汽车板的成形性及冲压成形技术课件.ppt

1、主 要 内 容1 .1 .典型板材成形性能分析典型板材成形性能分析2 .2 .影响板材冲压成形性能因素影响板材冲压成形性能因素3. 3. 高强度钢板在汽车上的应用情况高强度钢板在汽车上的应用情况 4 . IF4 . IF钢镀层钢板钢镀层钢板 5. 5. 先进加工成形技术在汽车上的应用先进加工成形技术在汽车上的应用1. 1. 典型板材成形性能分析 冲压钢板的分类冲压钢板的分类按脱氧方式分：按脱氧方式分：有沸腾钢、镇静钢和半镇静钢；有沸腾钢、镇静钢和半镇静钢；按钢种与合金成分分：按钢种与合金成分分：有低碳钢、低合金高强度钢、加有低碳钢、低合金高强度钢、加磷钢、超低碳无间隙原子钢（磷钢、超低碳无间隙

2、原子钢（IF钢）等；钢）等；按强度级别分：按强度级别分：有普通强度级和高强度级别；有普通强度级和高强度级别；按冲压级别分：按冲压级别分：有商品级（有商品级（CQ）、普通冲压级（）、普通冲压级（DQ）、）、深冲压级（深冲压级（DDQ）和超深冲压级（）和超深冲压级（EDDQ）;按冲压件的复杂程度分：按冲压件的复杂程度分：P级（普通拉延），级（普通拉延），S级（深级（深拉延），拉延），Z级（最深拉延）级（最深拉延）,F级（复杂冲压）级（复杂冲压）,HF级级（很复杂冲压（很复杂冲压)和和ZF级（最复杂冲压级（最复杂冲压)。板材成形性的基本概念板材成形性的基本概念金属薄板的成形性金属薄板的成形性是指板材

3、适应各种成形加工过程的能力，是指板材适应各种成形加工过程的能力，通常定义为通常定义为:在给定的加工条件下，板材成首变形而不产生断在给定的加工条件下，板材成首变形而不产生断裂或失稳的能力。裂或失稳的能力。具有最佳成形性的薄板材应是具有最佳成形性的薄板材应是：（1）均匀应变分布；）均匀应变分布；（2）承受平面内压缩应力而无起皱；）承受平面内压缩应力而无起皱；（3）可达到较高应变而无颈缩和断裂；）可达到较高应变而无颈缩和断裂；（4）承受平面内剪切应力而无断裂；）承受平面内剪切应力而无断裂；（5）零件由凹模出来后保持其形状；）零件由凹模出来后保持其形状；（6）保持表面光洁，减低表面损伤。）保持表面光洁

4、，减低表面损伤。成形性能的内容成形性能的内容基本成形性研究基本成形性研究：拉伸试验拉伸试验金相试验、硬度试验金相试验、硬度试验模拟成形性研究模拟成形性研究：杯突试验、拉深试验杯突试验、拉深试验扩孔试验、锥杯试验扩孔试验、锥杯试验成形极限研究成形极限研究：胀形试验、成形极限图胀形试验、成形极限图薄板成形性能研究方法薄板成形性能研究方法单向拉伸试验获得的力学性能指标参数单向拉伸试验获得的力学性能指标参数杯突试验方法杯突试验方法 拉深试验方法拉深试验方法锥杯试验方法锥杯试验方法扩孔试验方法扩孔试验方法成型的分类及变形特征成型的分类及变形特征特征材料对冲压缺陷的影响特征材料对冲压缺陷的影响成形缺陷现象

5、成形缺陷现象材料特性值材料特性值板厚板厚屈服屈服点点抗拉强抗拉强度度总伸长总伸长率率nr杨氏模杨氏模量量极限变形极限变形能能破裂破裂深冲破裂深冲破裂拉胀破裂拉胀破裂翻边破裂翻边破裂弯曲破裂弯曲破裂面变形面变形起皱（法兰）起皱（法兰）起皱（侧壁）起皱（侧壁）面应变面应变其它形状不良其它形状不良尺寸精尺寸精度度角度变化角度变化侧壁翘曲侧壁翘曲扭转扭转棱线翘曲棱线翘曲形状不良形状不良注：影响度注：影响度汽车用钢的基本性能是冲压成形性，这三代产汽车用钢的基本性能是冲压成形性，这三代产品的进步也集中反映在成形性的提高方面，沸腾钢品的进步也集中反映在成形性的提高方面，沸腾钢只能用于普通冲压件，铝镇静钢则有

