汽车薄钢板冲压级别分类的一种新方法

汽车薄钢板冲压级别分类的一种新方法祝洪川李立军摘要提出了一种新的汽车薄钢板冲压级别分类方法,将FLD0作为钢板冲压级别分类的出发点,按FLD0的范围将钢板冲压级别分为6级。为了便于实际应用,找到FLD0与n、r值及钢板厚度的关系,将钢板冲压级别用n、r值和钢板厚度三者表示。关键词汽车薄钢板冲压级别分类新方法NEWMETHODFORCLASSIFICATIONOFPRESSFORMINGLEVELOFAUTOMOBILESTEELSHEETSZhuHongchuanLiLijun(WuhanIron&SteelCorp.)synopsisThepresentpaperadvancedanewmethodforclassificationofthepressforminglevelsoftheautomobilesteelsheets,inwhichthepressformingfallsintosixlevelswithintherangeofFLD0sinceitistakenasthecriterionofclassification.FormoreconvenientapplicationofthemethodrelationshipbetweenFLD0andvaluer,naswellassheetgaugehastobefoundoutandthenvaluer,nandsheetgaugecanbeusedtoindicatethelevelsofpressformingfortheautomobilesheetsrespectively.Keywordssheetforautomobileusepressforminglevelclassificationnewmethod1前言随着我国汽车工业的发展,汽车生产厂家对汽车用薄钢板冲压级别的要求越来越高,钢板的品种也越来越多,为了满足汽车厂家选材和钢厂生产的需要,对汽车用薄钢板进行科学的冲压级别分类非常必要。在生产中,技术人员有的采用σ0.2(或σs)、σb、δ等强度指标进行薄钢板冲压级别分类;也有的根据钢板n、r值的范围,将钢板分为深冲板、超深冲板、超超深冲板等［1］;还有的根据模拟成形参数IE、CCV、KWI、LDR等进行分类［2］。但是这些指标仅反映钢板在某种试验方法下的特点,并不能准确反映钢板的成形能力,在使用时导致争论。实际上,钢板在冲压成形过程中,变形非常复杂,冲压路径变化多端,钢板的冲压级别和实际成形能力不仅与钢板的基本成形性能有关,还与钢板的厚度有较大的关系。对于力学性能及n、r值相同的冷轧薄钢板,厚度大的钢板其冲压成形性能显然比薄的钢板好,因而离开钢板的厚度去比较钢板的冲压级别并不科学。在本文中,考虑了钢板厚度的因素,对钢板冲压级别分类的一种新方法进行了研究。2研究思路和方法薄钢板在冲压成形过程的失效方式主要是应变失效,即应变值达到材料的成形极限而导致钢板破裂。成形极限比较好的反映了钢板的成形能力。成形极限越高,钢板抵抗变形能力越强,冲压性能就越好。成形极限主要受3个因素的影响,即钢板的n、r值和厚度。n值和板厚主要影响成形极限的平面应变点(FLD0),继而影响成形极限的上下位置,n值和板厚越大,FLD0就越大,成形极限就越高;r值主要影响成形极限左半部分的拉延区域极限线的斜率,r值越大,成形极限图左半部分极限线越陡峭,对深拉延零件的成形就越有利。利用钢板的成形极限进行冲压级别分类,比其它参数要科学得多。但在实际应用中,成形极限的得到和使用都比较麻烦。成形极限中最关键的是FLD0,FLD0的上下移动会导致整个极限的上下移动,因此我们以FLD0作为出发点,进行钢板冲压级别的分类。3结果与讨论3.1按FLD0对钢板冲压级别进行分类根据上面的研究思路,将FLD0作为钢板冲压级别分类的出发点,并结合薄钢板的特点和这几年研究的汽车复杂冲压件的FLD0分布情况,对钢板的冲压级别按FLD0进行分类。汽车复杂冲压零件常用的冷轧薄钢板厚度一般为0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5、1.7mm等7种,n值一般在0.15～0.29左右,国际上流行的计算FLD0的公式为:FLD0=(14.13t+23.3)×n/0.21［3］式中t——钢板厚度。图1是钢板常用厚度下FLD0与n值的对应关系。图1常用厚度下FLD0与n值的关系近几年,我们对东汽八平柴、北吉普切诺基、南京跃进、江铃、神龙富康等车型共计32个复杂冲压零件进行了应变分析和优化选材,提出了这些零件合适使用材料的性能,并计算出每个零件最佳使用材料的FLD0,见表1。