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汽車車身材料主要是金屬薄鋼板，一般厚度在０．６～２．０ｍｍ ，隨著鋼材

品種的開發(fā)和不斷更新，越來越多的高強度鋼板被應用于汽車車身。高強度鋼板具有較高的強度，能使汽車用料相對減少，減輕汽車質(zhì)量，提高燃料效率。高強度鋼板在汽車車身中的廣泛應用，對于實現(xiàn)汽車輕量化、節(jié)約能源、保護環(huán)境以及延長車身壽命、提高汽車的碰撞性能、安全性能等方面都具有重要的意義。

一.高強度鋼板的性能

一般地把屈服強度 σｓ小于２５０ ＭＰａ的鋼板稱作普通鋼板，σｓ大于

２５０ ＭＰａ的鋼板稱作高強度鋼板。高強度鋼板和普通板除了在屈服強度上有明顯的差異外，其抗拉強度、應變硬化指數(shù)、厚向異性指數(shù)等方面都有不同。

從上表可以看出，高強度鋼板的屈服強度 σｓ和抗拉強度 σｂ比普通鋼板高得多，而應變硬化指數(shù) ｎ 值和厚向異性指數(shù) ｒ 值卻很低，因此高強度鋼板的成形性能比普通鋼板差，成形極限比普通鋼板小。沖壓過程中，高強度鋼板雖然與普通鋼板一樣具有開裂和起皺的問題，但由于 σｓ和 σｂ高，ｎ 值和 ｒ 值低，影響粘模性的幾何面缺陷和定形性問題更為突出，因此高強度鋼板更容易出現(xiàn)回彈、扭曲等沖壓件尺寸精度的問題。

二.高強度鋼易出現(xiàn)的尺寸精度問題

２．１ 回彈

回彈是指彎曲棱形的相鄰２個面的夾角與模具型面角度不一致的現(xiàn)象。在彎曲成形過程中，彎曲圓角外部由于材料伸長而產(chǎn)生拉深的應力，而在彎曲圓角內(nèi)部，材料由于壓縮，又產(chǎn)生了壓縮的應力。但是在零件脫模后，由于存在彈性變形和板厚內(nèi)外應力釋放，即產(chǎn)生了力矩，從而發(fā)生了角度變化。如圖1所示。

２．２　 側(cè)壁翹曲

側(cè)壁翹曲是指側(cè)壁的平面變成有曲率面的現(xiàn)象。零件側(cè)壁上圓角處圓角內(nèi)側(cè)板料受壓應力而產(chǎn)生壓縮變形，圓角外側(cè)板料受拉應力作用產(chǎn)生拉深變形，當零件脫模后，由于存在殘余彈性變形和板厚應力差，使零件側(cè)壁上圓角處側(cè)壁向外產(chǎn)生角度變化。同理，零件側(cè)壁下圓角處側(cè)壁向里產(chǎn)生角度變化，而法蘭向下產(chǎn)生角度變化。在上、下２個力矩的作用下零件側(cè)壁產(chǎn)生翹曲和內(nèi)凹。如圖2所示。

２．３　 扭曲

扭曲是指與縱向軸垂直的２個斷面產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，是板厚方向應力差和面內(nèi)應力共同作用下的結(jié)果。如圖３所示。

２．４　 棱形翹曲

棱形翹曲是指產(chǎn)品棱線和模具棱線曲率不一致的現(xiàn)象。零件圓角處圓角內(nèi)側(cè)板料受壓應力而產(chǎn)生壓縮變形，圓角外側(cè)板料受拉應力作用產(chǎn)生拉深變形，零件脫模后，在殘余彈性變形和板厚應力差的共同作用下，零件圓角處棱線產(chǎn)生變化 。如圖４所示。

三.高強度鋼板尺寸精度控制措施

對于高強度鋼板尺寸精度控制，不僅要把好產(chǎn)品設計關(guān)，還需要設計合理的沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)，以及做好后期的模具調(diào)試工作。

３．１　 產(chǎn)品設計

產(chǎn)品設計開發(fā)階段，應做好高強度鋼板沖壓件的成形性分析，強化 ＣＡＥ模擬，通過 ＣＡＥ結(jié)果來不斷優(yōu)化產(chǎn)品的外形結(jié)構(gòu)，達到避免或者減輕產(chǎn)品可能出現(xiàn)的尺寸精度偏差的目的。產(chǎn)品外形可以從以下３個方面考慮。