6、优良的深冲性只能用于普通冲压件，铝镇静钢则有优良的深冲性能，无间隙原子钢则具有超深性能。能，无间隙原子钢则具有超深性能。三代冲压用钢板的性能比较三代冲压用钢板的性能比较钢种钢种屈服屈服(MPa)抗拉抗拉(MPa)延伸延伸(%)值值值值沸腾钢沸腾钢180190 290310 4448 1.01.2-0.22铝镇静钢铝镇静钢 160180 290300 4450 1.41.8-0.22钢钢100150 250300 4555 1.82.8 0.230.28 汽车板的质量要求汽车板的质量要求 优良的成形性能优良的成形性能 良好的抗凹陷能力和足够的结构刚度良好的抗凹陷能力和足够的结构刚度 良好的焊接性

7、能良好的焊接性能 优良的表面形貌和光洁度优良的表面形貌和光洁度 高的耐蚀性能高的耐蚀性能 良好的板形和板面平直度良好的板形和板面平直度, ,严格的尺寸精度和性能严格的尺寸精度和性能均匀性均匀性 零件钢板应有吸声减振效果零件钢板应有吸声减振效果各种级别钢板的拉伸性能范围各种级别钢板的拉伸性能范围CQ: Commercial Quality, DQ: Drawing Quality, DDQ: Deep Drawing Quality, EDDQ: Extra Deep Drawing Quality, S-EDDQ: Super EDDQ.各种级别钢板的延伸率和各种级别钢板的延伸率和r r值性能

8、范围值性能范围生产条件对连续退火软钢生产条件对连续退火软钢薄板成形性能的影响薄板成形性能的影响各工序对低碳铝镇静钢和各工序对低碳铝镇静钢和IFIF钢性能的影响程度钢性能的影响程度参参数数低碳铝镇静钢低碳铝镇静钢IF钢钢罩式退火（罩式退火（BA）连续退火（连续退火（CA）BA或或CAC含量含量低（低（*）低（低（*）低（低（*）Mn含量含量低（低（*）低（低（*）（#）微合金化元素微合金化元素（Al、Ti、Nb）含量）含量Al（*）（#）Ti/Nb（*）板坯再加热温度板坯再加热温度（*）低（低（*）低（低（*）热轧规程热轧规程（#）（#）（*）终轧温度（终轧温度（FT）Ar3（*）Ar3（*）A

9、r3或或Ar1（*）卷取温度（卷取温度（CT）低低,600(*)高高,700(*)高（高（*）冷轧压下率冷轧压下率约约70%约约85%约约90%退火加热速度退火加热速度2050520K（#）最高退火温度最高退火温度约约720约约850约约900注注:(#)基本无影响；基本无影响； (*)有影响有影响 ； (*)重要；重要； (*)很重要很重要冷轧用低碳、微碳和超低碳钢的成分要求冷轧用低碳、微碳和超低碳钢的成分要求 钢种钢种: : 成形性能成形性能 级别级别 C C 含量含量/%/%低碳钢低碳钢(08Al) （CQ、DQ） 0.05微碳钢微碳钢ELC(03Al) （DDQ） 0.0150.03超

10、低碳钢超低碳钢ULC （DDQ、EDDQ) 0.005 IF钢钢 （EDDQ、SEDDQ） 0.003钢种钢种CSiMnSPNTOAlsCQ级级(Q195,SPHC）0.00.05 50.00.03 30.20.25 50.0080.010.0050.0030.03-0.05DQ级级（SPHDSPHD）0.00.04 40.00.03 30.20.20 00.0080.010.0050.0030.03-0.05DDQ级级（SPHESPHE）0.00.03 30.00.02 20.10.15 50.0080.010.0040.0030.03-0.05不同冷轧冲压板的冶金成分不同冷轧冲压板的冶金成

11、分控制范围参考值控制范围参考值2 2、影响板材冲压成形、影响板材冲压成形性能因素性能因素氮含量对碳钢平均氮含量对碳钢平均塑性应变比的影响塑性应变比的影响冲击韧性转变温度随焊接冲击韧性转变温度随焊接金属氮含量的变化金属氮含量的变化低氮控制是保证低碳钢成形性和焊接性能的重要措施低氮控制是保证低碳钢成形性和焊接性能的重要措施 碳（碳（C）：）：0.05%（0.030.04%） 氮（氮（N）：）：0.005 硅（硅（Si）：）：0.0150.025 锰（锰（Mn)：0.150.25% 铝（铝（Als）：）：0.030.05 硫（硫（S）：）：0.015% 磷（磷（P）：）：0.015低碳冲压铝镇静钢采

