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汽车车身冲压制造技术发展和应用2010.06汽车车身冲压技术的发展材料：高强度钢板及激光拼焊板的应用工艺：热冲压成形和液压成型技术的应用设备：高速冲压自动线和伺服压力机的发展模具：模具技术和有限元分析ＣＡＥ技术在冲压成形中快速发展和应用2010年冲压规划工作介绍趋势：随着整车要求更安全，更环保，更低能耗，需要车身轻量化而更坚固，车身冲压在安全、环保、高品质、高效率、低成本、数字化制造不断发展高强度及超高强度钢板的定义随着整车轻量化和安全法规的碰撞安全性要求提高，冲压材料向着高强度方向发展。高强度钢板在汽车应用上发展很快，目前在欧洲轻量化概念化车的用材中,高强度钢板约占用80%左右。强度在270—780MPa应用的最多。按抗拉强度划分：高强钢：TS≥340MPa（冷轧）TS≥370MPa（热轧及酸洗）超高强钢：TS＞590MPa按屈服强度划分：高强钢：YS≥210MPa超高强钢：YS＞550MPa其它划分常规高强钢CHSS先进高强钢AHSS•IF:无间隙原子钢•Mild:低碳铝镇静钢•HSSIF:高强度IF钢•BH:烘烤硬化钢•IS:各向同性钢•CMn：碳锰钢•HSLA:高强度低合金钢•DP:双相钢•CP：复相钢•TRIP:相变诱发塑性钢•Mart：马氏体钢•TWIP：孪晶诱发塑性钢•Stainless：不锈钢•Bsteel：热冲压用钢TRIP延伸率(%)屈服强度(MPa)01020304050607004006001000MildHSSIFHSLADP,CPBHCMn200800ISMART1200IF高强度钢板超高强度钢板550MPa软钢210MPaTWIPStainlessBsteelTRIP延伸率(%)屈服强度(MPa)01020304050607004006001000MildHSSIFHSLADP,CPBHCMn200800ISMART1200IF高强度钢板超高强度钢板550MPa软钢210MPaTWIPStainlessBsteel•IF:无间隙原子钢•Mild:低碳铝镇静钢•HSSIF:高强度IF钢•BH:烘烤硬化钢•IS:各向同性钢•CMn：碳锰钢•HSLA:高强度低合金钢•DP:双相钢•CP：复相钢•TRIP:相变诱发塑性钢•Mart：马氏体钢•TWIP：孪晶诱发塑性钢•Stainless：不锈钢•Bsteel：热冲压用钢TRIP延伸率(%)屈服强度(MPa)01020304050607004006001000MildHSSIFHSLADP,CPBHCMn200800ISMART1200IF高强度钢板超高强度钢板550MPa软钢210MPaTWIPStainlessBsteelTRIP延伸率(%)屈服强度(MPa)01020304050607004006001000MildHSSIFHSLADP,CPBHCMn200800ISMART1200IF高强度钢板超高强度钢板550MPa软钢210MPaTWIPStainlessBsteelAHSSCHSS冲压材料的发展Ts≥980Ts≥590Ts≥440一汽奔腾轿车车身材料高强度钢板的应用一汽轿车自主品牌轿车奔腾B50白车身冲压件中HSS和AHSS应用比例47.63%。其中侧围加强板强度级别为590MPa和780MPa的trip钢；门外板：烘烤硬化钢，340MPa；B柱加强板：双相钢（DP钢）980MPa。B柱、防撞杆：超高强度热成型钢，1500MPa。一汽轿车碰撞试验达到了C_NCAP4星级标准。冲压材料的发展冲压材料的发展高强度钢板成形特点和制造面临的挑战成形特点：高的抗拉强度带来成形力和剪切力的增大；含碳量和合金元素的增加降低了板材的成形性能；高的抗拉强度使材料的回弹量也相应增加；面临的挑战：•高强度板是一种难以成形的材料，而材料成本提高.•成形AHSS钢板，增加冲压力。模具结构要考虑承受高压力,同时需要更大吨位的压力机。