汽車車身用高強(qiáng)鋼板的熱沖壓及激光點(diǎn)焊技術(shù)

1、汽車車身用高強(qiáng)鋼板的熱沖汽車車身用高強(qiáng)鋼板的熱沖壓及激光點(diǎn)焊技術(shù)壓及激光點(diǎn)焊技術(shù) 董仕節(jié)董仕節(jié)一、汽車輕量化的迫切性汽車輕量化的迫切性二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)四、高強(qiáng)度鋼板的激光點(diǎn)焊技術(shù)高強(qiáng)度鋼板的激光點(diǎn)焊技術(shù)概述概述潔凈化潔凈化安全化安全化輕質(zhì)化輕質(zhì)化舒適化舒適化信息化信息化汽車技術(shù)的發(fā)展：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一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性13101310kgkgAudi A4 neuAudi A4 neu 2,0 l2,0 lAl- Al- 車身車身, ,Mg- Mg-

2、 變速箱外殼變速箱外殼, ,Al- Al- 輕質(zhì)輪轂輕質(zhì)輪轂, ,Al- Al- 底盤部件底盤部件, ,高強(qiáng)度鋼板高強(qiáng)度鋼板, , 塑料件塑料件.- - 110 110 kgkg+ 160 kg+ 160 kg重量增加重量增加Audi A4Audi A4 1,8 l1,8 l12601260kgkgAudi A4Audi A4 重量變化重量變化1994 1994 型型 2002 2002 型型30% 30% 安全要求安全要求22% 22% 舒適性舒適性22% 22% 法規(guī)法規(guī)15% 15% 附件設(shè)備附件設(shè)備 8%8% 質(zhì)量要求質(zhì)量要求重量減輕重量減輕汽車技術(shù)的發(fā)展汽車技術(shù)的發(fā)展-汽車的重量在攀

3、升：汽車的重量在攀升：一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性隨著汽車業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，隨著汽車業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，我國能源危機(jī)的趨勢(shì)凸現(xiàn)我國能源危機(jī)的趨勢(shì)凸現(xiàn)! 9494年年20042004/2008/2008年石油消費(fèi)總量年石油消費(fèi)總量( (億噸億噸) )凈石油凈石油進(jìn)口國進(jìn)口國美美 國國中中 國國日本日本中國中國2.5/3.99.2/8.8l 20042004年我國進(jìn)口石油超過年我國進(jìn)口石油超過1.2 1.2 億噸。億噸。l 我國汽車保有量我國汽車保有量20202020年將達(dá)到年將達(dá)到1 1億億3 3千萬輛，屆時(shí)石油總消耗將達(dá)到千萬輛，屆時(shí)石油總消耗將達(dá)到4 4億億5 5千萬噸。千萬噸。汽

4、油消費(fèi)結(jié)構(gòu)汽油消費(fèi)結(jié)構(gòu)85%15%汽車消費(fèi)汽車消費(fèi)其他其他2.5/2.2一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性環(huán)境污染成為制約汽車發(fā)展的重要因素環(huán)境污染成為制約汽車發(fā)展的重要因素! ! COCO、COCO2 2、NOxNOx、SOxSOx、臭氧以及各種顆粒物臭氧以及各種顆粒物 目前世界上空氣污染最嚴(yán)重的目前世界上空氣污染最嚴(yán)重的1010個(gè)城市中有個(gè)城市中有7 7個(gè)在中國。個(gè)在中國。75%25%汽車尾氣汽車尾氣其他其他一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性解決能源與環(huán)境雙重危機(jī)勢(shì)在必行！解決能源與環(huán)境雙重危機(jī)勢(shì)在必行！新能源汽車新能源汽車汽車輕量化汽車輕量化混合動(dòng)力混合動(dòng)力汽車汽車二

5、甲醚等代用二甲醚等代用燃料汽車燃料汽車汽車電子汽車電子傳統(tǒng)汽車傳統(tǒng)汽車升級(jí)換代升級(jí)換代解決方案解決方案高強(qiáng)度鋼與高強(qiáng)度鋼與鋁鎂合金及鋁鎂合金及輕量化結(jié)構(gòu)輕量化結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng) 用用應(yīng)應(yīng) 用用應(yīng)應(yīng) 用用能源危機(jī)能源危機(jī)環(huán)境污染環(huán)境污染一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性燃油消耗可燃油消耗可減少減少6%-8%6%-8%實(shí)現(xiàn)節(jié)能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減少排減少排放放實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代，世界范圍內(nèi)的年代，世界范圍內(nèi)的3535家主要鋼鐵企家主要鋼鐵企業(yè)合作完成了業(yè)合作完成了“超輕鋼質(zhì)汽車車身超輕鋼質(zhì)汽車車身”（ULSABULSABUltra