12、用成分控制：低碳冲压铝镇静钢采用成分控制：冷轧工艺控制冷轧工艺控制 冷轧工艺的要点：冷轧工艺的要点：以大压下量和良好的润滑以大压下量和良好的润滑条件，产生较强的有利形变织构，为下步条件，产生较强的有利形变织构，为下步退火产生高退火织构（高退火产生高退火织构（高r值）创造条件；值）创造条件； 冷轧压下率冷轧压下率是影响形变织构的主要因素，普是影响形变织构的主要因素，普通冲压用低碳钢板（如通冲压用低碳钢板（如08Al）的平均应变比）的平均应变比r值随冷轧压下率的增加而提高，当压下率值随冷轧压下率的增加而提高，当压下率7075时出现峰值。时出现峰值。平均塑性应变比平均塑性应变比r值与冷轧值与冷轧压下

13、率的关系：压下率的关系：r值值，%冷轧压下率对铝镇静钢薄板冷轧压下率对铝镇静钢薄板织构和各向异性值的影响织构和各向异性值的影响 冷轧变形率对冷轧变形率对冷轧钢带中的轧制冷轧钢带中的轧制织构和在退火过程织构和在退火过程中形成的再结晶织中形成的再结晶织构产生影响。在铝构产生影响。在铝镇静钢薄板生产中镇静钢薄板生产中，当变形率为，当变形率为75时，能够获得对法时，能够获得对法向各向异性值极为向各向异性值极为有利的晶格取向。有利的晶格取向。退火工艺控制退火工艺控制 再结晶退火：再结晶退火：将冷轧带钢加热到再结晶温度将冷轧带钢加热到再结晶温度以上，通过控制再结晶和晶粒长大过程控制以上，通过控制再结晶和晶

14、粒长大过程控制钢板的组织和性能；钢板的组织和性能； 目的：目的：消除带钢轧制过程中产生的形变组织消除带钢轧制过程中产生的形变组织和加工硬化，恢复其塑性变形的能力；和加工硬化，恢复其塑性变形的能力； 过程：过程：加热加热保温保温冷却，影响退火织构的冷却，影响退火织构的主要因素是加热速度，加热温度和保温时间。主要因素是加热速度，加热温度和保温时间。同罩式退火相比，连续退火生产同罩式退火相比，连续退火生产有更大的优越性有更大的优越性 连续退火钢带的力学性能，无论在钢带长度还连续退火钢带的力学性能，无论在钢带长度还是宽度方向上，都比较均匀是宽度方向上，都比较均匀钢带平整度高，板形好，有利于汽车厂深加工

15、钢带平整度高，板形好，有利于汽车厂深加工成形构件的形状控制成形构件的形状控制钢带表面质量好，无粘结现象，对于喷漆或者钢带表面质量好，无粘结现象，对于喷漆或者表面涂层处理，其表面与涂料的粘结附着力强，喷漆表面涂层处理，其表面与涂料的粘结附着力强，喷漆或者涂层质量好或者涂层质量好生产周期短生产周期短退火温度范围较高，冷却速度自由度大，有利退火温度范围较高，冷却速度自由度大，有利于新产品的开发于新产品的开发3.3.高强度钢板在汽车高强度钢板在汽车上的应用情况上的应用情况 高强度钢板在汽车中的应用高强度钢板在汽车中的应用 外板部件板厚和外板部件板厚和TSTS关系关系 内板部件板厚和内板部件板厚和TST

16、S关系关系 冷轧高强度钢的典型机械性能冷轧高强度钢的典型机械性能钢钢 类类屈服强度屈服强度MPa抗拉强度抗拉强度MPa延伸率延伸率%均值均值N均值均值BHMPa微合金钢微合金钢320*440281.30.17含磷钢含磷钢280*420321.60.19烘烤硬化钢烘烤硬化钢210*320401.60.2248高强无间隙原子钢高强无间隙原子钢220*390371.90.21双相钢双相钢350*600270.940相变诱导塑性钢相变诱导塑性钢400*64032超低碳钢超低碳钢200*300462.00.2440* 罩式退火罩式退火 * 连续退火连续退火 日本日本1111家汽车公司在汽车中采用高强度钢

