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奇瑞公司在热成形冲压件上的研究

3 奇瑞公司在热成形冲压件上的研究 与探索 3.1 热成形技术在车身结构上的应用 采用热成形技术可极大提高车身整体结构的刚度 和强度,大幅度提高整车碰撞安全性能与NVH性能; 大量运用该技术可有效减轻整车的质量,提高整车的 经济性能。根据车身结构强度的要求,车身以下部位 推荐使用热成形件,如图5。 3.2 热成形技术在某新车型B柱上的应用 (1)性能分析 a.本新车型通过采用热成形工艺得到超高强度 的车身零件。表2为采用不同工艺冲压后零件的性能 对比。 b.改善冲压成形性,控制回弹,提高零件尺寸精度。 表2 采用不同工艺冲压后零件的性能对比 类型材料屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/% 冷冲压B340/590DP(1.5 mm) 340~500 ≥590 ≥ 18 热成形BTR165(1.8 mm) 1 100±150 1 450±150 9±3 碰效果及减轻质量分析如表5。 a.热成形方案B柱采用1.8 mm料厚。 能使B柱部分单边减轻质量0.9 kg,实现整车减 轻质量1.8 kg。 b.热成形方案B柱采用1.5 mm料厚。 能使B柱部分单边减轻质量1.9 kg,实现整车减轻质量3.8 kg。 c.如果焊装能购置一台中频凸焊 机,就不需要B柱上下铰链加强板, 则能在上面2个减轻质量方案的基础 上,再减2.4 kg。 说明:若要通过欧美的碰撞法规, 采用热成形方案的话,初步判断B柱料厚需 采用1.8 mm以上的,1.5 mm只能满足C-NCAP的需求。 在某车型试制过程中,由于B柱加强板上、下铰 链安装面精度差,与侧围外板组合焊接时,与侧围外 板之间存在间隙,造成侧围外板上下铰链安装面扭 曲,匹配困难,如图6。 B柱加强板采用热成形方案能有效解决这个 问题。 c.提高车身安全性(侧碰性能) 参照CAE侧碰(C-NCAP)分析报告,采用热成 形方案使B柱变形模式改善,中部没有明显折弯,门 图6 侧围外板上、下铰链安装面扭曲 槛侵入有所减少。此次CAE报告中,所用热成形材料 的厚度为1.5 mm,且没有B柱下铰链加强板。 目前,BXX车型B柱采用的是热成形技术,具体 方案与图5热成形方案类似,不过料厚为2.0 mm。 侧碰经CAE分析,模拟通过IIHS法规,结果为第二等 级,在可接受的范围内。 第四轮将根据新的数据进行CAE分析。 (2)成本分析 表3为参照前期车型B柱加强板不同工艺下的模 具费用统计分析。模具为国内制作,后期存在单件精 度差的问题。新车型若采用冷冲压方案的话,为提高 单件精度,模具将在日本制作,同时模具成本也将增 加1.2~1.5倍。 从表3看出,B柱加强板采用热成形技术将使整 车成本增加57.2元。 表3 参照前期车型B柱加强板不同工艺下的模具费用统计分析 类型厂家 单价 /元 模具费 /万元 详细费用分析 (按单件价格换算成分摊模式)/元 模具费支付 形式 公司能力 及产品质量稳定性 热成形本特勒132 450.0 146.5 一次性支付 稳定,为国内外多 家大型汽车厂家供 应热成形件 冷冲压成形 国内某 模具厂 110 787.5 117.9 (3)质量分析 图7为冷冲压和热成形方案下B柱单件示例。表4 为参照前期车型B柱单件分别在冷冲压和热成形工艺 下的质量分析。 (4)热成形方案中,B柱采用不同料厚时的侧 备注:按单边计算,采用热成形技术成本比冷冲压成形多28.6元。 图7 冷冲压和热成形方案下B柱单件示例 (a)冷冲压方案 (b)热成形方案 表4 参照前期车型B柱单件的质量分析 单件 冷冲压方案:总质量10.44 kg 热成形方案:总质量9.54 kg / 8.55 kg 材料料厚/mm 质量/kg 材料料厚/mm 质量/kg B柱加强板B340/590DP 1.5 4.96 BTR165 1.8 5.95 BTR165 1.5 4.96 B柱内板加强板B340LA 1.5 2.69 — — — B柱上铰链加强板— — — B340/590DP 1.5 0.81 B柱下铰链加强板— — — B340LA 1.2 0.38 B柱安全带加强板— — — B340LA 1.5 0.17 B柱内板B340/590DP 1.5 2.79 B340/590DP 1.2 2.23 公司BXX车型为2.0 mm料厚,上海大众斯柯达- 明锐为1.8 mm料厚。
(5)方案可行性 由上述分析看出,B柱采用热成形方案对侧碰有 改善效果,且能减轻整车质量;热成形样片与冷冲压 件的焊接经过验证也可行,只是采用热成形方案单件 费用略有上涨,总体方案是可行的。 表5 不同料厚时的侧碰效果及减轻质量分析 B柱热成形方案CAE分析侧碰效果减轻质量/kg c.配以合适的热处理方式,可使板料发挥其最佳 的性能,为汽车提供高质量的零部件。 奇瑞公司应用热冲压成形技术的实例如图4。 目前,热冲压成形技术在国内还仅仅是一个刚开 始研究的领域。由于这是一个塑性变形和材料组织变 化同时产生的工艺,因此塑性加工技术人员和材料开 发技术人员必须比以往的冷加工成形研究更加密切协 作。加热冷却技术必须结合零部件的结构设计进行深 入研究,以便可以实现零部件不同部位到达预期强度 的要求;热成形件耐蚀性和焊接性也因其制造工艺有 一定的限制,必须进行深入研究。 图4 奇瑞公司应用热冲压成形技术的实例 (a)某车型侧门防撞梁 (b)某车型B柱加强板 4.3 热冲压成形技术应用遇到的问题 a.在热冲压成形加工过程中,材料的性能随温度 变化而变化,因此必须获得不同温度下的应力应变曲 线以及不同温度下材料参数,才能保证热冲压成形模 拟分析的准确性。 b.必须研究不同应变速率下热冲压成形材料应力 应变曲线,以便提高碰撞安全分析的准确性。 c.当前热冲压成形技术应用成本较高,必须深入 研究如何通过提高生产节拍、控制好加工成形的热处 理、降低废品率以及开发低成本的耐蚀性处理,以便 降低热成形技术应用成本。
5 结束语 实现车身轻量化是一个系统的工程,要全面考虑 材料、设计及制造技术各个方面的要求;新材料的应 用离不开新制造成形技术的发展,高强度钢板的广泛 应用必定促进新技术、新工艺及新设计思路的诞生; 新的制造技术——激光拼焊技术、热冲压成形技术的 发展又会促进新材料的应用,实现更高层次的车身轻 量化。

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