第三講 汽車沖壓新技術(shù)

1、第三講第三講 汽車沖壓新技術(shù)汽車沖壓新技術(shù) 報(bào)告人劉勝林報(bào)告人劉勝林報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 沖壓原材料研究的最新進(jìn)展沖壓原材料研究的最新進(jìn)展( (高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼板以及輕質(zhì)金屬材料等的使用高強(qiáng)度鋼板以及輕質(zhì)金屬材料等的使用) ) 第二節(jié)第二節(jié) 沖壓技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向沖壓技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向( (內(nèi)高壓成形技術(shù)與內(nèi)高壓成形技術(shù)與熱沖壓成形等熱沖壓成形等) ) 第三節(jié)第三節(jié) 模具的發(fā)展新動(dòng)向模具的發(fā)展新動(dòng)向( (產(chǎn)品專業(yè)化、制造數(shù)字產(chǎn)品專業(yè)化、制造數(shù)字化與模具設(shè)計(jì)的專門化化與模具設(shè)計(jì)的專門化) ) 第四節(jié)第四節(jié) 沖壓設(shè)備的發(fā)展新動(dòng)向沖壓設(shè)備的發(fā)展新動(dòng)向( (大型多工位壓力機(jī)大型多

2、工位壓力機(jī)與柔性生產(chǎn)化與柔性生產(chǎn)化) )文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述 汽車車身沖壓成形技術(shù)是汽車制造技術(shù)的汽車車身沖壓成形技術(shù)是汽車制造技術(shù)的重要組成部分，以致有些國際同行認(rèn)為汽重要組成部分，以致有些國際同行認(rèn)為汽車技術(shù)的競爭實(shí)質(zhì)上是沖壓成形技術(shù)及其車技術(shù)的競爭實(shí)質(zhì)上是沖壓成形技術(shù)及其相應(yīng)的焊裝技術(shù)的競爭。雖然上述觀點(diǎn)不相應(yīng)的焊裝技術(shù)的競爭。雖然上述觀點(diǎn)不一定準(zhǔn)確，但說明沖壓成形技術(shù)在汽車制一定準(zhǔn)確，但說明沖壓成形技術(shù)在汽車制造中的重要地位。造中的重要地位。 眾所周知，汽車車身的金屬件幾乎眾所周知，汽車車身的金屬件幾乎100%100%為沖壓件，而且汽車車身的更新為沖壓件，而且汽車車身的更新?lián)Q代遠(yuǎn)比底盤和發(fā)

3、動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代快。換代遠(yuǎn)比底盤和發(fā)動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代快。這就決定了沖壓成形技術(shù)在汽車產(chǎn)品這就決定了沖壓成形技術(shù)在汽車產(chǎn)品的開發(fā)中不僅影響制造周期，還直接的開發(fā)中不僅影響制造周期，還直接影響成本和產(chǎn)品品質(zhì)，因而影響產(chǎn)品影響成本和產(chǎn)品品質(zhì)，因而影響產(chǎn)品的綜合競爭力。的綜合競爭力。第一節(jié) 沖壓原材料研究的最新進(jìn)展 新型沖壓用板材包括：高強(qiáng)度鋼板；耐腐蝕鋼板；雙相鋼板；涂層板及復(fù)合板材。 高強(qiáng)度鋼板高強(qiáng)度鋼板 定義：指對普通鋼板加以強(qiáng)化處理而得到的鋼板。 強(qiáng)化原理：固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、組織強(qiáng)化(相變強(qiáng)化及復(fù)合組織強(qiáng)化)、時(shí)效強(qiáng)化及加工強(qiáng)化等。其中，前5種是通過添加合金成分和熱處理工藝來控制板材性

4、質(zhì)的。 高強(qiáng)度鋼板的高強(qiáng)度涵義 a. 屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度高，在270-3l0MPa范圍之內(nèi)。用于汽車零件的高強(qiáng)度鋼板，其抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到600-800MPa，而相應(yīng)的普通冷軋軟鋼板的抗拉強(qiáng)度只有300MPa； b.高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用，能減輕沖壓件的重量，節(jié)省能源和降低沖壓產(chǎn)品成本。 在日本，抗拉強(qiáng)度不小于490MPa的熱軋帶鋼和抗拉強(qiáng)度不小于340MPa的冷軋鋼帶被稱為高強(qiáng)度鋼。 高強(qiáng)度鋼板可以減輕零件質(zhì)量，提高整車碰撞的安全性，提高零件的外觀質(zhì)量和抗凹性，因此近年來在車身生產(chǎn)中得到了越來越多的應(yīng)用。1.高強(qiáng)度鋼在汽車面板上的應(yīng)用 車頂、車門、等部件要求具有變形剛度和抗凹陷性，主要使用抗拉強(qiáng)度為

