汽車車身用高強鋼板的熱沖壓及激光點焊技術(shù)

汽車車身用高強鋼板的熱沖壓及激光點焊技術(shù)

董仕節(jié)一、汽車輕量化的迫切性二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)四、高強度鋼板的激光點焊技術(shù)概述潔凈化安全化輕質(zhì)化舒適化信息化汽車技術(shù)的發(fā)展：一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性1310kgAudiA4neu

2,0lAl-車身,Mg-變速箱外殼,Al-輕質(zhì)輪轂,Al-底盤部件,高強度鋼板,塑料件...-

110kg+160kg重量增加AudiA4

1,8l1260kgAudiA4

重量變化1994型2002型30%安全要求22%舒適性22%法規(guī)15%附件設(shè)備

8%

質(zhì)量要求重量減輕汽車技術(shù)的發(fā)展---汽車的重量在攀升：一、汽車輕量化的迫切性隨著汽車業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，

我國能源危機的趨勢凸現(xiàn)!

94年2004/2008年石油消費總量(億噸)凈石油進(jìn)口國美國中國日本中國2.5/3.99.2/8.82004年我國進(jìn)口石油超過1.2億噸。我國汽車保有量2020年將達(dá)到1億3千萬輛，屆時石油總消耗將達(dá)到4億5千萬噸。汽油消費結(jié)構(gòu)85%15%汽車消費其他2.5/2.2一、汽車輕量化的迫切性環(huán)境污染成為制約汽車發(fā)展的重要因素!

CO、CO2、NOx、SOx、臭氧以及各種顆粒物

目前世界上空氣污染最嚴(yán)重的10個城市中有7個在中國。75%25%汽車尾氣其他一、汽車輕量化的迫切性解決能源與環(huán)境雙重危機勢在必行！新能源汽車汽車輕量化混合動力汽車二甲醚等代用燃料汽車汽車電子傳統(tǒng)汽車升級換代解決方案高強度鋼與鋁鎂合金及輕量化結(jié)構(gòu)應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用能源危機環(huán)境污染一、汽車輕量化的迫切性燃油消耗可

減少6%-8%輕量化的意義轎車重量減輕10%實現(xiàn)節(jié)能減少排放實現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)一、汽車輕量化的迫切性

20世紀(jì)90年代，世界范圍內(nèi)的35家主要鋼鐵企業(yè)合作完成了“超輕鋼質(zhì)汽車車身”（ULSAB－UltraLightSteelAutoBody）課題。該課題的研究成果表明，車身鋼板的90%使用現(xiàn)已大量生產(chǎn)的高強度鋼板（包括高強度、超高強度和夾層減重鋼板），可以在不增加成本的前提下實現(xiàn)車身降重25%（以4門轎車為參照），且靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度提高80%，靜態(tài)彎曲剛度提高52%，第一車身結(jié)構(gòu)模量提高58%，滿足全部碰撞法規(guī)要求。

高強度鋼板在車身上應(yīng)用國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異一、汽車輕量化的迫切性創(chuàng)新設(shè)計先進(jìn)工藝

激光拼焊板管件液壓成形高強度鋼板在車身上應(yīng)用----ULSAB國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異一、汽車輕量化的迫切性高強度鋼板在車身上應(yīng)用----ULSAB

2000--------2005--------2010國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異一、汽車輕量化的迫切性奧迪A2：采用全鋁骨架車身和鋁合金蒙皮結(jié)構(gòu)，使其總重量減少到825kg，比采用傳統(tǒng)鋼材料車身減輕了43%。

AudiA2車身骨架（ASF）重量僅249kg一、汽車輕量化的迫切性梅賽德斯-奔馳新款SLRMclaren：高性能跑車幾乎完全由碳纖維復(fù)合材料制成?？v梁、乘員艙也完全由碳纖維復(fù)合材料制成，在發(fā)生碰撞時可吸收所有的碰撞能量，從而確保乘員艙完好無損。復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異一、汽車輕量化的迫切性雷諾Avantime車身塑料件國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異一、汽車輕量化的迫切性玻璃重量:4,4kg下端板塊NorylGTX964重量:2,1kgTopspoilerNorylGTX964重量:1,0kg舉升門總成門板內(nèi)飾PP/Dilour重量:0,8kg結(jié)構(gòu)GMTPPGF40重量:7,0kgMercedes-BenzA級車后舉門國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異汽車輕量化基本途徑優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)，減少零部件數(shù)量（使零部件薄壁化、中空化、小型化及復(fù)合化等）采用輕量化材料（高強度鋼板、鋁鎂合金、復(fù)合材料等）二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)在保證汽車整體性能不受影響的前提下，最大限度地減輕各零部件的質(zhì)量。輕量化汽車必須滿足耐撞安全性、NVH等性能。汽車輕量化必須兼顧質(zhì)量——性能——成本。汽車輕量化的要求二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)整車碰撞有限元模型有限元網(wǎng)格在前處理程序Hypermesh中完成計算在ANSYS/LS-DYNA中進(jìn)行。

