车身冲压成型新技术

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随着安全烂和燃料经济烂需求的增长汽车工业对高强、轻质材科的需求刺激了材料研发、工程没计、生产制造三个领域研发的迈猛发展。在材科、没计创及工艺专家的通力合作下，高强、轻质材科的可成型烂及其成型系统的柔性正在不断提高。
0 x' n  t/ {$ O# D, r$ x        越来越严格的安全法规使得汽车制造商必须提高车体的刚性以保证其驾驶的安全性；但是油价的不断攀升，却要求汽车制造商减轻车身的重量以提高燃油的经济性。这种高强、轻质的要求刺激了研发的迅猛发展，这让材料研发、工程设计、生产制造三个领域联起手来，致力于降低车身重量的同时提高其碰撞性能。为了实现这一目标，优质钢材的研发、成型工艺的革新以及新的冲压构思集成在了一起。
材料的研发
, _( A- I- y, S; o0 @) k% |% h2 k        在现代汽车工业中，高强度钢材对于企业的生存至关重要。为了能够成功地应对安全、结构和底盘部件批量生产的挑战，一直以来，钢材供应商在材料的开发方面都是非常活跃的。
        通常情况下，想得到高强度就必须以牺牲材料的可成型性作为代价。例如，超高强度钢材，如马氏体相钢，很小的变形就会导致其失效。相反的是，较低强度的钢材在失效前能够表现出高的可、延展性。对于汽车车身而言，这种关系在优化材料的选择土起着重要作用。
        提高强度与提高可成型性之间的矛盾随着可选的新型多相钢材的增加而逐渐弱化。现在，相当强度的钢材也可获得较高的可延展性、更好的冷成型性能以及更高的抗拉强度。例如，双相钢中既有较软的铁素体相又有一层较硬的离散马氏体层。多相钢包括高强度及高延性钢（TRIP），它以贝氏体铁素体为基体结构，夹层为残余奥氏体层，在冲压成型过程中转换成为马氏体。带有铝预涂层的含硼微合金钢表现出了优良的成形性能，从而可得到复杂的成型。热处理和之后的模具中冷却（淬火）使这种新型硼钢表现出了非常高的强度（马氏体组织），以及优秀的耐冲击和耐疲劳性。
) n2 }& {$ `* N7 i% U$ ?工程设计
5 N( N% Q. k% P3 l% ~        在现代汽车的车身上，外壳和结构件之间包含着相当数量不同种类的材料。因此，设计工程师必须清楚地知道：什么部件需要选用什么材料？
        对于高抗拉强度钢材的应用，可依据它们的材料特性进行粗略的分类。在毛坯材料的选择时，必须依据具体的抗拉强度级别，并考虑其成型的应变特性。
        汽车车身部件使用的典.型材料主要有：
) H7 U. n  a8 U0 V% k        复合相和马氏体相钢：用于加工与碰撞安全相关的主要部件，如梁、侧边冲击单元、保险杠；
        高抗拉强度钢：用于加工带平滑弧线的拉伸件，如车门、罩、丁页盖；
        高强自由填隙原子钢（IF）：用于加工带有拉伸和深压延应力的非常难压延的部件，如内门板、侧板、翼子板；
        双相钢：用于加工难加工的结构件，如车顶纵梁、轮子，以及带有特殊抗凹性的拉伸车身外皮，如车门、前盖、行李箱盖；
! T8 {. g% j0 L1 o2 l" }6 a; E        烘烤硬化和磷化合金钢：用于加工难拉伸板，如车门、前盖、丁页盖；
4 ]- n4 E4 I1 N- Y2 j        残余奥氏体钢（TRIP）：用于加工强吸能特性的结构件，如梁、车丁页纵梁。
        创新的成型工艺和冲压概念
        高强轻质的部件对加工装备提出了更高的技术要求。通常情况下，传统的设备和生产线已经无法满足最新的超强度材料的加工需求。
7 U' S( i$ z, `. O' C: y3 L5 v7 `        在冲压车间的实际生产中，经过验证行之有效的方法包括：
, B8 d6 H$ m. D$ Z- @        高强度钢成型：多滑块多工位压力机的冷成型或混合生产线（其中第一台为液压机，其余为机械压力机）；
7 h- v3 K) |& u        通过加压淬火在成型过程中形成高强度钢。
, ^% ?7 }, P& b& n/ r! ~5 \. D        如何选择最佳的生产方式？功能、重量和成本是需要考虑的因素。因为每种情况都有其与众不同的特点，所以材料、车身设计、部件的几何形状及尺寸、计划生产批量都是选择生产方式时需要考虑的。
1、高强度钢的成型
: g$ @, h1 f, i, ]        对高强度和超强度钢进行冷成型的优点是能够明显缩短周期。然而，对于复杂件的局限性是使用冷成型时存在着“回弹”现象。另外，这种工艺要求压力机吨位高（相比于低碳钢要高2-4倍），而且需要昂贵材料制造的刚性模具以减少磨损。
2、使用双滑块多工位压力机的冷成型
        某汽车生产商对成型系统的柔性、可靠性和速度有着严格的要求。对它来说，投资大吨位多工位压力机用于加工高强度和超强度钢是其迈向未来的重要一步。该公司购进了一台带独立成型工位（第一工位）的双滑块六工位压力机。在第一循环中，该成型工位.可进行高强度板的精拉伸。
3、组合式冷成型
        在现有的机械式压力机生产线上进行改造，将首台压力机更换成液压机便可实现对高强度钢的加工。最近几年，由于诸如动力缸，的模态转换和环阀技术促进了驱动技术的进步，液压拉伸压力机的生产效率有了很大的提高。
3 c" |9 R8 l* R1 r3 m: p        运用这种方法，现有的设备仍能继续使用并能提高整条生产线的生产能力。即使在小底座表面也能够提供更高的冲压力。液压机技术简化了复杂的深拉伸动作，并在行程的任何位、置都能得到满冲压力。在行程、装模空间和冲压力方面拥有更大的柔性，冲压线上可使用模具的数量增加。
4、在成型过程中形成高强度钢
        加压淬火也称热挤压或热成型，主要用于精度要求高的复杂的高强度零件成型。由于加热和冷却的工艺要求，根据不同工件情况，这种方法需要较长的制造周期。
7 }! t( v1 z9 B' @1 u  U        在成型过程中，为确保加压淬火的成功，需在材料表面涂上一层铝-硅合金以预防产生氧化皮。毛坯或型坯应在炉子里加热到950'C，以获得奥氏体组织。为防止空气冷却，已经加热的坯料需尽快送到压力机冲压，压力机挤压工件的压力范围为800～1200t。
        压力机保压几秒钟，同时由位于模具内的水冷却回路把工件冷却至约200℃。这是加压淬火过程中的关键一步，将产生马氏体组织。接着，由诸如机器人等自动化装置把工件从模具中取出。
        液压机的基本特点是：可变的滑块速度、可调节的保压时间以及易于调节冲压力。这些为加压淬火提供了适用的柔性、可靠性和长使用寿命范围