5、340390MPa的烘烤硬化鋼板(BH鋼板)。 BH鋼板的屈服強(qiáng)度在烘烤涂漆時(shí)升高，可在不損失成形性的前提下，提高抗凹陷性，減薄鋼板?，F(xiàn)在，有的車型已使用440MPa級(jí)BH型高強(qiáng)度鋼板。新馬自達(dá)2的車身結(jié)構(gòu)中使用了440，590，780和980Mpa級(jí)別的高強(qiáng)度鋼板和超高強(qiáng)度 2. 高強(qiáng)度鋼板在車體框架上的應(yīng)用 隨著正面撞擊、側(cè)面撞擊的撞擊安全性標(biāo)準(zhǔn)的提高，結(jié)構(gòu)件、加強(qiáng)件等主要使用590MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板，也有廠家使用780MPa級(jí)、980MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板。前防撞梁外板 有些廠家甚至采用將390MPa、440MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板沖壓成形后，對強(qiáng)化部分進(jìn)行高頻加熱和淬火，以使部件局部抗拉強(qiáng)度達(dá)到

6、1200MPa，并在沖壓加熱鋼板的同時(shí)進(jìn)行冷卻，以使部件整體抗拉強(qiáng)度達(dá)到1470MPa的方法。歐洲流行的高強(qiáng)鋼U形車廂結(jié)構(gòu) 此外，還有采用激光拼焊方法，將不同厚度、不同材質(zhì)鋼板拼合起來，使材料配置適用于所要求材質(zhì)和使用部位。Octavia明銳全車大量采用了激光拼焊 盡管拼焊材料在使用初期以提高材料利用率為目的，僅用于小型部件上，但最近已將拼焊材料擴(kuò)大應(yīng)用于車身側(cè)板和車箱底板等大型部件。 拼焊板主要采用400590MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板，也有使用780MPa級(jí)和980MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板的情況。3. 高強(qiáng)度鋼板在汽車底盤上的應(yīng)用 用材已從傳統(tǒng)的440MPa級(jí)熱軋板發(fā)展到780MPa，最大減重達(dá)30%。

7、近年來，高強(qiáng)度鋼板在底盤上的使用比例正在急劇增加。今后，高強(qiáng)度鋼板的使用比例及更高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用有望進(jìn)一步提高。 采用高強(qiáng)鋼制造的汽車底盤舉例：同升專用汽車公司 為了從根本上擺脫對底盤廠商的過度依附，最終達(dá)到底盤廠商對自己的依附，依托有限公司，將鐵路貨車新材料、新工藝等專有技術(shù)平移到專用汽車產(chǎn)品上，努力走自主創(chuàng)新的道路。南車眉山車輛有限公司同升專用汽車 08年，在繼具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“輕量化半掛車”推向市場后，再度推出高強(qiáng)度鋼“輕量化散裝水泥罐車”?！?.12”災(zāi)后重建，四川水泥需求量陡增至3.7億噸，需新增車輛約4000臺(tái)（每臺(tái)1年運(yùn)能2.5萬噸，3年運(yùn)完），針對這一市場需求，專汽公司在經(jīng)過

8、充分的市場論證后，提出了散裝水泥罐車研發(fā)思路，得到有限公司的大力支持。 目前，該車已完成設(shè)計(jì)進(jìn)入試制階段，預(yù)計(jì)11月底下線試運(yùn)行。 該車采用高強(qiáng)度鋼制作，設(shè)計(jì)容積39.8m3，載重50噸，與相同載重的普通車型比較，自重輕1噸左右，能夠與所有品牌重型卡車底盤匹配，計(jì)重收費(fèi)優(yōu)勢凸現(xiàn)。預(yù)測市場前景看好，將提升公司市場競爭力。4. 常用鋼種簡介 熱軋低合金高強(qiáng)度鋼（HSLA）薄鋼板 應(yīng)用部位：卡車的底盤部分，也用于大客車的車輪，輪轂等部件 屈服強(qiáng)度：350MPa到550MPa之間 組織結(jié)構(gòu)：具有鐵素體加少量珠光體組織。 最近，開發(fā)出690MPa級(jí)卡車大梁用鋼，它利用了在由熱帶軋機(jī)直接軋出的貝氏體鋼中所

