車用板材概述

1、車用板材概述車用板材Part one常用車用板材概述汽車用鋼板從生產(chǎn)工藝特點(diǎn)劃分為熱軋鋼板、冷軋鋼板和涂鍍層鋼板；從強(qiáng)度角度可劃分為：普通鋼板（軟鋼板）、低合金高強(qiáng)度鋼板（ HSLA、 普通高強(qiáng)度鋼板（高強(qiáng)度IF鋼、BH鋼、含磷鋼和IS鋼等）和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼 板（AHSS等。在以強(qiáng)度劃分的鋼板中，前兩類鋼種目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用均已趨 于成熟；第三類鋼種在國(guó)際上已批量商業(yè)化應(yīng)用，國(guó)內(nèi)也處于研制、試用（I S鋼）和推廣應(yīng)用階段；第四類鋼種在國(guó)際上處于研制趨于成熟和推廣應(yīng)用 階段，國(guó)內(nèi)處于研制起步階段。本文介紹了按工藝生產(chǎn)分類的熱軋鋼板，冷 軋鋼板和熱涂成鋼板。重點(diǎn)介紹了熱軋鋼板。一、熱扎鋼板生產(chǎn)，分類、牌

2、號(hào)以及其特性汽車用 熱軋鋼板主要用在載貨用商用車上，占全部消耗量的 85 %左右， 其中以中、輕型載貨商用車的消耗量最大、占 50 %左右。 中輕型商用車、微型車和轎車占熱板消耗量的65 %左右，是汽車熱軋 板消耗的主要車種，且對(duì)熱板的質(zhì)量要求也較其他車種高。 轎車的消耗量雖較小，但對(duì)熱軋鋼板的質(zhì)量要求較高 。汽車熱軋板的 應(yīng)用比例19% 按零件應(yīng)用及用途：可分為梁用鋼板、車輪鋼板、橋殼鋼板、傳 動(dòng)軸管用鋼板、彈簧鋼板、不銹鋼板、耐磨鋼板等。 按表面供貨狀態(tài)：可分為普通熱軋鋼板、熱軋酸洗鋼板、黑皮鋼 板及花紋鋼板等。（1）汽車熱軋板主要分類按成分、組織、工藝等冶金特征：可分為碳素鋼板（普通碳素

3、鋼 板、優(yōu)質(zhì)碳素鋼板）、低合金高強(qiáng)度鋼板、雙相鋼板、TRIP鋼板、 TWIP鋼板、貝氏體鋼板、馬氏體鋼板、硅鋼板等等。（2）汽車熱軋鋼板相關(guān)檢驗(yàn)及評(píng)價(jià)車用板材概述缺口敏感系數(shù)：為比較各種材料對(duì)缺口敏感的程度，常進(jìn)行缺口靜拉伸試 驗(yàn)。缺口強(qiáng)度比NSR=RmN/Rm NSR 1缺口使材料的 屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度升，但塑性降低，“ 缺口強(qiáng)化”。動(dòng)態(tài)疲勞性能：鋼板的中值疲勞強(qiáng)度及 p-S-N曲線必須滿足要求，尤其 是中信疲勞強(qiáng)度。影響鋼板疲勞性能的因素很多，通常有鋼質(zhì)純凈度、雜 質(zhì)數(shù)量及形態(tài)、成分及組織均勻程度、表面質(zhì)量、晶粒大小等。成形性能：熱軋鋼板通常成形難度遠(yuǎn)小于冷軋鋼板， 成形性能一般通過屈 強(qiáng)

4、比、延伸率(主要考慮最大力均勻塑性延伸率 Ag ,即均勻塑性延伸率)冷 彎性能體現(xiàn)，對(duì)于高強(qiáng)塑積先進(jìn)高強(qiáng)鋼板，n值、r值也需考慮，如熱軋奧氏 體不銹鋼、TWIP鋼、中/高M(jìn)n第三代汽車鋼等。厚度、寬度等尺寸規(guī)格符合常規(guī)，便于采購(gòu)。性價(jià)比高。汽車熱軋板選材需注意的幾個(gè)方面，牌號(hào)精簡(jiǎn)及統(tǒng)一。集中采購(gòu)-大趨勢(shì)。汽車熱軋鋼板介紹(3)碳素鋼板：主要按冶金特征及零件用途進(jìn)行鋼板介紹。磷、硫等雜質(zhì)外，不含其他合金 元素的鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量。含碳量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度 升高，塑性、韌性和可焊性降低。與其他鋼類相比，碳素鋼使用最早，成本 低，性能范圍寬，用量最大。普通碳素鋼板：對(duì)含碳量、性能范圍

5、以及磷、硫和其他殘余元素含量的 限制較寬。每個(gè)鋼板牌號(hào)按質(zhì)量可分為 A、B、C、D不同的等級(jí)，最少一種, 最多四種。代表牌號(hào)：Q235/SS400常用于強(qiáng)度級(jí)別不高的汽車結(jié)構(gòu)件及成 形要求不高的沖壓件。優(yōu)質(zhì)碳素鋼板：和普通碳素鋼板相比，硫、磷及非金屬夾雜物含量較低. 根據(jù)含碳量不同，又分為：低碳鋼板：碳含量 小 于0、25% ,代表牌號(hào)08- -08Al(SPHC-SPHD-SPHE-SPHF)1C20鋼等，具有很好的深沖性和焊接性 廣泛用于沖壓件及結(jié)構(gòu)件。典型金相組織分別為：鐵素體+三次滲碳體 鐵素體+少量珠光體。中碳鋼板：碳含量0.250.50%,代表牌號(hào)35、45鋼等，多用于汽車 結(jié)構(gòu)件