6、 Ultra Light Steel Auto BodyLight Steel Auto Body）課題。該課題的研究成果）課題。該課題的研究成果表明，車身鋼板的表明，車身鋼板的90%90%使用現(xiàn)已大量生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼使用現(xiàn)已大量生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼板（包括高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度和夾層減重鋼板），可以板（包括高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度和夾層減重鋼板），可以在不增加成本的前提下實(shí)現(xiàn)車身降重在不增加成本的前提下實(shí)現(xiàn)車身降重25%25%（以（以4 4門轎車門轎車為參照），且靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度提高為參照），且靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度提高80%80%，靜態(tài)彎曲剛度，靜態(tài)彎曲剛度提高提高52%52%，第一車身結(jié)構(gòu)模量提高，第一車身結(jié)構(gòu)模量提高58

7、%58%，滿足全部碰撞，滿足全部碰撞法規(guī)要求。法規(guī)要求。高強(qiáng)度鋼板在車身上應(yīng)用高強(qiáng)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一、汽車輕量化的迫切性p 創(chuàng)新設(shè)計(jì)p 先進(jìn)工藝 激光拼焊板 管件液壓成形高強(qiáng)度鋼板在車身上應(yīng)用高強(qiáng)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一、汽車輕量化的迫切性高強(qiáng)度鋼板在車身上應(yīng)用高強(qiáng)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一、汽車輕量化

8、的迫切性奧迪奧迪A2A2：采用全鋁骨架車身和鋁合金蒙皮結(jié)構(gòu)，使其總：采用全鋁骨架車身和鋁合金蒙皮結(jié)構(gòu)，使其總重量減少到重量減少到825kg825kg，比采用傳統(tǒng)鋼材料車身減輕了，比采用傳統(tǒng)鋼材料車身減輕了43%43%。 Audi A2 車身骨架（車身骨架（ASF）重量?jī)H重量?jī)H249kg一、汽車輕量化的迫切性一、汽車輕量化的迫切性梅賽德斯梅賽德斯- -奔馳新款奔馳新款SLR MclarenSLR Mclaren：高性能跑車幾乎完全由碳纖維：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(shí)可吸收所有

9、的碰撞能量，從而確保乘員艙完好無損。發(fā)生碰撞時(shí)可吸收所有的碰撞能量，從而確保乘員艙完好無損。復(fù)合材料復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用在汽車上的應(yīng)用國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異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一、汽車輕量化的迫切性雷諾雷諾 Avantime 車身塑料件車身塑料件國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異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一、汽車輕量化的迫切性Mercedes-Benz A級(jí)車后舉門級(jí)車后舉門國外汽車輕量化技術(shù)研究日新月異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?jī)?yōu)化汽車結(jié)構(gòu)，減少零部件數(shù)量 （

10、使零部件薄壁化、中空化、?。ㄊ沽悴考”诨⒅锌栈?、小型化及復(fù)合化等）型化及復(fù)合化等） 采用輕量化材料采用輕量化材料 （高強(qiáng)度鋼板、鋁鎂合金、復(fù)合（高強(qiáng)度鋼板、鋁鎂合金、復(fù)合材料等）材料等）二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)q 應(yīng)在保證汽車整體性能不受影響的前提下，最大限應(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。度地減輕各零部件的質(zhì)量。q 輕量化汽車必須滿足耐撞安全性、輕量化汽車必須滿足耐撞安全性、NVH NVH 等性能。等性能。q 汽車輕量化必須兼顧質(zhì)量汽車輕量化必須兼顧質(zhì)量性能性能成本。成本。汽車輕量化的要求汽車輕量化的要求二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)二

11、、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)整車碰撞有限元模型整車碰撞有限元模型有限元網(wǎng)格在前處理程序有限元網(wǎng)格在前處理程序HypermeshHypermesh中完成中完成計(jì)算在計(jì)算在ANSYS/LS-DYNAANSYS/LS-DYNA中進(jìn)行。中進(jìn)行。 整車有限元模型整車有限元模型:碰碰 撞撞二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)正面碰撞仿真與實(shí)驗(yàn)比較正面碰撞仿真與實(shí)驗(yàn)比較碰碰 撞撞二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)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側(cè)面碰撞整車有限元模型整車側(cè)面碰撞有限元模型整車側(cè)面碰撞有限元模型側(cè)面碰撞假人采用的是側(cè)面碰撞假人采用的是EuroSIDEuroSID側(cè)面碰撞假人。側(cè)面碰撞