１ ）產(chǎn)品圓角半徑設計合理。同等料厚下，產(chǎn)品圓角半徑小，產(chǎn)品回彈和側(cè)壁翹曲小，但過小的圓角半徑會使產(chǎn)品的彎曲區(qū)域應變過大而產(chǎn)生破裂，因此，產(chǎn)品圓角半徑應結(jié)合 ＣＡＥ 模擬情況，合理設計。

２ ）產(chǎn)品設計加強筋等形狀。加強筋、溝槽等形狀可以改變產(chǎn)品應力應變狀態(tài)，均衡產(chǎn)品內(nèi)應力，減小產(chǎn)品回彈。

３ ）其他有利于提高尺寸精度的設計。通過產(chǎn)品階梯狀設計可以減小產(chǎn)品側(cè)壁彎曲，產(chǎn)品后尾式加強形狀的設計可以減少產(chǎn)品的側(cè)壁回彈。

３．２　 沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)設計

產(chǎn)品設計確定后，制定合理的沖壓工藝能提高產(chǎn)品的尺寸精度，減小產(chǎn)品的回彈、扭曲和起皺等缺陷，但有些工藝方法降低了材料利用率，或者需要更改現(xiàn)有設備，從而增加了產(chǎn)品開發(fā)成本，這要求必須做好工藝分析，權(quán)衡利弊，取舍得當。

１ ）拉深深度盡量均勻。拉深深度均勻，沖壓過程中材料流動均勻，利于后期模具調(diào)試和產(chǎn)品尺寸精度的提高。對于斷面深度不一致的產(chǎn)品，應通過補償來保證拉深深度盡可能的一致。此外高強度鋼板還要采用比普通板更深的拉深深度，以保證最深斷面處的材料流動均勻。

２ ）產(chǎn)品盡量一次成形。產(chǎn)品一次成形后材料應力強化，二次成形或者整形后，產(chǎn)品更容易出現(xiàn)回彈或扭曲現(xiàn)象，因此高強度鋼板應盡可能在一次成形工序中把產(chǎn)品的幾何形狀全部成出來，避免二次成形。

３ ）增大壓邊力。壓邊力增加，材料經(jīng)過凹?？趫A角半徑彎曲變形程度增加，從而能使側(cè)壁翹曲、回彈和扭曲變小，但是如果壓邊力過大，則有產(chǎn)生破裂的危險。

４ ）采用階梯式拉深。階梯式拉深是在模具臺肩部分設定階梯形狀，在成形終期，通過把這個階梯形狀進行成形，對縱壁附加張力，來減小側(cè)壁翹曲的一種拉深方法。

５ ）回彈補償控制。對于高強度鋼板產(chǎn)品，應在拉深工序中做出合理的回彈補償，吸收掉產(chǎn)品回彈量，保證產(chǎn)品的尺寸精度。

６ ）鑲塊式模具結(jié)構(gòu)。高強度鋼板的尺寸精度偏差值經(jīng)常需要在模具多次調(diào)試驗證后才能確定，而高強度鋼板的屈服強度和抗拉強度高，反復調(diào)試模具磨損嚴重。建議高強度鋼板采用堆焊性能好的鑲塊式模具結(jié)構(gòu)，鑲塊式有利于模具結(jié)構(gòu)的調(diào)整，堆焊性能好利于模具局部間隙的調(diào)整。此外，拉深凹模圓角半徑小能減小產(chǎn)品的側(cè)壁翹曲，后序整形和翻邊凸凹模間隙的選擇得當也能起到校正側(cè)壁翹曲的效果 。

３．３　 模具調(diào)試

１ ）高強度鋼板模具一般應先根據(jù)ＣＡＥ模擬，做好補償，然后開發(fā)快速模進行調(diào)試，調(diào)試好之后，根據(jù)改動數(shù)據(jù)，再開發(fā)正式模具。