6、，典型金相組織為鐵素體+珠光體。車用板材概述（4）低合金高強(qiáng)度鋼板：汽車用熱軋低合金高強(qiáng)度鋼板，也稱為 F-P型低 合金高強(qiáng)度鋼板，藉助添加合金元素而使鋼得以強(qiáng)化，主要強(qiáng)化機(jī)制有細(xì)品 強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化等 。代表牌號(hào)：Q345、355L、380L等、常用于強(qiáng)度要求較高的汽車結(jié)構(gòu)件及 成形要求不高的沖壓件。（5）微合金化高強(qiáng)度鋼板：目前通常采用低C、化微合金化（通過添加Nb、 Ti、V等合金元素）及控軋控冷路線的低合金高強(qiáng)度鋼板和微合金化高強(qiáng)度 / 超高強(qiáng)度鋼板，主要強(qiáng)化機(jī)制有細(xì)品強(qiáng)化，析出強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化等。代表牌號(hào)：500L、700L （SSABQStE700MC等，目前主要用于強(qiáng)度級(jí)別

7、高的汽車 梁類零件及結(jié)構(gòu)件。典型金相組織：鐵素體+析出碳化物+少量珠光體（或 少量低碳貝氏體）0（6）雙相鋼板：基體為軟的鐵素體，具上彌散分布硬質(zhì)的島狀馬氏體，兩者 分別確定材料的低的屈服強(qiáng)度和高的抗拉強(qiáng)度。代表牌號(hào)：DP590（國(guó)內(nèi)已應(yīng)用于汽車車輪）、DP780及DP980（國(guó)內(nèi)正進(jìn)行應(yīng)用研究）。特點(diǎn)及應(yīng)用：具 有低的屈強(qiáng)比、高的加工硬化指數(shù)、高的烘烤硬化性能、沒有屈服延伸和室 溫時(shí)效等特點(diǎn)。一般用于需高強(qiáng)度、高的抗碰撞吸收能且成形要求也較嚴(yán)格 的汽車零件，如車輪、懸掛系統(tǒng)構(gòu)件及支架/支撐板/加強(qiáng)板等加強(qiáng)件（歐 美日等已大量應(yīng)用）。（7） TRIP鋼板（相變誘導(dǎo)塑性鋼板）：顯微組織為鐵素體、

8、貝氏體和殘余奧 氏體，殘余奧氏體含量不低于5%。成形過程中，殘余奧氏體可相變?yōu)轳R氏 體具有較高的加工硬化率、均勻伸長(zhǎng)率和抗拉強(qiáng)度。相比同等抗拉強(qiáng)度的雙 相鋼，具有更高的延伸率。代表牌號(hào)：TRIP59R TRIP78R TRIP980 （國(guó)內(nèi)正在開發(fā)中）。特點(diǎn)及應(yīng)用：TRIP鋼具有高延伸率的本質(zhì)是應(yīng)變誘發(fā)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏 體,TRIP鋼的起始加工硬化指數(shù)小于 DP鋼，但TRIP鋼的加工硬化指數(shù)在 很長(zhǎng)應(yīng)變范圍內(nèi)仍保持較高，特別適合要求具有高脹形性能的情況。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)汽車零件應(yīng)用熱軋TRIP鋼板的報(bào)道，國(guó)外已有應(yīng)用。（8） TWIP鋼板（孚晶誘導(dǎo)塑性鋼板）：塑性變形的主要機(jī)制是位錯(cuò)滑移, 生

9、大量李晶，從而導(dǎo)致TWIP鋼非常強(qiáng)的加工硬化能力和非常大的延伸率。車用板材概述種性能即使在高應(yīng)變速率下仍然保持著，因此在撞擊等高應(yīng)變過程中，可以 保證汽車非常高的安全性。代表牌號(hào)：TWIP980。優(yōu)點(diǎn)：WIP鋼具有高強(qiáng)度、高塑性（強(qiáng)塑積達(dá)到 60GPa%,碰撞吸能好，形 好，減重效果明顯。缺點(diǎn)：合金含量高，煉鋼、連鑄困難，軋制變形抗力大， 性能差，本較高，工業(yè)化困難，應(yīng)用受限 。（9）貝氏體鋼板（高擴(kuò)孔鋼板）：軋貝氏體鋼有鐵素體+貝氏體雙相鋼和貝氏 體鋼，主要添加元素為Si、Mn、Nb、Cr等，顯微組織為鐵素體+貝氏 體或單相貝氏體。特點(diǎn)及應(yīng)用：拉強(qiáng)度較高、凸緣翻邊成形性優(yōu)良，適合沖壓汽車支撐

