先进高强度钢板在汽车上的应用

先进高强度钢板在汽车上的应用

1高强度钢板的冲裁和屈服性能在冲割和精炼钢板时，应克服钢板的切割强度。在冲压板时，应克服钢板的屈服强度。高强度钢板的剪切强度和屈服强度比普通软钢板高很多,必然对其冲裁和冲压成形带来困难。这些困难大都可以通过改进零件的设计、优化毛坯形状、优选工模具材料和其表面处理、适当增大模具圆角以及采用辊压等新成形工艺得到解决。1.1凹模开口宽度在折弯软钢板时,工件折弯圆角内径由凹模开口宽度而不是凸模圆角半径决定。与此相反,在折弯高强度钢板时,工件圆角内径与凹模开口宽度没有大的相关性。因此,在折弯高强度钢板时,凹模的开口宽度可适当加大,以减小折弯力和模具磨损,而对工件的折弯圆角内径没有大的影响。高强度钢板的折弯性能在钢板的纵向和横向上差别较大,设计折弯工艺时应注意。1.2板板的压边力冲压力随着钢板强度的提高而增大。一般来说,在冲压高强度钢板时,需要较大的压边力,以防止起皱。冲压高强度钢板时,模具表面的高应力对模具材料及其表面处理带来极大挑战,计算机数字模拟技术对合理选择模具材料及其表面处理有很大帮助。1.3高强钢板的开发先进高强度钢板比较适合辊压成形,采用辊压成形可以生产出断面和外形更为复杂的零件。为此,专门开发了辊压成形用高强度钢板。试验表明,采用辊压工艺可以获得极小的折弯半径。1.4冲孔之前预成形高强度钢板的扩孔翻边能力比软钢板差,因此尽可能优化工艺就变得更为重要。例如,为了使冲孔时的毛刺位于承受拉应力较小的孔内侧,冲孔的方向应与翻边方向相反;为了得到更高的翻边高度,可以在冲孔之前预成形;推荐使用比加工低碳钢钢板时更大的根部半径,一般取板厚的1.5~2.0倍;冲头与外模间的间隙适当放大。1.5零件的预处理高强度钢板的回弹比软钢板大,通常采取以下措施来补偿:a.过弯;b.增加压边力;c.增加整形工艺;d.采用拉延筋;e.在零件的平面和折弯圆角处增加筋;f.优化板料毛坯形状。2冲切技术2.1试验结果及分析采用通常的落料和冲孔方法时,所产生的断面由圆角带、光亮带、断裂带和毛刺所组成。高强度钢板冲切断面的光亮带比软钢板的小。随着强度的提高,毛刺高度减小。为了得到满意的断面质量,对于高强度钢板的落料与冲孔,应注意以下几点。(1)模具间隙模具间隙是指凸模与凹模的径向距离。对于高强度钢板来说,模具间隙应该比软钢板大一些。较大的模具间隙对模具的寿命有利且不会像软钢板那样形成较大的毛刺。建议的落料和冲孔模具间隙如图1所示。对于强度最高的钢板来说,过大的模具间隙也会带来问题。一方面是在钢板断面上产生大的折弯或圆角,使断面质量下降;另一方面在凸模边缘产生过高的弯曲应力,使模具面临发生崩刃的危险。对于屈强比高的材料,这一点尤其重要。(2)落料/冲孔力需要的落料/冲孔力与钢板强度、钢板厚度以及冲裁的线长度成正比。一般在用高强度钢板替代软钢板时,所用板料厚度会减薄,因此不会造成落料/冲孔力的大幅度提高,在大部分情况下,可以使用原有设备生产。在对强度最高的钢板进行落料/冲孔时,应设法减小这种力。当模具冲裁间隙增大时,落料冲裁力会有所减小,通常减小3%~5%。为了避免在一道工序中同时对多个孔冲孔,可以将凸模设计成不同长度,以减小冲孔力。减小落料/冲孔力的最有效方法是对刀口倒角,最佳倒角方案是如图2所示的对称倒角,因为对称倒角可以避免刀口上的力向一边倾斜。倒角刀口不仅减小落料/冲孔力,而且降低噪声。图3显示不同凸模对落料/冲孔力的影响。由图3看出,凸模加涂层并不能降低落料/冲孔力,这是因为涂层降低了冲头末端与板料之间的摩擦力,摩擦力的降低使板料分离所需要的起始裂纹更难以形成。试验表明,在对强度为1400MPa的马氏体钢钢板进行落料/冲孔时,倒角高度为料厚的0.7%即可以降低落料/冲孔力30%。对于高强度钢板,倒角高度只需保证在整个凸模顶端表面区域与板料接触之前开始对板料进行切割即可,过大的倒角存在凸模顶端发生塑性变形的危险。