9、有的強(qiáng)化機(jī)理。 DP鋼板 主要組織：鐵素體和馬氏體，其中馬氏體的含量在5%20%。 強(qiáng)度：5001200MPa。 特征：DP鋼具有低屈強(qiáng)比、高的加工硬化指數(shù)、高烘烤硬化性能、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、高抗碰撞吸收能且也有一定成形要求的汽車零件，如車輪、保險(xiǎn)杠、懸掛系統(tǒng)及其加強(qiáng)件等。DP鋼板優(yōu)點(diǎn) 屈服點(diǎn)低，抗拉強(qiáng)度高，屈強(qiáng)比低； 無屈服點(diǎn)伸長或是屈服伸長，應(yīng)力應(yīng)變曲線平滑； 伸長率高； 初始加工硬化率高，加工強(qiáng)化性能好； 抗疲勞性能好。所以DP鋼特別適合沖壓翻邊性能良好的部件，一直被汽車界所關(guān)注，有可能成為汽車首選的冷軋高強(qiáng)度鋼板。TRIP鋼 包括熱軋、冷軋、電鍍和熱鍍鋅

10、產(chǎn)品。 主要組織：鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體，其中殘余奧氏體的含量在5%15%，強(qiáng)度：600800MPa。 主要成分：C、Si和Mn，其中Si的主要作用是抑制貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)滲碳體的析出，但對于鋼板表面質(zhì)量不利。 在日本，TRIP鋼板已被用在概念車底盤的約80種零件上，同傳統(tǒng)鋼板相比，用這種鋼板制造的零件重量減輕約12%。 TRIP鋼具有高延伸率，同DP鋼相比，起始加工硬化指數(shù)小于DP鋼，加工硬化指數(shù)在很長的應(yīng)變范圍內(nèi)仍保持較高，特別適合脹形成形。復(fù)相CP鋼 主要組織：同TRIP鋼的組織類似，只是CP鋼中含有馬氏體而非殘余奧氏體。 強(qiáng)化機(jī)理：通過馬氏體和貝氏體以及析出強(qiáng)化的復(fù)合作用。 CP鋼的強(qiáng)度

11、可達(dá)8001000MPa，特別適合于車門防撞桿、保險(xiǎn)杠和B立柱等安全零件。馬氏體(M)鋼 通過高溫奧氏體組織快速淬火轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l馬氏體組織，可通過熱軋、冷軋連續(xù)退火或成型后熱處理而生產(chǎn)的，是目前商業(yè)化高強(qiáng)度鋼板中強(qiáng)度級(jí)別最高的鋼種。 主要用途：成型要求不高的車門防撞桿等零件代替管狀零件，減少制造成本。 MnB鋼或熱成形鋼 主要元素：Mn和B等元素，具有非常好的淬透性。 熱成形過程：包括將毛坯件加熱奧氏體化，然后在紅熱狀態(tài)將鋼板沖壓成形，然后利用模具的冷卻能力將零件淬硬成馬氏體。整個(gè)成形過程大約需要1525s。 耐腐蝕鋼板 主要目的：增強(qiáng)普通鋼板沖壓件的抗腐蝕能力。 主要分類：一類是加入新元素的耐

12、腐蝕鋼板，如耐大氣腐蝕鋼板等。 我國研制的耐大氣腐蝕鋼板中，有10CuPCrNi（冷軋）和9CuPCrNi（熱軋），其耐蝕性是普通碳素鋼板的35倍；第二類是在表面涂或鍍一層防腐材料，也為涂層板的一種。 目前，全球最大的鋼鐵公司Acelor開發(fā)了熱沖壓成形鋼板USIBOR1500，其化學(xué)成分如表1所示。該鋼板為鍍鋅板，鍍層質(zhì)量為120160g/m2。淬火后力學(xué)特性明顯，強(qiáng)度值可達(dá)到1600MPa。 日本某公司實(shí)際測定該鋼的特征值如表2所示。該鋼板可保持良好的韌性，沖擊韌度達(dá)到800 J/cm2，低溫脆性也較好。焊接性能較好。采用此種鋼板生產(chǎn)的汽車零件可以使同等強(qiáng)度、剛度的零件減重50%以上。 涂