10、部件類 要求厚度較大、尤其是翻邊性能良好的部件，如懸架擺臂、輪輻等 。（10）熱軋馬氏體鋼板（耐磨鋼板）：顯微組織主要為馬氏體組織，硬度一般 在360HBM上，是目前商業(yè)化高強(qiáng)度鋼板中強(qiáng)度級(jí)別最高的鋼板。軋馬氏體鋼板目前主要用于有耐磨要求的汽車零件。馬氏體鋼板金相組織代表牌號(hào)：1）瑞典SSA您司的Domex We（列鋼板及HarDOX系列鋼板。2）寶鋼耐磨 鋼板360A等。特點(diǎn)及應(yīng)用：強(qiáng)度、硬度高，耐磨性好。常用于自卸車車箱 底板、邊板或襯板等有耐磨要求的零部件。二、冷軋鋼板冷軋板是以熱軋卷為原料，在室溫下在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行軋制而成。冷軋薄鋼板是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋板的簡(jiǎn)稱，也稱冷軋板，俗稱冷

11、板，有時(shí) 會(huì)被誤寫成冷扎板。冷板是由普通碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼帶，經(jīng)過進(jìn)一步冷軋制 成厚度小于4mm勺鋼板。由于在常溫下軋制，不產(chǎn)生氧化鐵皮，因此，冷板 表面質(zhì)量好，尺寸精度高，再加之退火處理，其機(jī)械性能和工藝性能都優(yōu)于 熱軋薄鋼板，在許多領(lǐng)域里，特別是家電制造領(lǐng)域，已逐漸用它取代熱軋薄 鋼板。盡管汽車產(chǎn)量在高速增長(zhǎng)，但中國(guó)目前是以中低檔轎車、商務(wù)用車為 主。在全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響下，從降低成本考慮，冷軋汽車板在汽車用鋼中 仍占有較大比重，主要品種有深沖（IF）鋼系列、加磷高強(qiáng)鋼系列、BH鋼系列、 低合金高強(qiáng)鋼系列等四大類型。（1）深沖IF鋼系列車用板材概述深沖IF鋼由于具有良好的深沖性能和無(wú)時(shí)效性，

12、廣泛用于生產(chǎn)汽車中的復(fù) 雜沖壓件和外覆蓋板，如轎車側(cè)圍板、轎車油底殼、門板、行李箱蓋板等，一 股占轎車用冷軋鋼板總量的40%60% IF鋼的含碳量極低，再通過添加微 量的Ti、Nb合金元素，形成微量碳氮化合物，避免了間隙固溶原子的存在， 沒有時(shí)效性。IF鋼系列冷軋板典型牌號(hào)為 DC04 DC05 DC06(2)加磷高強(qiáng)鋼加磷高強(qiáng)鋼兼具良好的成形性、較高的強(qiáng)度、良好的焊接性及耐腐蝕性等綜 合性能，其強(qiáng)度級(jí)別主要為340MP3 390MPa 440MP用于中高檔轎車的外 覆件、沖壓件、結(jié)構(gòu)件等，一般占轎車用冷軋鋼板總量的10%40%其機(jī)理是在低碳或IF鋼機(jī)體中加入適量的P,通過固溶強(qiáng)化而提高材料性

13、能。典 型牌號(hào)為 B170P、B210R B250P B220P2等。(3) BH鋼BH鋼板是為了克服高強(qiáng)度鋼板屈服應(yīng)力高、沖壓成形性差的缺點(diǎn)而開發(fā)的一 種汽車用鋼板，具有良好的成形性與抗凹陷性能，主要用于中高檔汽車外覆 件和一些變形量較大的結(jié)構(gòu)件，如轎車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、頂蓋等。其機(jī)理是含有問 隙固溶原子碳、氮的鋼板經(jīng)過預(yù)變形，導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)位錯(cuò)密度增加，隨著涂漆 烘烤的時(shí)效處理，碳、氮間隙原子在位錯(cuò)處聚集，釘扎位錯(cuò)，從而使強(qiáng)度提 高。典型牌號(hào)為BH340O(4)低合金高強(qiáng)鋼低合金高強(qiáng)鋼具有高的屈強(qiáng)比，有利于提高結(jié)構(gòu)件的安全性，主要用于汽車 內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，如車門銀鏈加強(qiáng)板、車門防撞梁等。其機(jī)理是在低碳鋼中

14、添加 少量的鑰/或鈦等合金元素，使其與碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在鐵 素體機(jī)體上析出從而提高鋼的強(qiáng)度，典型牌號(hào)為B340LA等。三、涂鍍層鋼板在汽車制造過程中，涂鍍層鋼板要經(jīng)過沖壓成型、焊接、表面處理、涂漆、 烘烤工序，因此汽車工業(yè)對(duì)涂鍍層鋼板有如下性能要求：1)、成型性：基板適合成型的要求，鍍層附著力強(qiáng)、抗剝落、抗粉化；2)、耐蝕性：抗冬季道路撒鹽的腐蝕，抗海洋性氣候大氣腐蝕；3)、涂漆性：磷化和電泳涂漆性能好；車用板材概述4）、焊接性：對(duì)電極損傷小、焊接參數(shù)范圍寬；5）、表面質(zhì)量：表面平整、鍍層厚度均勻；6）、公差尺寸：板形平整，公差小。汽車車體使用的各類鍍層板，主要包括熱鍍鋅（熱鍍