２ ）不輕易更改拉深圓角和拉深筋，并注意對稱以利于回彈的二次調(diào)整。

３ ）鑲塊底面藍油檢查著色率應保證９０％以上。

４ ）壓料面藍油檢查著色率應達到９０％以上。凹角可以空開的要空開，避免干涉，保證材料流動均衡。

５ ）拉深和成形模具調(diào)試盡量采用大的成形力和壓邊力；拉深筋的圓角和凹模的底部圓角盡量放大，防止產(chǎn)品開裂和壓邊圈起皺磨損。

四.高強度鋼板模具材料

４．１　 高強度鋼板模具的受力情況

１ ）高強度鋼板的高抗拉強度使模具在成形過程中承受巨大的工作壓力；

２ ）為了防止起皺和回彈，模具承受巨大的壓邊力；

３ ）巨大的工作壓力和壓邊力的施加，導致模具摩擦力增加；

４ ）整形模中為了防止起皺和回彈，采取較小的工作間隙，也導致模具摩擦力的增加。

5 ）高強度鋼板的高抗拉強度使模具刃口部位在修沖過程中承受巨大的工作壓力；

6 ）修沖的瞬時性決定模具工作刃口承受著巨大的交變應力；

7 ）修沖過程板料在刃口部位應力集中，順利完成修沖需要模具刃口尖銳，刃口強度降低。

４．２　 高強度鋼板模具材料的選用

高強度模具的受力特點決定了高強度鋼板模具必須具有高抗磨損性能、高抗粘著性能、高抗崩刃性能、高抗開裂性能和高抗塑性變形性能，這些性能要求高強度鋼板模具材料必須具備高硬度和高韌性的特點。

１ ）高硬度。高強度鋼板高抗拉強度要求高強度鋼板模具材料必須具備較高的硬度，較高的模具材料硬度還可以阻止材料在產(chǎn)品成形過程中的塑性變形、過度磨損和粘著。

２ ）高韌性。模具材料韌性高，可以防止產(chǎn)品沖壓過程中材料過早的失效，如開裂、崩刃和疲勞磨損等。通常根據(jù)高強度鋼板的屈服強度和產(chǎn)品料厚來確定合適的模具材料，其中，具有淬透性、耐磨性好的低合金工具鋼７ＣｒＳｉＭｎＭｏＶ 和高碳高鉻鋼 Ｃｒ１２ＭｏＶ 被廣泛應用于汽車沖壓生產(chǎn)中如表２所示。實際應用中也根據(jù)產(chǎn)品難易程度、沖壓工藝方式等選擇性能相當或者更高性能的模具材料。

 此外，還需根據(jù)模具的調(diào)試情況、產(chǎn)品調(diào)試狀態(tài)等選擇合適的表面處理方式，比如表面鍍鉻、 ＰＶＤ 、ＴＤ等，模具表面處理后，模具表面硬度提高、摩擦因數(shù)降低，這大大提高了模具的使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量。

五.熱成形技術(shù)的應用

盡管高強度鋼板在汽車沖壓生產(chǎn)中有著廣泛的應用，但也一直受幾個方面的制約：產(chǎn)品成形性差、容易開裂；產(chǎn)品成形尺寸精度差且容易產(chǎn)生各種表面缺陷；產(chǎn)品成形所需沖壓設備噸位大；超高強度鋼板制造困難。基于此，一些汽

車廠商采用了一種全新的針對高強度鋼板的熱成形工藝，其工藝措施是將鋼板加熱到奧氏體溫度區(qū)間（約９００）時進行熱成形，同時在模具內(nèi)對沖壓件快速冷卻，再進行淬火強化，以此制造抗拉強度更高的產(chǎn)品。熱成形技術(shù)不僅能

提高產(chǎn)品的抗拉強度，而且避免了出現(xiàn)高強度鋼板易出現(xiàn)的回彈、翹曲等尺寸精度問題。

熱成形技術(shù)的應用推廣還有很多的工作要做：

１ ）熱成形過程中，材料的性能隨溫度變化而變化，為了保證熱成形模擬分析的準確性，必須獲得不同溫度下的應力應變曲線和材料參數(shù)；

２ ）為了提高碰撞安全分析的準確性，必須研究不同應變速率下熱成形材料應力應變曲線；

３ ）熱成形技術(shù)應用成本較高，如何提高生產(chǎn)節(jié)拍、控制好加工成形的熱處理、降低廢品率還需要深入研究。

六.結(jié)語

高強度鋼板與普通鋼板性能的差異，決定了兩者產(chǎn)品尺寸精度問題的不同，相比較而言，高強度鋼板更容易產(chǎn)生較大的回彈、側(cè)壁翹曲、扭曲和棱形翹曲等產(chǎn)品尺寸精度問題，控制好產(chǎn)品尺寸精度問題，高強度鋼板的應用才有意義，否則適得其反。這對前期的產(chǎn)品設計、沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)設計、模具材料的選用以及后期的模具調(diào)試都提出了更高的要求，只有不斷總結(jié)高強度鋼板的應用經(jīng)驗，完善高強度鋼板產(chǎn)品的尺寸精度控制手段，做好熱成形等新技術(shù)的應用，才能更加廣泛地應用高強度鋼板產(chǎn)品，實現(xiàn)汽車輕量化。