13、層板 在耐腐蝕鋼板中，鍍覆金屬層的鋼板屬于一種涂層板。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的鍍錫板、鍍鋅板等已不能適應(yīng)汽車工業(yè)、電器工業(yè)、農(nóng)用機(jī)械及建筑工業(yè)的需要，因此新品種的鍍層鋼板不斷被開發(fā)出來。 在涂層板中，各種涂覆有機(jī)膜層的板材具有更好的防腐蝕、防表面損傷的性能，因此正被大量用作各類結(jié)構(gòu)件。 彩色涂層板具有優(yōu)異的裝飾性、成形性、抗腐蝕性 復(fù)合板材 涂覆塑料的鋼板是一種復(fù)合板；不同金屬板疊合在一起（如冷軋疊合等）也是一種復(fù)合板，或叫疊合復(fù)合板。這類復(fù)合板材破裂時(shí)的變形比單體材料破裂時(shí)的變形要大，其基本材料特性值(比如n值)變大。 5. 展望 目前只有少數(shù)國際先進(jìn)鋼鐵企業(yè)能生產(chǎn)的960兆帕特高強(qiáng)度熱軋工程機(jī)械用鋼在寶

14、鋼研制成功，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。 中國寶鋼集團(tuán)亦開發(fā)了熱沖壓用硼鋼板。其硬度為450500HV，強(qiáng)度達(dá)到13001500 MPa，無鍍層。 德國蒂森克虜伯開發(fā)了錳硼合金鋼，其熱沖壓淬火后最高強(qiáng)度可達(dá)1600MPa。 特高強(qiáng)度鋼-瑞典鋼板公司生產(chǎn) 特高強(qiáng)度Domex特高強(qiáng)度冷成形鋼是在用計(jì)算機(jī)嚴(yán)格控制的現(xiàn)代化工廠中生產(chǎn)。 在低碳和一定錳含量的條件下,加入微量合金元素如鈮、鈦等細(xì)化晶粒,以及超純凈鋼水提供的良好冶金條件,決定了鋼的最終性能。 與普通高強(qiáng)度熱軋冷成形鋼比,Domex高強(qiáng)度鋼具有更高的鈮,鈦及釩等微合金化元素。另外,通過精確控制的加熱、軋制、冷卻等步驟組成的熱機(jī)械軋制工藝過程是獲得高性能的

15、關(guān)鍵因素。Domex系列冷成形鋼具有在高強(qiáng)度條件下良好的可成形性,可焊性和高沖擊強(qiáng)度。 特高強(qiáng)度鋼的主要應(yīng)用為卡車底盤、各種專用車、移動(dòng)式起重機(jī)和建筑工程機(jī)械。特高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用主要是為了減輕重量和提高有效負(fù)載能力,同時(shí)由于良好的冷成形性使產(chǎn)品的生產(chǎn)成本降低。超高強(qiáng)鋼焊接抗扭結(jié)構(gòu)，主臂的側(cè)向剛度更好 輕金屬材料-鋁 鋁及鋁合金的密度大致約為鋼的1/3。鋁合金具有重量輕、加工性能良好、抗腐蝕性好、吸振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用于汽車制造對汽車輕量化有十分顯著的效果。 目前,在汽車上使用的鋁質(zhì)零件除傳統(tǒng)的車輪蓋、空調(diào)系統(tǒng)、保險(xiǎn)杠、座椅、換熱器、油管外,高強(qiáng)度鋁合金還廣泛應(yīng)用于汽車的連桿、搖臂、凸輪座等零件。由

16、于鋁及其合金的原材料價(jià)格比鋼高得多,制約了其在汽車上更大范圍內(nèi)的應(yīng)用。 輕質(zhì)鋁板可用于車身和底盤的許多零部件,關(guān)鍵是改進(jìn)工藝、降低制造成本。日本于1985年開始采用鋁合金板材生產(chǎn)汽車覆蓋件,應(yīng)用的零件主要是發(fā)動(dòng)機(jī)罩(內(nèi)板和外板)、前擋泥板及頂蓬窗蓋板等,并且對車身整體進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì),大量采用不等厚的拼焊高強(qiáng)度鋼板和深沖鋼板,結(jié)合激光焊接裝配技術(shù),使車身重量減輕25%以上。 發(fā)動(dòng)機(jī)用鋁合金支架 鋁合金輪轂 輕金屬材料-鎂 鎂合金的主要優(yōu)點(diǎn)是比強(qiáng)度和比剛度高。鎂的密度僅為鋁的2/3,采用鎂制造汽車零件的輕量化效果更勝于鋁。不僅如此,由于鎂熔點(diǎn)低,回收再利用的耗能也更少。鎂合金零件的尺寸穩(wěn)定性好,對