15、純鋅GI,合金化熱鍍鋅GA）鋼板、電鍍鋅（電鍍純鋅、電鍍鋅鍥合金以及合金化電鍍鋅等）鋼板 和有機(jī)、無(wú)機(jī)涂鍍層鋼板等。1汽車用涂鍍層鋼板的主要品種涂鍍層鋼板的品種，根據(jù)涂鍍材料加以區(qū)分。涂鍍材料主要有Zn,Al,Sn,Ni等金屬及合金和有機(jī)樹脂。由這些材料在金屬基板上構(gòu)成單層或多層鍍層。目前汽車用主要涂鍍層板品種有鍍鋅板、鍍鋁鋼板、鍍鉛鋼板、鍍錫鋼板、 鍍銘鋼板、涂層鋼板。電鍍鋅板是汽車車身應(yīng)用最多的鋼板，這是由于電鍍 鋅對(duì)基體鋼板的性能和表面影響小。同時(shí)，電鍍鋅還可用于單面鍍，鍍鋅量 易控制，鍍層較薄，一般為2.5 7 .51cm o目前，電鍍鋅板已部分被熱浸 鍍鋅和鋅合金板取代。（1）鍍鋅板

16、簡(jiǎn)介純鋅鍍層板 純鋅鍍層板中熱鍍鋅板和電鍍鋅板是汽車中應(yīng)用最多的鍍層 板品種，我國(guó)也在大量使用。提高熱鍍鋅板的質(zhì)量，主要是提高鍍層粘附性、 涂敷性、鋅層均勻性及深沖性和最終板形。Zn-Fe合金鍍層板（GA）主要分為熱鍍鋅板、電鍍Zn-Fe合金板、蒸氣鍍Zn-Fe合金三類。該板的特 點(diǎn)為涂漆后的焊接性和耐腐蝕性較純鋅鍍板要好。 GA 板是由基板在鍍鋅后再 進(jìn)行擴(kuò)散退火而生產(chǎn)的，鍍層是由擴(kuò)散退火期間生成的 Zn-Fe金屬間化合物 組成，所以其焊接性和耐腐蝕性較純鋅鍍層好。 GA8生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，只需在 連續(xù)鍍鋅生產(chǎn)線上增設(shè)I座擴(kuò)散退火爐即可。熱浸鍍鋅鋁板熱浸鍍鋅鋁板中具有代表性的為：Galvalum

17、e熱鍍鋅板。具鍍層組織為Zn =A 1合金，表面光滑，具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕性，其耐大氣腐蝕性比同樣鍍 層厚度的常規(guī)熱鍍鋅板高2 6倍。Galfan熱鍍鋅板。具鍍層組織具有雙車用板材概述相結(jié)構(gòu)特征，故較常規(guī)鍍鋅板腐蝕速度慢且均勻，主要優(yōu)點(diǎn)是變形前后的耐 腐蝕性不變。電鍍Zn-Ni合金板該板鍍層較薄，但抗腐蝕能力高，鍍層厚度為30盯襯的電鍍Zn-Ni合金板比 其它鍍層較厚的鍍鋅板具有更好的耐蝕性、成形性和焊接性。有機(jī)復(fù)合涂層板日本研制出一種新的可低溫處理的有機(jī)復(fù)合薄膜(1 ptm)電鍍Zn-Ni合金板。該板基本結(jié)構(gòu)為在電鍍Zn-Ni合金板上涂有兩層保護(hù)膜，靠近基板的為銘酸 鹽膜，外面為有機(jī)復(fù)合膜。

18、該板具有優(yōu)異的耐腐蝕性、涂敷性、抗粉化性、 焊接性和烘烤硬化性。(2)鍍鋁鋼板 (aluminium coated sheets) 鍍純鋁或含硅510%勺鋁合金的鋼板能抗 SO2 H2訴口 NO冷氣體的腐蝕，抗氧化性和熱反射性也很好。多用于制造汽車排氣 系統(tǒng)、加熱爐的部件和用作建筑材料等。工業(yè)生產(chǎn)鍍鋁鋼板有熱鍍法和電泳法 兩種。70年代世界上鍍鋁鋼板主要還是用熱鍍法生產(chǎn)，因?yàn)榇朔ū容^經(jīng)濟(jì)。為了提高鍍鋁板的耐蝕性和耐熱性，美國(guó)近年研究生產(chǎn)Al-Zn-Si合金鍍層鋼 板和Al-Ti合金鍍層鋼板。后者的耐熱性相當(dāng)409型不銹鋼。鍍鉛-錫合金鋼板(terne coated sheets)主要是指鍍有含

19、錫520%勺鉛-錫合金鍍層的鋼板。這種鋼板具有優(yōu)越的耐蝕性，特別是能抗石油制品的腐蝕，還有深沖成形 的潤(rùn)滑性、可焊性等，廣泛用于制作汽車油箱、電視機(jī)底盤等。Part two板材成形工藝及其評(píng)價(jià)方法板料的沖壓成形性能板料對(duì)各種沖壓成形加工的適應(yīng)能力稱為板料的沖壓成形性能。具體地說，就 是指能否用簡(jiǎn)便地工藝方法，高效率地用坯料生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)沖壓件。沖壓成形性 能是個(gè)綜合性的概念，它涉及到的因素很多，其中有兩個(gè)主要方面：一方面是 成形極限，希望盡可能減少成形工序；另一方面是要保證沖壓件質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。下面分別討論車用板材概述（一）成形極限 在沖壓成形中，材料的最大變形極限稱為成形極限。對(duì)不同的成形工序