•成形件回弹大且不稳定,目前成型分析软件没法对回弹作出较为准确的模拟。高强度板的成型特性不稳定，给生产和车身质量带来不稳定因素。•提高模具表面硬化和表面粗糙度,防止早期磨损等失效问题。•模具调试周期长，反复修改多，生产准备周期延长。冲压材料的发展高强度钢板成形特点和制造面临的挑战•控制回弹的一些方法•产品设计:产品均匀变形;零件侧面适当增加立筋.•工艺设计:考虑增加整形工序;增加成形力,考虑模具强度及受力结构,提出更改产品的建议.•模具制造:预测回弹量;凹模分块带圆角的处理;控制材料的变形等.激光拼焊板成形工艺技术激光拼焊板成形工艺（TWB）1985年，德国蒂森钢铁公司开始应用激光拼焊板。开始是为了解决超大尺寸的板材冲压件，后来发展到使用不同厚度、不同材质的材料，将其焊接成一块板料，然后进行冲压成型。拼焊板的使用可以减少零件的数量、减轻零件重量、降低生产成本和减少模具投资等，在欧美汽车制造业得到广泛应用，每种新车型都有10余种以上零件应用激光拼焊板。主要应用在车门内板、侧围内板及梁类零件。据统计门里板采用拼焊板成形的占40%以上。冲压材料和工艺的发展激光拼焊板的应用例子---车身前门里板TWB-方案内板在TWB-方案中省去传统设计车门激光拼焊板车门内板绞链加强板后视镜三角加固加固锁扣外板内护栏外护栏SAPT窗槽冲压材料和工艺的发展13608503201480HX180+Z;t=1,4mmHX180+Z;t=0,7mm66°24°门里板激光拼焊板材料毛坯图是否使用激光拼焊板的前门里板成本分析比较通过使用激光拼焊技术将两个部件节省，抵消了较高的坯板价格，降低成本。每个激光拼焊板车门整体成本比传统车门成本降低5.39%,约2,32€。0,00€5,00€10,00€15,00€20,00€25,00€30,00€35,00€40,00€45,00€激光拼焊板车门传统车门€/门分摊物流集中采购部件坯板原料研发在东风商用车D530侧围内板上的应用分别制造（传统工艺）采用激光拼焊板（新技术）零件示意图材料利用率37%46%57%重量3.65Kg(2个件之和)3.3Kg零件和模具数量左，右共4个零件，7套模具，4套检具左，右共2个零件，4套模具，2套检具分割线连接点焊(左右各19个)激光拼焊(1.225米直线缝两条)制造风险目标成本达成基本无风险设定基准第一次设计制造不等厚激光拼焊板零件，有一定风险。与设定目标成本基本持平。提出：由于D530单排的侧围角板和侧围内板在左右成双冲压制造的情况下，材料利用率低。侧围角板0.75mmDC05侧围内板1.6mmD180P2侧围内板(合件)0.75+1.6mmDC05+D180P2冲压材料和工艺的发展在D530车身侧围内板上的应用通过冲压模拟CAE成形分析结果确定钢板拼焊线位置距下死点35MM下死点沿焊缝开裂危险冲压材料和工艺的发展通过试验验证取消老加强板（5401153/54-c1200重量：0.927KG/件);采用新加强板，每车减重约1.5KG。侧围内板新加强板（5401153/54-c1201)方案冲压材料和工艺的发展冲压工艺的发展超高强度板材热成形工艺技术•为了达到欧洲碰撞安全4-5星标准，车身支柱等零件需要使用超高强度钢板，但是超高强度板在冷冲压成形难度极大，因此产生热成型工艺。•热成形工艺，（热成形钢）板料或落料件进炉中加热到奥氏体温度范围（850--900度左右），快速送入内部带有冷却管道的冲压模具上冲压成形，保压冷却至组织全部为马氏体后，零件抗拉强度可以达到1500MPa。•成形后续工艺：处理表面氧化皮（喷丸），激光切割机完成零件外周边和孔的加工。•设备工装一次投资比较大，制造成本较高。超高强度板的热成形工艺流程冲压工艺的发展冲压工艺的发展超高强度板材热成形工艺技术应用•国际：在国外轿车厂已普遍应用。主要生产的零件：支柱、车门防撞梁、顶盖上边梁等梁类冲压结构件。