17、振動(dòng)的阻尼性能優(yōu)于鋁和鋼。 在20世紀(jì)50年代至60年代,由于鎂合金的價(jià)格不高,德國大眾公司的甲殼蟲汽車大量使用鎂合金作為結(jié)構(gòu)零件。近年來,開發(fā)出了高純度耐腐蝕鎂合金AZ91D、AZ91E和高延展性鎂合金AM20、AM50等,性價(jià)比有了很大提高。 車用鎂制件應(yīng)用:儀表板襯底和橫梁、座椅架、方向盤柱、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、變速器殼體、進(jìn)氣歧管等。 鎂合金方向盤 鎂合金汽車車輪，質(zhì)量輕，性能好 輕金屬材料-鈦 鈦的密度為4.5g/cm-3,質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能非常好,但鈦價(jià)格很貴。鈦應(yīng)用于汽車,可起到減重、節(jié)能、減震、降噪、減污、延壽、提高汽車安全性和舒適度的綜合作用。 主要用途：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中,如氣門、

18、氣門座、氣門彈簧、搖臂、連桿、離合器板以及其它如轉(zhuǎn)向齒輪、車輪、緊固件必須耐腐蝕、耐損傷的車底覆蓋件、側(cè)視鏡架等也可以用鈦合金制作。 應(yīng)用現(xiàn)狀：由于鈦的價(jià)格極貴,一般汽車上使用較少,主要用于賽車上。其它材料 除鋁、鎂等金屬材料外,其它一些非金屬以及復(fù)合材料也在汽車中得到了越來越廣泛的應(yīng)用,如金屬/非金屬輕質(zhì)材料、塑料、陶瓷、非金屬基復(fù)合材料等。 塑料 塑料既可大幅減輕零部件質(zhì)量,又可降低制造成本,是汽車中使用最多的非金屬材料。 世界汽車平均每輛塑料用量在2000年就已達(dá)105 kg,約占汽車總質(zhì)量的8%-12%。 最近幾年,我國一般汽車上塑料件占整車質(zhì)量的比例從原來的5%左右上升到了12%-1

19、8%以上。 德國拜耳公司和美國GE塑料公司合資的Exatec公司推出了具有杰出的耐候性和耐磨性的聚碳酸酯(PC)汽車窗系統(tǒng)Exatec500,并已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。 金屬基復(fù)合材料 美國研制出用SIC粒子增強(qiáng)的AI-10Si-Mg基復(fù)合材料制成的剎車輪,使重量減少了30%60%,且導(dǎo)熱性好,最高使用溫度可達(dá)到450,其熱性能已達(dá)到原先用的鑄鐵水平。 非金屬復(fù)合材料 復(fù)合材料在汽車上的用量近年來逐年增加。復(fù)合材料主要用于摩擦片、車身、懸架、車架等汽車結(jié)構(gòu)件。如高強(qiáng)度有機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有很高的機(jī)械強(qiáng)度,能代替鋼板材料,從而減輕車身的重量,在汽車車身上得到了廣泛的應(yīng)用。碳纖維復(fù)合材料(CFRP) 主要

20、特色：質(zhì)量小、強(qiáng)度高、剛性高、耐蠕變與耐腐蝕性能良好,是很有潛力的汽車用輕量化材料。 應(yīng)用實(shí)例：美國福特公司早已采用CFRP制造汽車傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、上下懸架臂等零部件。第二節(jié)第二節(jié) 沖壓技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向沖壓技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向液壓成形液壓成形熱沖壓成形熱沖壓成形1. 1. 液壓成形液壓成形 液壓成形液壓成形也被稱為“內(nèi)高壓成形”，它的基本原理是以管材作為坯料，在管材內(nèi)部施加超高壓液體同時(shí)，對管坯的兩端施加軸向推力，進(jìn)行補(bǔ)料。在兩種外力的共同作用下，管坯材料發(fā)生塑性變形，并最終與模具型腔內(nèi)壁貼合，得到形狀與精度均符合技術(shù)要求的中空零件。用于支撐縱梁的拱形部分等采用液壓成形產(chǎn)品 與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比

21、，液壓成形液壓成形工藝在減輕重量、減少零件數(shù)量和模具數(shù)量、提高剛度與強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本等方面具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，在工業(yè)領(lǐng)域尤其是汽車工業(yè)中得到了越來越多的應(yīng)用。 在汽車工業(yè)及航空、航天等領(lǐng)域，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量以節(jié)約運(yùn)行中的能量是人們長期追求的目標(biāo)，也是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的趨勢之一。液壓成形液壓成形( (hydroforming)就是為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的一種先進(jìn)制造技術(shù)。液壓成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)液壓成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 對于空心變截面結(jié)構(gòu)件，傳統(tǒng)的制造工藝是先沖壓成形兩個(gè)半片，然后再焊接成整體，而液壓成形則可以一次整體成形沿構(gòu)件截面有變化的空心結(jié)構(gòu)件。與沖壓焊接工藝相比，液壓成形技術(shù)和工藝有以下主要優(yōu)點(diǎn)： 減