20、，成形 極限應(yīng)采用不同的極限變形系數(shù)來表示。例如彎曲工序的最小相對(duì)彎曲半徑、 拉深工序的極限拉深系數(shù)等等。這些極限變形系數(shù)可以在各種沖壓手冊(cè)中查至L也可通過實(shí)驗(yàn)求得。 依據(jù)什么來確定極限變形系數(shù)呢？這要看影響成形過程正常進(jìn)行的因素是哪 些。沖壓成形時(shí)外力可以直接作用在毛坯的變形區(qū)（例如脹形），也可以通過非變形區(qū)，包括已變形區(qū)（例如拉深）和待變形區(qū)（例如縮口、擴(kuò)口等） ，將 變形力傳給變形區(qū)。因此，影響成形過程正常進(jìn)行的因素，可能發(fā)生在變形區(qū)， 也可能發(fā)生在非變形區(qū)。歸納起來，大致有下述幾種情況：1 .屬于變形區(qū)的問題 伸長(zhǎng)類變形一般是因?yàn)槔瓚?yīng)力過大，材料過度變薄，局部失穩(wěn)而產(chǎn)生斷裂，如 脹形、

21、翻孔、擴(kuò)口和彎曲外區(qū)等的拉裂。壓縮類變形一般是因?yàn)閴簯?yīng)力過大， 超過了板材的臨界應(yīng)力，使板材喪失穩(wěn)定性而產(chǎn)生起皺，如縮口、無(wú)壓邊圈 拉深等的起皺。2 .屬于非變形區(qū)的問題 傳力區(qū) 承載能力不夠：非變形區(qū) 作為傳力區(qū)時(shí)，往往由于變形力超過了該 傳力區(qū)的承載能力而使變形過程無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。也分為兩種情況：1）拉裂或過度變?。焕缋钍抢靡炎冃螀^(qū)作為拉力的傳力區(qū)， 若變形力超 過已變形區(qū)的抗拉能力，就會(huì)在該區(qū)內(nèi)發(fā)生拉裂或局部嚴(yán)重變薄而使工件報(bào)廢。2）失穩(wěn)或 塑性鍛粗：例如擴(kuò)口和 縮口工序是利用待變形區(qū)作為壓力的傳 力區(qū)，若變形力超過了管坯的承載能力，待變形區(qū)就會(huì)因失穩(wěn)而壓屈，或者發(fā) 生塑性鍛粗變形。

22、非傳力區(qū)在內(nèi)應(yīng)力作用下破壞 ：非變形區(qū)不是傳力 區(qū)時(shí)，由于變形過程中金 屬流動(dòng)的不均勻性，也可能產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力而使之破壞。根據(jù)發(fā)生問題的部 位不同，可分為：1）待變形區(qū)拉裂或起皺：例如在盒形件的后續(xù)拉深工序中，待變形區(qū)金屬流入 變形區(qū)的速度不一致，靠直邊部分流入速度快，角部金屬流入速度慢。在這兩車用板材概述部分金屬的相互影響下，直邊部分容易發(fā)生拉裂，角部則容易沿高度方向壓屈 起皺。2）已變形區(qū)拉裂或起皺：如薄壁件反擠時(shí)，若金屬?gòu)淖冃螀^(qū)流到已變形區(qū)的速 度不均勻，則速度 快的 部位易因受 附加壓應(yīng)力而起皺，速度慢的部位易受 附加拉應(yīng)力的作用而開裂。綜上所述，不論是伸長(zhǎng)類還是壓縮類變形，不論問題

23、發(fā)生在變形區(qū)還是非變形 區(qū)，其失穩(wěn)形式無(wú)非兩種類型： 受拉部位 發(fā)生縮頸斷裂，受壓部位發(fā)生壓屈 起皺。為了提高沖壓成形極限，從材料方面來看，就必須提高板材的塑性指標(biāo) 和增強(qiáng)抗拉、抗壓的能力。（二）成形質(zhì)量 沖壓零件不但要求具有所需形狀，還必須保證產(chǎn)品質(zhì)量。沖壓件的質(zhì)量指標(biāo)主 要是厚度變薄率、尺寸精度、表面質(zhì)量以及成形后材料的物理力學(xué)性能等。金屬在塑性變形中體積不變。因此，在伸長(zhǎng)類變形時(shí)，板厚都要變薄，它會(huì)直 接影響到?jīng)_壓件的強(qiáng)度，故對(duì)強(qiáng)度有要求的沖壓件往往要限制其最大變薄率。 影響沖壓件尺寸和形狀精度的主要原因是回彈與畸變。由于在塑性變形的同 時(shí)總伴隨著彈性變形，卸載后會(huì)出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，導(dǎo)致尺寸

24、及形狀精度的降低。 沖壓件的表面質(zhì)量主要是指成形過程中引起的擦傷。產(chǎn)生擦傷的原因除沖模 間隙不合理或不均勻、模具表面粗糙外，往往還由于材料粘附模具所致。例如 不銹鋼拉深就很容易有此問題。1.4.2 板料沖壓成形性能試驗(yàn)（一）板料沖壓成形性能試驗(yàn)方法板料沖壓性能試驗(yàn)方法通常分為三種類型：力學(xué)試驗(yàn)、金屬學(xué)試驗(yàn)（統(tǒng)稱問 接試驗(yàn)）和工藝試驗(yàn)（直接試驗(yàn)）。其中常用的力學(xué)試驗(yàn)有簡(jiǎn)單拉伸試驗(yàn)和雙 向拉伸試驗(yàn)，用以測(cè)定板料的力學(xué)性能指標(biāo)；金屬學(xué)試驗(yàn)用以確定金屬材料的 硬度、表面粗糙度、化學(xué)成分、結(jié)晶方位與晶粒度等；工藝試驗(yàn)也稱模擬試驗(yàn)， 它是用模擬生產(chǎn)實(shí)際中的某種沖壓成形工藝的方法測(cè)量出相應(yīng)的工藝參數(shù)。例如S