★參考資料：汽車上都有些什么高強度鋼

汽車用高強鋼類型：

1、雙相鋼 （ DP 鋼， Dual Phase Steels ）

2、復相鋼 （ CP 鋼， Complex Phase Steels ）

3、相變誘導塑性鋼 （ TRIP 鋼， Transformation Induced Plasticity Steels ）

4、馬氏體鋼 （ MS 鋼， Martensitic Steels ）

5、淬火延性鋼 （ QP 鋼， Quenching and Partitioning Steels ）

6、孿晶誘發(fā)塑性鋼 （ TWIP 鋼， Twinning Induced Plasticity Steels ）

7、硼鋼 （ PH 鋼或 B 鋼， Press Hardening/Boron Steels ）

1、雙相鋼（DP 鋼）

★性能特點：

無屈服延伸、無室溫時效、低屈強比、高加工硬化指數(shù)和高烘烤硬化值。

★典型應用：

DP 系列高強鋼是目前結(jié)構(gòu)類零件的首選鋼種，大量應用于結(jié)構(gòu)件、加強件和防

撞件。

如，車底十字構(gòu)件、軌、防撞桿、防撞桿加強結(jié)構(gòu)件等。

2、復相鋼（CP 鋼）

★性能特點：

晶粒細小，抗拉強度較高。與同級別抗拉強度的雙相鋼相比，其屈服強度明顯要

高很多。具有良好的彎曲性能、高擴孔性能、高能量吸收能力和優(yōu)良的翻邊成形

性能。

★典型應用：

底盤懸掛件，B 柱，保險杠，座椅滑軌等。

3、相變誘導塑性鋼（TRIP 鋼）

★性能特點：

組織中含有殘余奧氏體，有良好的成形性能。在成形過程中殘余奧氏體會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛驳鸟R氏體，有利于均勻變形。

TRIP 鋼還具有高碰撞吸收能、高強度塑性積和高 n 值的特點。

★典型應用：

結(jié)構(gòu)相對復雜的零件，如 B 柱加強板、前縱梁等。

4、馬氏體鋼（MS 鋼）

★性能特點：

屈強比高，抗拉強度高，延伸率相對較低，需要注意延遲開裂的傾向。

具有高碰撞吸收能、高強度塑性積和高 n 值的特點。

★典型應用：

簡單零件的冷沖壓和截面相對單一的輥壓成形零件，如保險杠、門檻加強板和側(cè)門內(nèi)的防撞桿等。

5、淬火延性鋼（QP 鋼）

★性能特點：

以馬氏體為基體相，利用殘余奧氏體在變形過程中的 TRIP 效應，能實現(xiàn)較高的

加工硬化能力，因此比同級別超高強鋼擁有更高的塑性和成形性能。

★典型應用：

適用于形狀較為復雜的汽車安全件和結(jié)構(gòu)件，如 A、B 柱加強件等。

6、孿晶誘發(fā)塑性鋼（TWIP 鋼）

★性能特點：

TWIP 鋼為高 C、高 Mn、高 Al 成分的全奧氏體鋼。通過孿晶誘發(fā)的動態(tài)細化作用，

能實現(xiàn)極高的加工硬化能力。TWIP 鋼具有超高強度和超高塑性，強塑積可達

50GPa%以上。

★典型應用：

TWIP 鋼具有非常優(yōu)越的成形性能和超高強度，適用于對材料拉延和脹形性能要

求很高的零件，例如復雜形狀的汽車安全件和結(jié)構(gòu)件。

7、硼鋼（PH 鋼或 B 鋼）

★性能特點：

超高強度（抗拉強度達 1500MPa 以上），有效提高碰撞性能，車身輕量化；零件形狀復雜，成形性好；尺寸精度高。

★典型應用：

安全結(jié)構(gòu)件，如：前、后保險杠、A 柱、B 柱、中通道等。

★部分汽車用高強鋼典型牌號

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