.05≤0.03≤0.25≤0.008≤0.01≤0.005≤0.0030.03-0.05DQ級（SPHD）≤0.04≤0.03≤0.20≤0.008≤0.01≤0.005≤0.0030.03-0.05DDQ級（SPHE）≤0.03≤0.02≤0.15≤0.008≤0.01≤0.004≤0.0030.03-0.05不同冷軋沖壓板的冶金成分控制范圍參考值碳(C)含量對鋼板力學性能和成形性能的影響規(guī)律:2、影響板材沖壓成形

性能因素鋼中碳含量與r值、延伸率的關系:氮含量對碳鋼平均塑性應變比的影響沖擊韌性轉變溫度隨焊接金屬氮含量的變化低氮控制是保證低碳鋼成形性和焊接性能的重要措施碳〔C〕：<0.05%〔0.03~0.04%〕氮〔N〕：<0.005％硅〔Si〕：0.015~0.025％錳〔Mn)：0.15~0.25%鋁〔Als〕：0.03～0.05％硫〔S〕：<0.015%磷〔P〕：<0.015％低碳沖壓鋁鎮(zhèn)靜鋼采用成分控制：冷軋工藝控制平均塑性應變比r值與冷軋

壓下率的關系：r值ε，%冷軋壓下率對鋁鎮(zhèn)靜鋼薄板

織構和各向異性值的影響

3.高強度鋼板在汽車上的應用情況

高強度鋼板在汽車中的應用

外板部件板厚和TS關系內(nèi)板部件板厚和TS關系

冷軋高強度鋼的典型機械性能鋼類屈服強度MPa抗拉強度MPa延伸率%ｒ均值N均值BHMPa微合金鋼320*440281.30.17—含磷鋼280*420321.60.19—烘烤硬化鋼210*320401.60.2248高強無間隙原子鋼220**390371.90.21—雙相鋼350**600270.9—40相變誘導塑性鋼400**64032———超低碳鋼200**300462.00.2440*罩式退火**連續(xù)退火

日本11家汽車公司在汽車中采用高強度鋼板的調(diào)查和預測結果(使用比率)平均值其它汽車廠使用的超高強鋼板種類化學成分和機械特性值拉伸強度化學成分mass%C

Si

Mn

P

STi

機械特性值σsMPaσbMPaδ%780MPa980MPa1180MPa1370MPa0.060.702.4≦0.015≦0.0150.140.502.4≦0.015≦0.0150.140.502.5≦0.015≦0.0150.050.150.502.7≦0.015≦0.0150.05620

850

18750

1050

15950

1250

101150

1420

8

高強度鋼板的強化機制

冷軋高強鋼板的強化方法強度級別N/mm2含碳量極低碳鋼~0.005%微碳鋼0.02~0.08%低碳鋼0.08~0.15%340固（P）固（P）390固（P+Si,P+Mn）固（P）440固（P+Si+Mn）固（Mn,P+Mn）490析（Nb）590相（Mn）析（Nb）,相（Mn）780相（Mn）,析（Nb）+相（Mn）980相+析（Ti,Nb）1180相+析（Ti,Nb）1380相+析（Ti,Nb）注：固：固溶強化析：析出強化相：相變強化〔〕內(nèi)為分別使用的強化元素冷軋高強度鋼板的強化機制及鋼板特性冷軋高強鋼板的材料特性分類強度級別MPa按特性分類普通板材高r值高延伸率BH性能DP鋼340ОООО390ОООО440ООО490О590ОО780ОО980ОО1180ОО1380ОО

注：О表示目前已生產(chǎn)

冷軋鋼板的強度與塑性、成形性關系４.IF鋼鍍層鋼板日本電鍍鋅板〔EG〕，熱鍍鋅板〔Hot-dip〕在汽車工業(yè)用量開展

歐洲十二國(EU-12)84年以來用于汽車制

造的鍍層鋼板和裸鋼板用量的變化情況國外幾個主要汽車廠家轎車用鍍層鋼板我國引進主要轎車生產(chǎn)線用鍍層板品種涂鍍層鋼板的抗粉化、剝落性能鍍層粉化與剝落示意圖

Ti-IF鋼與Ti+Nb-IF鋼的抗粉化性能TWB——激光拼焊板〔TailorWeldedBlank〕

把厚度和強度不相同的鋼板，按照一定大小形狀截斷，通過激光焊接，按照客戶希望的形狀的材料進行加工定做成的截斷型汽車用鋼板。HF——液壓成型〔Hydroforming〕將鋼板在升高