25、wift的拉深試驗(yàn)測(cè)出極限拉深比 LDR ; TZP試驗(yàn)測(cè)出對(duì)比 拉深力的 T值；Erichsen 試驗(yàn)測(cè)出 極限脹形深度Er值；K.W.I擴(kuò)孔試驗(yàn)測(cè)出極限 擴(kuò)孔率人等。下面僅對(duì)板材簡(jiǎn)單拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行介紹。車用板材概述（二）板材拉伸試驗(yàn)板材的拉伸試驗(yàn)也叫做單向拉伸試驗(yàn)或簡(jiǎn)單拉伸試驗(yàn)。 應(yīng)用拉伸試驗(yàn)方法，可以得到許多評(píng)定板材沖壓性能的試驗(yàn)值，所以應(yīng)用十分普遍。由于試驗(yàn)?zāi)康牟煌?，板材沖壓性能評(píng)價(jià)用的拉伸試驗(yàn)方法和所得到的試驗(yàn)值 均與為評(píng)定材料強(qiáng)度性能的拉伸試驗(yàn)有所不同。簡(jiǎn)單介紹如下：圖1.4.1拉伸實(shí)驗(yàn)試樣試驗(yàn)設(shè)備：拉力試驗(yàn)機(jī)（機(jī)械式或液壓式）試驗(yàn)時(shí)，利用測(cè)量裝置測(cè)量拉伸力 P與拉伸行程（試樣伸長(zhǎng)值

26、）A L,根據(jù)這些數(shù)值作出s d曲線。（圖1.4.2 ）。試驗(yàn)可以得到下列力學(xué)性能指標(biāo)：圖1.4.2拉伸曲線1）屈服極限s或0.2；2）強(qiáng)度極限b；3）屈強(qiáng)比s/b；4）均勻伸長(zhǎng)率u ；5）總伸長(zhǎng)率；6）彈性模數(shù)E;7）硬化指數(shù)n；8）厚向異性指數(shù)1.4.3 板料力學(xué)性能與沖壓成形性能的關(guān)系車用板材概述板料力學(xué)性能與板料沖壓性能有密切關(guān)系。 一般來說，板料的強(qiáng)度指標(biāo)越高， 產(chǎn)生相同變形量所需的力就越大；塑性指標(biāo)越高，成形時(shí)所能承受的極限變形 量就越大；剛性指標(biāo)越高，成形時(shí)抗失穩(wěn)起皺的能力就越大。對(duì)板料沖壓成形性能影響較大的力學(xué)性能指標(biāo)有以下幾項(xiàng)：1）屈服極限s屈服極限s小，材料容易屈服，則變形

27、抗力小，產(chǎn)生相同變形 所需變形力就小，并且屈服極限小，當(dāng)壓縮變形時(shí)，屈服極限小的材料因易于變形而不易出現(xiàn)起皺，對(duì)彎曲變形則回彈小。2）屈強(qiáng)比s/ b屈強(qiáng)比小，說明 心 值小而（7b值大，即容易產(chǎn)生塑性變形而不易產(chǎn)生拉裂，也就是說，從產(chǎn)生屈服至拉裂有較大的塑性變形區(qū)間。 尤其是對(duì)壓縮類變形中的拉深變形而言，具有重大影響，當(dāng)變形抗力小而強(qiáng)度 高時(shí)，變形區(qū)的材料易于變形不易起皺，傳力區(qū)的材料又有較高強(qiáng)度而不易拉 裂，有利于提高拉深變形的變形程度。3）伸長(zhǎng)率 拉伸試驗(yàn)中，試樣拉斷時(shí)的伸長(zhǎng)率稱總伸長(zhǎng)率或簡(jiǎn)稱伸長(zhǎng)率。而試樣開始產(chǎn)生局部集中變形（縮頸時(shí)）的伸長(zhǎng)率稱均勻伸長(zhǎng)率Uo u表示板料產(chǎn)生均勻的或穩(wěn)定的

28、塑性變形的能力，它直接決定板料在伸長(zhǎng)類變形中的 沖壓成形性能，從實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證，大多數(shù)材料的翻孔變形程度都與均勻伸長(zhǎng) 率成正比?？梢缘贸鼋Y(jié)論：即伸長(zhǎng)率或均勻伸長(zhǎng)率是影響翻孔或擴(kuò)孔成形性能 的最主要參數(shù)。4）硬化指數(shù)n 單向拉伸硬化曲線可寫成 Kn,其中指數(shù)n即為硬化指數(shù)， 表示在塑性變形中材的硬化程度。n大時(shí)，說明在變形中材料加工硬化嚴(yán)重， 真實(shí)應(yīng)力增加大。板料拉伸時(shí)，整個(gè)變形過程是不均勻的，先是產(chǎn)生均勻變形， 然后出現(xiàn)集中變形，形成縮頸，最后被拉斷。在拉伸過程中，一方面材料斷面 尺寸不斷減小使承載能力降低，另一方面由于加工硬化使變形抗力提高，又提 高了材料的承載能力。在變形的初始階段，硬化的