22、輕質(zhì)量，節(jié)約材料。對于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)托架、散熱器支架等典型零件，液壓液壓成形成形件比沖壓件減輕20%40%；對于空心階梯軸類零件，可以減輕40%50%的重量。液壓成形汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配件 減少零件和模具數(shù)量，降低模具費(fèi)用。液壓成形液壓成形件通常只需要1套模具，而沖壓件大多需要多套模具。液壓成形液壓成形的發(fā)動(dòng)機(jī)托架零件由6個(gè)減少到1個(gè)，散熱器支架零件由17個(gè)減少到10個(gè)。 可減少后續(xù)機(jī)械加工和組裝的焊接量。以散熱器支架為例，散熱面積增加43%，焊點(diǎn)由174個(gè)減少到20個(gè)，工序由13道減少到6道，生產(chǎn)率提高66%。 提高強(qiáng)度與剛度，尤其是疲勞強(qiáng)度，如液壓成形液壓成形的散熱器支架，其剛度在垂直方向可提高39%

23、，水平方向可提高50%。 降低生產(chǎn)成本。根據(jù)對已應(yīng)用液壓成液壓成形形零件的統(tǒng)計(jì)分析，液壓成形液壓成形件的生產(chǎn)成本比沖壓件平均降低15%20%,模具費(fèi)用降低20%30%。 圖1為采用液壓成形液壓成形技術(shù)制造的歐寶發(fā)動(dòng)機(jī)托架零件與傳統(tǒng)沖壓件的比較，其零件重量降低了30%，模具費(fèi)用降低了60%，零件的生產(chǎn)成本降低了20%。液壓成形工藝的應(yīng)用 液壓成形液壓成形工藝在汽車、航空、航天和管道等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，主要適用于：沿構(gòu)件軸線變化的圓形、矩形或異型截面空心結(jié)構(gòu)件，如汽車的排氣系統(tǒng)異型管件；非圓截面空心框架，如發(fā)動(dòng)機(jī)托架、儀表盤支架、車身框架（約占汽車質(zhì)量的11%15%）；空心軸類件和復(fù)雜管件等。

24、液壓成形的典型汽車零件 可用液壓成形生產(chǎn)的汽車零件管材液壓柔性成形的汽車車身框架 液壓成形工藝的適用材料 液壓成形液壓成形工藝的適用材料包括碳鋼、不銹鋼、鋁合金、銅合金及鎳合金等，原則上適用于冷成形的材料均適用于液壓液壓成形成形工藝。液壓成形的發(fā)展前景 與其他金屬塑性成形加工工藝相比，液液壓成形壓成形是一項(xiàng)正處于上升態(tài)勢且具有良好發(fā)展前景的先進(jìn)制造技術(shù)。目前，全球已建成并投產(chǎn)了眾多的專業(yè)化生產(chǎn)線，形成了相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)品訂單持續(xù)穩(wěn)步增長。 早在1993年，奔馳公司就建成了液壓成液壓成形形車間，通用、福特、歐寶、寶馬等汽車公司也已投資建成了自己的液壓成形液壓成形件生產(chǎn)基地。此外，在汽車上已采用

25、液液壓成形壓成形零件的汽車公司還有奧迪、大眾、沃爾沃、戴姆勒-克萊斯勒等。2.熱沖壓成形 超高強(qiáng)度鋼在室溫下變形能力很差。一方面，超高強(qiáng)度鋼板強(qiáng)度高，在室溫下塑性變形范圍很窄，所需的沖壓力大，而且容易開裂；另一方面，沖壓成形后零件的回彈增加，導(dǎo)致零件尺寸和形狀穩(wěn)定性變差。因此傳統(tǒng)的冷沖壓方法難以解決超高強(qiáng)度鋼板在汽車車身制造中遇到的問題。 熱沖壓成形工藝 一般是將板料加熱到再結(jié)晶溫度以上某個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟龋蛊渫耆珚W氏體化后再進(jìn)行沖壓成形，沖壓成形后需要保壓一段時(shí)間使零件形狀尺寸趨于穩(wěn)定。在成形和保壓過程中，為了防止板料強(qiáng)度降低，同時(shí)進(jìn)行淬火處理以獲得在室溫下具有均勻馬氏體組織的超高強(qiáng)度鋼構(gòu)件。