12、假人。 碰碰 撞撞二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)輕量化前車身焊點(diǎn)疲勞壽命（循環(huán)次數(shù)）分布云圖輕量化前車身焊點(diǎn)疲勞壽命（循環(huán)次數(shù)）分布云圖疲疲 勞勞最短壽命均出現(xiàn)在后減震彈簧座本最短壽命均出現(xiàn)在后減震彈簧座本體與后地板前橫梁本體之間焊點(diǎn)體與后地板前橫梁本體之間焊點(diǎn)二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)共有共有249個(gè)零件個(gè)零件 單元總數(shù)單元總數(shù)347105剛剛 度度二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)二、汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)減薄和高強(qiáng)是惡化成形性的雙減薄和高強(qiáng)是惡化成形性的雙重因素重因素(不僅產(chǎn)生開裂而且產(chǎn)生不僅產(chǎn)生開裂而且產(chǎn)生

13、過量回彈過量回彈)傳統(tǒng)的沖壓工藝對(duì)高強(qiáng)度鋼板傳統(tǒng)的沖壓工藝對(duì)高強(qiáng)度鋼板束手無策束手無策熱沖壓技術(shù)使其在車身上應(yīng)用熱沖壓技術(shù)使其在車身上應(yīng)用成為可能成為可能熱沖壓技術(shù)是有瑞典的Hard Tech公司于20世紀(jì)80年代提出并于近年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的新技術(shù)。冷沖壓熱沖壓三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)兩種典型的熱沖壓工藝三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)熱沖壓過程中的組織變化三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)試驗(yàn)設(shè)備三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)不同應(yīng)力下的軸向應(yīng)變（700）破

14、壞件的真實(shí)應(yīng)變?nèi)?、高?qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)熱沖壓實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)件的溫度分布600下介穩(wěn)奧氏體的成形極限圖三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)Cooling Rate (K/S)1105 Pa：22.12105 Pa：32.13105 Pa：48.84105 Pa：56.65105 Pa：62.96105 Pa：68.37105 Pa：73.18105 Pa：101.2三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼

15、板的熱沖壓技術(shù)T=950 and Prestrain=0%Cooling Rate (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(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=800 and Prestrain=17%Coolingrate:22.132.148.856.6三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=800 and Prestrain=17%Coolingrate:62.968.373.1101.2三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度

16、鋼板的熱沖壓技術(shù)Coolingrate:22.132.148.856.6T=800 and Prestrain=8%三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)Coolingrate:62.968.373.1101.2T=800 and Prestrain=8%三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)Coolingrate:22.132.148.856.6T=600 and Prestrain=17%三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=600 and Prestrain=17%CoolingRate:62.968.373.1101.2三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖

17、壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=600 and Prestrain=8%Coolingrate: 22.132.148.856.6三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)T=600 and Prestrain=8%Cooling rate:62.968.373.1101.2三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù) 22.1 32.1 44.8 56.6 62.9 68.3 73.1 101.2K/S三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)三、高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)四、激光點(diǎn)焊技術(shù)四、激光點(diǎn)焊技術(shù)激光點(diǎn)焊與電阻點(diǎn)焊的對(duì)比：激光點(diǎn)焊的優(yōu)點(diǎn)：1、熱影響區(qū)小，無污染，焊接質(zhì)量高；2、焊接

18、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(diǎn)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(diǎn)焊時(shí)位置和結(jié)構(gòu)上的限制；6、點(diǎn)焊速度快、精度高、熱輸入量少、變形少。缺點(diǎn)：焊點(diǎn)表面存在金屬堆積、中心存在匙孔，有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生金屬揮發(fā)造成成分不均勻。四、激光點(diǎn)焊技術(shù)四、激光點(diǎn)焊技術(shù)四、激光點(diǎn)焊技術(shù)四、激光點(diǎn)焊技術(shù)激光焊點(diǎn)的表面形貌和剖面照片四、激光點(diǎn)焊技術(shù)四、激光點(diǎn)焊技術(shù)不同材料的激光焊點(diǎn)形貌四、激光點(diǎn)焊技術(shù)四、激光點(diǎn)焊技術(shù)激光點(diǎn)焊的工藝參數(shù)： 焊接時(shí)間 激光的功率 離焦量 焊件的間隙四、激光點(diǎn)焊技術(shù)四、激光點(diǎn)焊技術(shù)焊接時(shí)間的影響：不同功率下時(shí)間對(duì)熔合面直徑和上表面直徑的影響但時(shí)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(diǎn)焊技術(shù)四、激光點(diǎn)焊技術(shù)激光