17、板家汽车公司在汽车中采用高强度钢板的调查和预测结果的调查和预测结果( (使用比率使用比率) )平均值平均值其它汽车厂使用的超高强钢板种类其它汽车厂使用的超高强钢板种类化学成分化学成分 和机械特性值和机械特性值拉伸强度拉伸强度化化 学学 成成 分分 mass% C Si Mn P S Ti 机机 械械 特特 性性 值值s MPa b MPa %780MPa980MPa1180MPa1370MPa0.06 0.70 2.4 0.015 0.015 0.14 0.50 2.4 0.015 0.015 0.14 0.50 2.5 0.015 0.015 0.050.15 0.50 2.7 0.015

18、0.015 0.05620 850 18 750 1050 15950 1250 101150 1420 8 高强度钢板的强化机制 冷轧高强钢板的强化方法冷轧高强钢板的强化方法强度级别强度级别N/mm2含碳量含碳量极低碳钢极低碳钢0.005%微碳钢微碳钢0.020.08%低碳钢低碳钢0.080.15%340固（固（P）固（固（P）390固（固（P+Si, P+Mn）固（固（P）440固（固（P+Si+Mn）固（固（Mn, P+Mn）490析（析（Nb）590相（相（Mn）析（析（Nb）,相（相（Mn）780相（相（Mn）,析（析（Nb）+相（相（Mn）980相相 + 析（析（Ti, Nb）11

19、80相相 + 析（析（Ti, Nb）1380相相 + 析（析（Ti, Nb） 注：注： 固：固溶强化固：固溶强化 析：析出强化析：析出强化 相：相变强化相：相变强化 （）内为分别使用的强化元素（）内为分别使用的强化元素冷轧高强度钢板的强化机制及钢板特性冷轧高强度钢板的强化机制及钢板特性强强化化机机制制主主要要添添加加元元素素强强度度级级别别T TS S/ /M MP Pa a冲冲压压成成形形特特性性一一般般特特性性具具体体特特性性固固溶溶强强化化( (低低碳碳系系) ) P P- -M Mn n S Si i- -M Mn n, ,P P3 34 40 0- -4 44 40 0一一般般冲冲压

20、压用用一一般般加加工工用用拉拉胀胀成成形形性性良良好好有有B BH H性性 固固溶溶强强化化( (超超低低碳碳系系) )3 34 40 0- -5 59 90 0深深冲冲用用深深冲冲性性优优良良有有B BH H性性P P- -M Mn n, ,P P- -S Si iM Mn n- -P P- -T Ti i, ,T Ti i, ,N Nb b析析出出强强化化3 39 90 0- -5 59 90 0一一般般加加工工用用焊焊接接性性良良好好M Mn n, ,N Nb b S Si i- -M Mn n- -N Nb b固固溶溶+ +析析出出强强化化4 49 90 0- -5 59 90 0一一

21、般般加加工工用用适适于于弯弯曲曲加加工工高高r r值值型型M Mn n- -T Ti iS Si i- -M Mn n- -P P- -N Nb b, ,C Cu u, ,T Ti i 相相变变强强化化( (马马氏氏体体系系) ) ( (M M+ +B B) )3 39 90 0- -1 14 47 70 0低低屈屈服服比比型型适适于于高高拉拉胀胀加加工工有有B BH H性性M Mn n- -S Si i M Mn n- -S Si i- -P PM Mn n, ,S Si i- -M Mn n- -N Nb b 相相变变强强化化( (贝贝氏氏体体系系) )3 39 90 0- -1 14 4

22、7 70 0高高扩扩孔孔率率型型高高延延伸伸型型适适于于拉拉深深成成形形 相相变变强强化化( (残残余余奥奥氏氏 体体系系) )M Mn n- -C Cr r5 59 90 0- -9 98 80 0S Si i- -M Mn n高高残残余余奥奥氏氏体体钢钢板板( (T TR RI IP P钢钢) )T TR RI IP P效效果果产产生生的的高高延延伸伸高高强强度度钢钢板板析析出出+ +相相变变强强化化7 78 80 0- -1 14 47 70 0超超高高强强度度钢钢板板高高强强度度, ,加加工工性性良良好好M Mn n- -S Si i- -T Ti iM Mn n- -S Si i-