整車有限元模型:碰撞二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)正面碰撞仿真與實驗比較碰撞二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)側(cè)面碰撞整車有限元模型整車側(cè)面碰撞有限元模型側(cè)面碰撞假人采用的是EuroSID側(cè)面碰撞假人。

碰撞二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)輕量化前車身焊點疲勞壽命（循環(huán)次數(shù)）分布云圖疲勞最短壽命均出現(xiàn)在后減震彈簧座本體與后地板前橫梁本體之間焊點二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)共有249個零件單元總數(shù)347105剛度二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)減薄和高強是惡化成形性的雙重因素(不僅產(chǎn)生開裂而且產(chǎn)生過量回彈)傳統(tǒng)的沖壓工藝對高強度鋼板束手無策熱沖壓技術(shù)使其在車身上應(yīng)用成為可能熱沖壓技術(shù)是有瑞典的HardTech公司于20世紀(jì)80年代提出并于近年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的新技術(shù)。冷沖壓熱沖壓三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)兩種典型的熱沖壓工藝三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)熱沖壓過程中的組織變化三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)試驗設(shè)備三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)不同應(yīng)力下的軸向應(yīng)變（700℃）破壞件的真實應(yīng)變?nèi)?、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)熱沖壓實驗是實驗件的溫度分布600℃下介穩(wěn)奧氏體的成形極限圖三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)CoolingRate(K/S)1×105Pa：22.12×105Pa：32.13×105Pa：48.84×105Pa：56.65×105Pa：62.96×105Pa：68.37×105Pa：73.18×105Pa：101.2三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=950℃andPrestrain=0%CoolingRate(k/s)

(a):22.1;(b):32.1;(c):48.8;(d):56.6;(e):62.9;(f):68.3;(g):73.1;(h):101.2三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=800℃andPrestrain=17%Coolingrate:22.132.148.856.6三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=800℃andPrestrain=17%Coolingrate:62.968.373.1101.2三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)Coolingrate:22.132.148.856.6T=800℃andPrestrain=8%三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)Coolingrate:62.968.373.1101.2T=800℃andPrestrain=8%三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)Coolingrate:22.132.148.856.6T=600℃andPrestrain=17%三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=600℃andPrestrain=17%CoolingRate:62.968.373.1101.2三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=600℃andPrestrain=8%Coolingrate:22.132.148.856.6三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=600℃andPrestrain=8%Coolingrate:62.968.373.1101.2三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)22.132.144.856.662.968.373.1101.2K/S三、高強度鋼板的熱沖壓技術(shù)四、激光點焊技術(shù)激光點焊與電阻點焊的對比：激光點焊的優(yōu)點：1、熱影響區(qū)小，無污染，焊接質(zhì)量高；2、焊接具有高精度、高柔性；3、不需要較多的輔助設(shè)備，能較快適應(yīng)產(chǎn)品變化；4、屬于無接觸焊接，焊點的間距、搭接量變化范圍大；5、激光的可達(dá)性好，可以減少點焊時位置和結(jié)構(gòu)上的限制；6、點焊速度快、精度高、熱輸入量少、變形少。缺點：焊點表面存在金屬堆積、中心存在匙孔，有時也會產(chǎn)生金屬揮發(fā)造成成分不均勻。四、激光點焊技術(shù)四、激光點焊技術(shù)激光焊點的表面形貌和剖面照片四、激光點焊技術(shù)不同材料的激光焊點形貌四、激光點焊技術(shù)激光點焊的工藝參數(shù)：焊接時間激光的功率離焦量焊件的間隙四、激光點焊技術(shù)焊接時間的影響：不同功率下時間對熔合面直徑和上表面直徑的影響但時間的增加使上表面的塌陷和下表面的內(nèi)凹深度都明顯增加四、激光點焊技術(shù)激光功率的影響：激光功率對焊點尺寸的影響遠(yuǎn)大于焊接時間四、激光點焊技術(shù)離焦量：離焦量的變化直接改變焊接光斑直徑和能量密度的大小。一般來講，焊點最大尺寸都出現(xiàn)在負(fù)離焦方向,這是由于在表面光斑直徑相同的情況下,負(fù)離焦時光束在匙孔內(nèi)聚焦的能量密度隨著匙孔深度的增加是不斷增大的。四、激光點焊技術(shù)不同正的離焦量對焊點形貌的影響四、激光點焊技術(shù)焊件間隙：焊件間隙對于點焊熔核的形成有很大影響,進(jìn)而影響焊點強度。焊件間存在間隙時,焊點正面和背面中心分別出現(xiàn)下塌和內(nèi)凹,焊件間間隙越大,下塌和內(nèi)凹越嚴(yán)重,焊點的整體變形也越大。隨焊件間隙的增加焊點強度下降。主要是由于隨著間隙的增加,在填充間隙的金屬總量變化不大的情況下,熔合面必然產(chǎn)生收縮,從