26、由于熱沖壓是在板料沖壓成形的同時(shí)進(jìn)行了淬火處理，故熱沖壓用鋼板的成分設(shè)計(jì)要適應(yīng)熱沖壓過程中的熱循環(huán)，如含硼鋼板，在鋼的組織轉(zhuǎn)變時(shí)，延遲鐵素體和貝氏體的形核進(jìn)而增加了鋼的強(qiáng)度。 此外，鋼板被加熱至再結(jié)晶溫度以上，在空氣中不可避免地會(huì)引起表面的氧化和脫碳，進(jìn)而影響鋼板的強(qiáng)度。因此，熱沖壓成形鋼板應(yīng)具備抗高溫和耐腐蝕的鍍層。板材熱成形工藝流程 落料預(yù)成形加熱沖壓成形保壓（使零件形狀穩(wěn)定）去氧化皮激光切邊沖孔涂油（防銹處理）。 熱成形技術(shù)的應(yīng)用 板材的這種熱成形技術(shù)在國外汽車工業(yè)中已經(jīng)開始應(yīng)用，德國大眾公司在PASSAT B6中對部分車身零件采用了該技術(shù)。 目前，國內(nèi)汽車廠由于受技術(shù)和設(shè)備的限制，還沒

27、有采用該類熱成形工藝加工薄板類零件。整體熱沖壓成形工藝 采用昂貴的超高強(qiáng)度鋼及激光焊接車身 對于厚板料零件的熱成形技術(shù)如沖焊橋殼的熱成形在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用，國內(nèi)載貨車目前大量采用沖焊橋殼。 超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓成形現(xiàn)狀 近年來，世界各國汽車業(yè)投入大量的精力來開展超高強(qiáng)度鋼板開發(fā)及熱沖壓成形技術(shù)的研究，并且在歐美、日本以及國內(nèi)的主要汽車制造企業(yè)已開始嘗試使用采用熱沖壓成形技術(shù)生產(chǎn)的超高強(qiáng)度鋼板構(gòu)件，如車門防撞桿、保險(xiǎn)杠加強(qiáng)梁、A、B、C柱、門框加強(qiáng)梁等。戈藍(lán)的車門防撞桿 德國蒂森克虜伯公司、美國本特朗特公司、法國阿塞洛公司也可提供超高強(qiáng)度的熱沖壓部件。然而，由于技術(shù)保密等原因，有關(guān)熱沖壓成形的

28、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用問題的文獻(xiàn)極為少見，影響了其在工程上的廣泛應(yīng)用。 在汽車工業(yè)中，基于減重和環(huán)保的目的，超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)逐漸受到關(guān)注與重視，各大鋼鐵公司、汽車制造廠商以及國內(nèi)外的部分大學(xué)紛紛開始了超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)的研究。 然而，基于技術(shù)保密的原因，各熱沖壓部件供應(yīng)商對于熱沖壓技術(shù)的研究文獻(xiàn)很少見。 3. 沖壓件的成形性和成形工藝的有限元分析 目前，美國、德國的幾大著名汽車公司已經(jīng)將沖壓零件成形性分析作為開發(fā)流程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，日本公司則是選擇性地進(jìn)行成形性分析。美國三大汽車公司從1996年就規(guī)定新設(shè)計(jì)的車身沖壓件模具，沒有經(jīng)過有限元分析，不準(zhǔn)進(jìn)行模具加工。 國內(nèi)目前有很多企業(yè)

29、如一汽、二汽、寶鋼等和高校、研究所在沖壓成形領(lǐng)域應(yīng)用CAE技術(shù)，并解決了大量的工程問題。另外，像吉林大學(xué)、湖南大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有限元分析軟件，能預(yù)測開裂、起皺等缺陷，在一些技術(shù)方面有獨(dú)到之處。 但從操作界面的方便性和處理問題的具體細(xì)節(jié)以及軟件運(yùn)行的可靠性等方面與國外的商業(yè)軟件相比尚有一定距離。總的來看，國內(nèi)沖壓過程CAE的應(yīng)用還沒有形成真正的規(guī)模。 一汽技術(shù)中心在產(chǎn)品開發(fā)流程中開始應(yīng)用沖壓零件成形性分析技術(shù)，目前開發(fā)的轎車、載貨車新產(chǎn)品中有相當(dāng)一部分復(fù)雜沖壓零件進(jìn)行了成形性分析。 根據(jù)分析結(jié)果對零件結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行了調(diào)整，提高了零件的成形工藝性。已