29、作用是主要的，因此材料上 某處的承載能力，在變形中得到加強(qiáng)。變形總是遵循阻力最小定律，既“弱區(qū) 先變形”的原則，變形總是在的最弱面處進(jìn)行，這樣變形區(qū)就不斷轉(zhuǎn)移。因而， 變形不是集中在某一個(gè)局部斷面上進(jìn)行，在宏觀上就表現(xiàn)為均勻變形，承載能 力不斷提高。但是根據(jù)材料的特性，板料的硬化是隨變形程度的增加而逐漸減 弱，當(dāng)變形進(jìn)行到一定時(shí)刻，硬化與斷面減小對(duì)承載能力的影響，兩者恰好相車用板材概述等，此時(shí)最弱斷面的承載能力不再得到提高，于是變形開始集中在這一局部地 區(qū)地行，不能轉(zhuǎn)移出去、發(fā)展成為縮頸，直至拉斷?？梢钥闯觯?dāng)n值大時(shí)，材料加工硬化嚴(yán)重，硬化使材料強(qiáng)度的提高得到加強(qiáng)，于是增大了均勻變形的 范圍

30、。對(duì)伸長(zhǎng)類變形如脹形，n值大的材料使變形均勻，變薄減小，厚度分布均勻，表面質(zhì)量好，增大了極限變形程度，零件不易產(chǎn)生裂紋5)厚向異性指數(shù)由于板料軋制時(shí)出現(xiàn)的纖維組織等因素，板料的塑性會(huì)因方向不同而出現(xiàn)差異，這種現(xiàn)象稱塑性各向異性。厚向異性系數(shù)是指單向拉伸試樣寬度應(yīng)變和厚度應(yīng)變之比，即：=b/ t(1.4.1)式中 b、t寬度方向、厚度方向的應(yīng)變。厚向異性指數(shù)表示板料在厚度方向上的變形能力，值越大，表示板料越不易在厚度方向上產(chǎn)生變形，即不易出現(xiàn)變薄或增厚,值對(duì)壓縮類變形的拉深影 響較大，當(dāng) 值增大，板料易于在寬度方向變形，可減小起皺的可能性，而板 料受拉處厚度不易變薄，又使拉深不易出現(xiàn)裂紋，因此

31、值大時(shí)，有助于提高拉深變形程度。6)板平面各向異性指數(shù)？板料在不同方位上厚向異性指數(shù)不同，造成板平面內(nèi)各向異性。用 ？表示：? = ( 0+ 90+2 45)/2(1.4.2 )式中。、90、45縱向試樣、橫向試樣和與軋制方向成45試樣厚向異性 指數(shù)。?越大，表示板平面內(nèi)各向異性越嚴(yán)重，拉深時(shí)在零件端部出現(xiàn)不平整的凸耳 現(xiàn)象，就是材料的各向異性造成的，它既浪費(fèi)材料又要增加一道修邊工序。Part three板材成形模擬方法及軟件(1)模擬的意義薄板、薄板管、薄壁型材等薄壁金屬統(tǒng)稱為板材，廣泛應(yīng)用在航空航天、汽車 機(jī)車、電機(jī)電器、食品包裝、日用五金、建筑等工業(yè)部門中。把坯料軋擠成飯 金材料的生產(chǎn)企

32、業(yè)和把飯金材料加工成飯金制品的加工企業(yè)己成為我國(guó)國(guó)民 經(jīng)濟(jì)中的一個(gè)十分重要部門。對(duì)飯金成型的塑性加工行業(yè)整體而言，目前仍處車用板材概述于以許多簡(jiǎn)化和假設(shè)為基礎(chǔ)、以經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)為依據(jù)、以“試錯(cuò)”為基本方法的 工藝階段進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，工件的質(zhì)量不高。與傳統(tǒng)的成形工藝相比，現(xiàn)代塑性加工技術(shù)對(duì)毛坯與模具設(shè)計(jì)以及材料塑性流動(dòng)控制等方面要求更高 ，引入 以計(jì)算機(jī)為工具的現(xiàn)代設(shè)計(jì)分析手段已成為人們的共識(shí)，即板材成形數(shù)值模擬技術(shù)。一方面，用計(jì)算機(jī)取代某些原來由人工完成的工作，成倍甚至十 幾倍、幾十倍地提高效率，并提高水平和質(zhì)量；另一方面，一些人工無(wú)法完成的 工作，由于有了計(jì)算機(jī)這種高效能的新工具和相應(yīng)的新技術(shù)而