表1所分析零件最佳使用材料的FLD0序号车型零件名称板厚/mm预测n值FLD0/%01富康后翼子板内板0.70.1602602切诺基燃油箱上体0.80.1803003切诺基后减震器固定横梁1.50.1503204跃进左/右门槛外板0.80.1903205跃进右前门外板加强板0.80.1903206跃进后地板1.00.1753207跃进右后门内板0.80.2003308江铃中立柱外板(上)1.00.18033092020S加油口罩1.20.1803510切诺基前纵梁内板1.70.1603611跃进右后侧外板0.80.2183612切诺基前围空气室板0.80.2253713富康后盖板上流水槽0.80.2203714跃进右后门柱外板0.80.2203715切诺基中柱0.90.2203816切诺基前门内板0.90.2203817切诺基后纵梁1.50.1853918跃进右前门内板0.80.2313919跃进地板右加强梁1.50.1803920切诺基加油口罩接板1.50.1904021跃进右/左后侧上内板0.80.2404022江铃中立柱外板(下)1.00.22040232020S中柱外板1.00.2304124跃进右前门柱上外板0.80.2464125切诺基后柱0.90.2454226跃进右中门柱外板0.80.2504227江铃后立柱外板(下)1.00.2354228跃进前地板0.90.2454229富康通道内板1.00.2474430切诺基后门内板0.90.2754731跃进右前门柱下外板1.20.2504832东汽八平柴油底壳1.50.23049研究的这些零件覆盖了汽车大部分的复杂冲压件,具有一定的代表性。表1中FLD0的大小在26%至49%之间,将钢板冲压级别按FLD0的范围分为6个级别,见表2。其中第6级是考虑到以后钢板冲压性能和零件复杂程度的提高,特增加的一个冲压级别,将FLD0高于50%的钢板作为6级。3.2按n、r值和钢板厚度进行冲压级别分类用FLD0对钢板冲压级别进行分类,在实际使用中也比较麻烦,有必要将FLD0转化为比较方便的参数。表2钢板冲压级别分类钢板冲压级别FLD0范围1级25%≤FLD0＜30%2级30%≤FLD0＜35%3级35%≤FLD0＜40%4级40%≤FLD0＜45%5级45%≤FLD0＜50%6级50%≤FLD0我们统计了武钢20世纪90年代生产的08AL、03AL和IF钢等冷轧薄钢板的n、r值关系,n值与r值之间有一定的范围对应关系,见图2。图2n、r值统计图FLD0与n值及板厚有一定的关系,n值与r值之间也有一定的范围对应关系,因而可以将按FLD0划分的钢板冲压级别转化为按n、r值和钢板厚度三者划分的冲压级别。表3和图3表示了几种常用钢板厚度下不同冲压级别的n、r值范围。图3几种常见厚度下不同冲压级别n、r值的关系表3不同钢板厚度和冲压级别下的n、r值范围钢板厚度/mm1级25%≤FLD0＜30%2级30%≤FLD0＜35%3级35%≤FLD0＜40%n值范围r值范围n值范围r值范围n值范围r值范围0.70.158～0.1901.45～2.000.190～0.2211.50～2.270.221～0.2531.73～2.520.80.152～0.1821.45～1.860.182～0.2121.50～2.140.212～0.2431.60～2.550.9～0.1751.45～1.820.175～0.2041.50～2.000.204～0.2331.60～2.351.00.168～0.1961.45～1.860.196～0.2241.50～2.351.20.156～0.1831.45～1.860.183～0.2091.50～2.141.50.165～0.1891.45～2.001.70.155～0.1781.45～1.824级40%≤FLD0＜45%5级45%≤FLD0＜50%6级50%≤FLD0n值范围r值范围n值范围r值范围n值范围r值范围0.70.253～0.2851.85～2.760.285～0.2912.40～2.760.291～0.80.243～0.2731.82～2.600.273～0.2911.95～2.760.291～0.90.233～0.2621.82～2.550.262～0.2921.94～2.760.292～1.00.224～0.2521.78～2.550.252～0.2811.86～2.760.281～0.2922.42～2.761.20.209～0.2351.65～2.550.235～0.2611.82～2.550.261～0.2921.93～2.761.50.189～0.2121.50～2.140.212～0.2361.60～2.550.236～0.2921.82～2.761.70.178～0.2001.50～2.000.200～0.2221.60～2.270.222～0.2921.73～2.764结论(1)将FLD0作为钢板冲压级别分类的出发点，并结合薄钢板的特点和研究的汽车复杂冲压件的FLD0分布情况，将钢板分成1级(25%≤FLD0＜30%)、2级(30%≤FLD0＜35%)、3级(35%≤FLD0＜40%)、4级(40%≤FLD0＜45%)、5级(45%≤FLD0＜50%)、6级(50%≤FLD0)等6个冲压级别。(2)为了方便实际应用，将FLD0的分类范围转化为用n、r值和钢板厚度三者表示的分类范围。祝洪川(武汉钢铁集团公司)李立军(武汉钢铁集团公司)