30、經(jīng)實(shí)現(xiàn)了拉深成形修邊整形或二次拉深翻邊整套工藝的連續(xù)模擬。逐漸由定性分析向定量分析轉(zhuǎn)變。已具備薄板和厚板以及不等厚板成形有限元分析的能力。第三節(jié) 沖壓模具的發(fā)展新動(dòng)向 國內(nèi)車用模具現(xiàn)狀熱沖壓成形模具要求模具材料的選擇國內(nèi)車用模具現(xiàn)狀 1987年模具首次被列入機(jī)電產(chǎn)品目錄，全國模具生產(chǎn)總值30億元。到2004年我國的模具產(chǎn)值突破530億元，排名世界第三。一汽模具制造有限公司、天津汽車模具有限公司等15家2004年模具產(chǎn)值超過15億元。 2005年全國模具銷售總額達(dá)到610億元。目前，車身模具企業(yè)已遍布全國，形成一定規(guī)模的有50多家，年產(chǎn)值1000萬-5000萬元的企業(yè)占一半。 熱沖壓成形模具要求

31、 超高強(qiáng)度鋼板熱沖壓過程中鋼板及模具都要經(jīng)過900以上到室溫這一復(fù)雜的溫度變化。模具集對板料成形與淬火作用與一身，其材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都有著更為嚴(yán)格的要求，對于熱沖壓部件最終性能有著重要影響。 模具材料的選擇 在超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓工藝中，不僅要求成形模具具有足夠的結(jié)構(gòu)剛性、表面硬度與疲勞壽命，更要求模具能夠穩(wěn)定的工作在劇烈的冷熱交替條件下，同時(shí)能夠抵抗高溫板料對模具產(chǎn)生的強(qiáng)力熱摩擦以及脫落的氧化層碎片及顆粒在高溫下對模具表面的磨粒磨損效應(yīng)。 根據(jù)模具的加熱溫度，一般需要參考熱鍛用熱作模具鋼，選用合理的模具材料。 蒂森克虜伯公司的熱沖壓模具，采用具有很高熱傳導(dǎo)系數(shù)的模具材料（Glidcop-一

32、種Al2O3/Cu復(fù)合材料）。 國際車用模具制造業(yè)的技術(shù)特點(diǎn)（1）產(chǎn)品專業(yè)化 車身模具企業(yè)向?qū)I(yè)化發(fā)展，如德國大眾公司模具廠、奧迪公司模具廠、SCHULLER公司，意大利COMAU公司，美國AUTODIE、SECKLY，日本豐田公司模具廠、荻原公司、富士公司，韓國現(xiàn)代汽車模具中心等。有的專業(yè)制造整體側(cè)圍模具，有的專業(yè)生產(chǎn)四門模具，有的專門生產(chǎn)地板及結(jié)構(gòu)件模具。模具向多工位自動(dòng)化以及級(jí)進(jìn)模方向發(fā)展。 （2）制造數(shù)字化 三維實(shí)體設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用于模具制造中，二維DL圖轉(zhuǎn)為三維DL圖后可直接用于有限元分析和數(shù)控編程，百分之百采用CAE分析。模具設(shè)計(jì)采用3D參數(shù)化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了不等厚板成形模具設(shè)計(jì)，將同模模具推向生產(chǎn)。模具數(shù)控加工技術(shù)包括實(shí)型鑄造技術(shù)、精細(xì)化編程、高速加工技術(shù)、型面數(shù)控強(qiáng)化和修補(bǔ)技術(shù)。 沖壓設(shè)備的發(fā)展方向 目前世界上沖壓成形的大型壓床向兩個(gè)方向發(fā)展，一是大型多工位壓力機(jī)，二是側(cè)重于柔性生產(chǎn)的大型壓力機(jī)生產(chǎn)線（配以自動(dòng)化上下料機(jī)械手）。多工位壓力機(jī)進(jìn)入沖壓生產(chǎn)線， 激光加工與沖壓加工相集成，組成廣義的沖壓自動(dòng)線 近10年來，這些壓力機(jī)經(jīng)過不斷發(fā)展包含了以下關(guān)鍵技術(shù)：全自動(dòng)換模系統(tǒng)、功能完善的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和良好的人機(jī)操作界面、高生產(chǎn)效率所必需的高行程次數(shù)、高質(zhì)量沖壓件所必需的高精度。美國、日本、德國汽車公司多工位壓力機(jī)占有較高的比例。 多工位壓力機(jī)作為主機(jī)進(jìn)入沖壓生產(chǎn)線 國內(nèi)以