欧系车型使用最广泛；使用最多的是德国大众；日系车在车门防撞梁（杆）上普遍使用且有推广的趋势；•国内：国内一些轿车厂已开始采用，欧系车型：宝莱A5前、后保险杠、A柱、B柱；GolfA4后保险杠；Polo的前后保险杠、B柱；速腾B柱、A柱和前后保险杠骨架；长安福特Focus等车的A柱、B柱、保险杠、防撞杆；标志307、凯旋B柱、防撞杆等；自主品牌：；中华系列车B柱、A柱采用热冲压件；奇瑞、吉利等……•国内已有2-3条热冲压成型生产线。(长春,昆山,宝钢)1、板料液压成型工艺2、管件内高压成型工艺液压成型技术的成形原理冲压工艺的发展特点：设计生产周期短，节省模具费用，提高板料成形极限，缩短制造流程，适用于多品种少批量产品板料液压成型工艺冲压工艺的发展管件内高压成形冲压工艺的发展管件内高压成形是将管坯放入模具内，利用高压液体充入空腔，同时辅以轴向补料，使其直径变化至贴靠凹模的成型过程。由于使用的内部压力可高达400MPa,称为内高压成形技术。与传统的冲压件相比，液压成型技术具有减轻质量，减少零件数量，降低生产成本，提高焊接总成尺寸精度和提高总成刚度和强度，尤其疲劳强度等特点。管件内高压成形适用于沿构件轴线变化的圆形、矩形截面或异性截面的空心构件。典型零件如副车架、仪表梁支架等零件。设备工装一次投资比较大。冲压工艺的发展一汽奔腾轿车B50副车架制造的应用主要构成的副车架主管采用内高压成形工艺。新工艺的整体副车架与采用分体冲压件点焊组合的传统工艺相比，生产成本降低20%，减轻质量30%。模具成本可降低60%.内高压成形技术生产副车架主管冲压工艺的发展冲压工艺的发展•除了上面介绍的热成型工艺，拼焊板成形工艺和内高压成形工艺外，•多件拼合冲压，提高冲压效率。如一汽自主品牌轿车开发出一模4件的冲压模具，4个门外板同时生产。•双模冲压，提高冲压效率，提高材料利用率和降低模具调试难度。将车身左右件的两套模具安排在同一台压力机生产，比左右拼合一套模具冲压具有比较优势。冲压设备的发展冲压设备的发展人工冲压线机器人冲压线机械手冲压线冲压设备的发展一次性投资大冲压设备的发展东风日产花都工厂的高速冲压生产线采用德国万家顿和日本小松的大型高速冲压生产线德国米勒万家顿公司开发出快速横杆式输送系统（SpeedBAR）。这种输送系统结构简单，输送效率高，可以实现模具和端拾器在单机联线自动化冲压线。国内已有主机厂采用这一自动送料系统，冲压设备的发展大型自动化冲压线与大型多工位压力机是当今大型冲压装备自动化技术发展的两大趋势。我国现有冲压线中约10％实现单机联线自动化，部分生产线采用了SpeedBAR或旋转7轴机器人等先进输送系统，大型自动化冲压线是今后发展的选择。冲压自动线的选择的要点生产的产品，生产线的产能模具的性能，满足自动化要求维护技术能力，设备投资，运行成本，长远规划辅助设备的重点开卷落料线，板料清洗涂油堆垛，板料翻转机等自动化辅助设备前提冲压能力提升压力机厂商：济南第二机床公司机械手系统：瑞士GUEDL高速输送机都机器人系统：日本FANUCR2000/100P型机器人表1，固定投资对比冲压线类别SPH自动化线/条自动化成本/万元压力机/万元土建/万元废料输送+天车/万元合计/万元GUEDL系统45022100*26000*21800*280*2+（110+70）*220320机器人系统30031200*36000*31800*380*3+（110+70）*327780表2，运行投资对比冲压线类别班制自动化线/条年人工成本/万元水电气/万元备件费用合计/万元机械手系统2160*212.5*240*2425.6机器人系统3160*312.5*340*3637.5结论：2条机械手自动化线产能可以超过3条机器人自动化线的产能，投资和运行成本都节约。上汽通用五菱选择冲压自动化的投资成本对比分析冲压设备的发展冲压设备的发展大型多工位压力机冲压设备的发展多工位压力机在优尼公司的应用•广州优尼冲压有限公司•生产产品：花都工厂轿车车身主要骨架件总成，中支柱，•前上横梁总成等•制造工艺：开卷落料，激