2.2大剪切力的使用,有利于(1)剪切间隙与剪切角剪切间隙是指上下刀口之间的水平距离;剪切角是指上下刀口之间的角度。使用带有剪切角的刀具时,剪切间隙可以比使用平行刀具时大些。图4给出剪切高强度钢板时推荐的剪切间隙;图5给出推荐的剪切角。(2)剪切断面剪切断面的形貌与落料冲孔断面相同。剪切参数改变时,剪切断面形貌也会发生变化。平行刀具较大的剪切间隙会产生较大的光亮带;带剪切角的刀具较大的剪切间隙会产生较小的光亮带。(3)剪切力需要的剪切力与钢板强度、钢板厚度以及剪切长度成正比。在对最高强度的钢板进行剪切时,需要的剪切力可能非常大,避免大剪切力的有效方法是采用剪切角,剪切间隙对总剪切力没有太大影响。当使用剪切角时,剪切高强度钢板与剪切普通软钢板所需要的最大剪切力差别不大。最大剪切力的明显下降发生在使用1°剪切角时。剪切角进一步增加时,最大剪切力也进一步有所降低,但是,使用>1.5°的剪切角没有什么好处,最大剪切力下降不多,却容易带来崩刃的危险。在从软钢板转换到应用先进高强度钢板时,往往会遇到原有剪切设备的剪切力是否足够的疑问,通过剪切力的计算可以打消这个顾虑。剪切力的计算公式为式中,F为剪切力;KSK为剪切强度,KSK=Rm·系数e,Rm为钢板的抗拉强度;t为板料厚度;α为剪切角。系数e与钢板的强度有关,对于软钢板,e=0.8,随着钢板抗拉强度的提高,e不断减小;对于最高强度的钢板,在不采用剪切角的情况下,e为0.55左右。如果采用剪切角,e可以降低到0.3左右。系数e与钢板抗拉强度之间的关系如图6所示。通过上式的计算可知,只要选择适当的剪切角,剪切力不会因钢板强度的提高而有很大提高,如果在用高强度钢板替换软钢板时,适当减薄所用钢板的厚度,则其剪切力还会下降。3纯净度高时缺陷会成为大的问题。在现代技术先进高强度钢板相对于其高强度来说,合金含量低,钢材的纯净度高,不易产生裂纹或其他缺陷,焊接性能不会成为大的问题。先进高强度钢板可以采用各种传统的焊接工艺,如点焊、MAG焊、TIG焊、等离子焊、激光焊和高频焊等。3.1试验间距的确定点焊是电阻焊的一种,在汽车车身生产中广泛应用。为了提高焊接结构的强度和疲劳寿命,在进行点焊工艺设计时,可以采取增大点焊焊核直径和减小焊点间距的办法。表1是采用宽度为80mm、不同焊核直径(d)、不同焊点间距(l)的试样进行疲劳试验(循环基数为1×106次)的结果。先进高强度钢板既可以与低碳钢板一起点焊,也可以与高强度钢板点焊。当先进高强度钢板与低碳钢板一起点焊时,焊点强度与低碳钢板的强度相同,在进行剥离试验时产生完全的塞状破坏;当高强度钢板与高强度钢板一起点焊时,剥离试验的破坏可能发生在焊点,即出现部分塞状破坏。推荐的点焊工艺参数如表2。3.2与低碳钢板或领导高由于先进高强度钢板的良好焊接性能,在进行诸如MAG、TIG或等离子焊接等常规熔融焊接时都不会出现裂纹等缺陷,在与低碳钢板或同牌号钢板焊接时都是如此。当与低碳钢板焊接时,焊接接头的强度取决于低碳钢板的强度;高强度钢板与高强度钢板焊接时,焊接接头的强度虽然较高,但达不到母材的强度。这是因为在接头附近存在热影响区,降低了接头的强度。在进行先进高强度钢板的MAG焊接时,可以采用为低碳钢板焊接所选择的焊接参数。3.3周转板的激光切割先进高强度钢板可以与低碳钢板或同类型钢板进行激光焊接。激光焊接的优点是焊接接头强度高。对强度在1000MPa或较低的钢板来说,激光焊接接头的强度与母材强度相同;强度更高的高强度钢板的激光焊接接头的强度虽然不能完全达到母材的强度,但比MAG焊接接头的强度高。这是因为激光焊接时输入的热量远比MAG焊接时少,焊缝很窄,基本上不存在热影响区,因而维持了接头的高强度。由高强度钢板制造的汽车车身零件往往有非常复杂的边缘轮廓,这种复杂的轮廓可以由激光切割来得到。激光切割是一项高质量的切割工艺,通过它可以得到高质量的切割表面和高尺寸精度。为达到高质量,必须保持钢板表面有高的清洁度。对先进高强度