33、成為可能。板材成形數(shù)值模擬技術(shù)又稱為板材成形過程的計(jì)算機(jī)輔助工程CA助析技術(shù),是一種把計(jì)算機(jī)、數(shù)值方法、力學(xué)、材料與工藝等集于一體的先進(jìn)技術(shù)，能用 計(jì)算機(jī)虛擬出成形過程進(jìn)行分析，對(duì)可能出現(xiàn)的成形缺陷如起皺、破裂和回彈 等做出預(yù)測(cè)，使問題在工藝和模具設(shè)計(jì)階段就得到解決，能有效地縮短調(diào)試周 期，降低生產(chǎn)成本。20世紀(jì)80年代以來,CAD和CA堂單元技術(shù)開始運(yùn)用到塑 性成形工藝分析、規(guī)劃與模具設(shè)計(jì)上。隨著這些單元技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來 通過它們的集成形成了基于知識(shí)的成形專家系統(tǒng)，并且有朝著集成化的塑性 加工虛擬制造系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。作為系統(tǒng)必要支撐技術(shù)的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù),早己受到世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)

34、家的高度重視。(2)板材成形數(shù)值模擬方法國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀板材成形數(shù)值模擬的核心是有限元法。各國(guó)學(xué)者沿著兩個(gè)方向?qū)Π宀某尚芜M(jìn) 行了廣泛的研究，板材成形模擬技術(shù)就轟轟烈烈的開展起來了。從理論上講，塑性有限元法可以模擬分析各種塑性成形工藝。但是，塑性有限元法的這種分 析能力，除了與計(jì)算機(jī)硬件和相關(guān)的軟件技術(shù)有關(guān)外，還取決于模擬大變形過 程中的若干共性技術(shù)或關(guān)鍵技術(shù)，包括幾何模型的建立、單元類型的選擇、網(wǎng) 格的劃分與重劃分、邊界條件處理、接觸和摩擦問題等。這些關(guān)鍵技術(shù)對(duì)塑性 有限元模擬復(fù)雜問題的能力、模擬精度、計(jì)算收斂性和可靠性以及通用性起著 至關(guān)重要的作用。由于塑性成形理論、材料加工工藝和實(shí)驗(yàn)過程分析等方

35、面的 發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)硬件及相關(guān)軟件技術(shù)的高速發(fā)展，為上述關(guān)鍵技術(shù)的研究 提供了手段和基礎(chǔ)。1982年，奧(s.K.Oh)提出了二維問題任意形狀模具的邊 界條件處理方法以及剛塑性有限元法中初始速度場(chǎng)的自動(dòng)生成算法閉；從20世紀(jì)80年代中期開始，許多學(xué)者如奧庫(kù)普恨Kopp)、監(jiān)凱維奇等，在彈性有車用板材概述限元網(wǎng)格自動(dòng)劃分技術(shù)基礎(chǔ)上，針對(duì)塑性大變形有限元模擬的特點(diǎn)，從二維有 限元網(wǎng)格失效判斷到網(wǎng)格重新劃分技術(shù)，直至新舊網(wǎng)格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換做了大量工 作,取得了良好效果。此外,在汽車覆蓋件的成形模擬方面，各國(guó)學(xué)者在彈塑性 有限元法上也取得了巨大的成就。美國(guó)通用汽車公司采用彈塑性薄膜單元有 限元程序?qū)囬T

36、窗成形進(jìn)行了分析。福特汽車公司采用局部三維有限元模型， 對(duì)汽車門內(nèi)覆蓋件的成形過程進(jìn)行了模擬計(jì)算。日本的Nkamaachi基于彈塑性殼體理論建立的有限元模型對(duì)汽車車門和車尾箱底板成形進(jìn)行了模擬并顯 示了成形過程中的起皺現(xiàn)象陽(yáng)，。在汽車覆蓋件應(yīng)用上進(jìn)一步拓寬了彈塑性有 限元法在金屬塑性成形分析中的應(yīng)用范圍，尤其是在板材成形方面的應(yīng)用。延成形加工中，以描述拉延件形狀的B樣條控制頂點(diǎn)作為設(shè)計(jì)變量，采用復(fù)合 形優(yōu)化算法進(jìn)行形狀優(yōu)化s o管延錦、架貽國(guó)等人，運(yùn)用有限無(wú)法對(duì)板料的 漸進(jìn)彎曲成形過程進(jìn)行了較為全面的研究，主要分析了漸進(jìn)彎曲過程中的回 彈問題刃。中國(guó)科技大學(xué)的邵鵬飛、中國(guó)航天工業(yè)總公司的車玫等

37、人對(duì)金屬板料拉延二次成形進(jìn)行了有限元法模擬他們采用動(dòng)態(tài)顯式計(jì)算程序MSC、YTRANS行了有BM元計(jì)算,用主從模型定義板材和模具的接觸,摩擦力用庫(kù)侖 定律計(jì)算，利用動(dòng)力松馳法對(duì)成形過程中的回彈進(jìn)行了計(jì)算。模擬結(jié)果和實(shí)際零件比較，證明模型合理、算法穩(wěn)定、結(jié)果可靠，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。在汽車 覆蓋件的仿真模擬方面國(guó)內(nèi)學(xué)者也做出了巨大的貢獻(xiàn)。吉林工業(yè)大學(xué)汽車覆 蓋件成形技術(shù)研究所的柳玉起、胡平、李運(yùn)興等人提出了基于虛功率增量原理 和引入了 “使用于彈塑性有限元變形的擬流態(tài)角理論的本構(gòu)模型”，并引入了 各向異性屈服函數(shù)和具有微觀物理基礎(chǔ)的Barlat - Lina面內(nèi)的各向異性屈服函數(shù)的屈服準(zhǔn)則。(3)板材成形數(shù)值模擬有限元軟件 隨著模擬理論及其技術(shù)