23、-T Ti i- -M Mo o冷轧高强钢板的材料特性分类冷轧高强钢板的材料特性分类强度级别强度级别MPa按特性分类按特性分类普通板材普通板材 高高r值值 高延伸率高延伸率 BH性能性能DP钢钢34039044049059078098011801380 注：注：表示目前已生产表示目前已生产 冷轧钢板的强度与塑性、成形性关系冷轧钢板的强度与塑性、成形性关系. IF. IF钢镀层钢板钢镀层钢板 日本电镀锌板（日本电镀锌板（EGEG），热镀锌板（），热镀锌板（Hot-dipHot-dip）在汽车工）在汽车工业用量发展业用量发展 欧洲十二国欧洲十二国(EU-12) 84(EU-12) 84年以来用于汽

24、车制年以来用于汽车制 造的镀层钢板和裸钢板用量的变化情况造的镀层钢板和裸钢板用量的变化情况国外几个主要汽车厂家轿车用镀层钢板国外几个主要汽车厂家轿车用镀层钢板国 别国 别日本日本外 板外 板两面有机复合镀层板每两面有机复合镀层板每面三层有机膜1um面三层有机膜1um铬酸盐处理层75g/m2铬酸盐处理层75g/m2Zn-Ni合金层20g/m2Zn-Ni合金层20g/m2厂 家厂 家两面电镀双层Zn-Fe20/20两面电镀双层Zn-Fe20/20三 菱三 菱日 产日 产丰 田丰 田单面合金化热镀锌GA0/45单面合金化热镀锌GA0/45马自达马自达两面电镀Zn-Ni30/30两面电镀Zn-Ni30

25、/30德 国德 国奥 迪奥 迪两面电镀锌Zn53x/53两面电镀锌Zn53x/53美 国美 国通 用通 用两面热电镀Zn70/70两面热电镀Zn70/70内板及底部零件内板及底部零件同外板同外板合金化镀锌GA45/45合金化镀锌GA45/45两面合金化镀锌GA45/45两面合金化镀锌GA45/45同外板同外板两面热镀锌70/70两面热镀锌70/70两面热镀锌65/65两面热镀锌65/65镀层板/车身板(%)镀层板/车身板(%)4545454545453030我国引进主要轿车生产线用镀层板品种我国引进主要轿车生产线用镀层板品种涂镀层钢板的抗粉化、剥落性能涂镀层钢板的抗粉化、剥落性能 镀层粉化与剥

26、落示意图镀层粉化与剥落示意图Ti-IFTi-IF钢与钢与Ti+Nb-IFTi+Nb-IF钢的抗粉化性能钢的抗粉化性能. .先进加工成形技术先进加工成形技术在汽车上的应用在汽车上的应用先进加工成形技术先进加工成形技术TWB激光拼焊板（激光拼焊板（TailorWeldedBlank）把厚度和强度不相同的钢板，按照一定大小形状截把厚度和强度不相同的钢板，按照一定大小形状截断，通过激光焊接，按照客户希望的形状的材料进行加断，通过激光焊接，按照客户希望的形状的材料进行加工定做成的截断型汽车用钢板。工定做成的截断型汽车用钢板。HF液压成型（液压成型（Hydroforming） 通过大的液体压力将钢管成型为

27、顾客希望形状汽车通过大的液体压力将钢管成型为顾客希望形状汽车部件的制造技术。部件的制造技术。将钢板在升高到一定温度后冲压成型，在快速冷却后将钢板在升高到一定温度后冲压成型，在快速冷却后获得超高强度（可达到获得超高强度（可达到1500Mpa）的钢板部件。）的钢板部件。 HPF热压成型（热压成型（HotPressForming）汽车部件传统制造工艺汽车部件传统制造工艺汽车部件汽车部件TWB制造工艺制造工艺汽车部件汽车部件TWB制造工艺制造工艺技术中心汽车板研发所技术中心汽车板研发所汽车部件汽车部件TWB制造工艺制造工艺汽车部件传统制造工艺汽车部件传统制造工艺汽车部件制造工艺汽车部件制造工艺制造汽车部件制造汽车部件制造汽车部件制造汽车部件P制造汽车部件制造汽车部件P制造汽车部件制造汽车部件TWB制造汽车零部件的优点制造汽车零部件的优点HF制造汽车零部件的优点制造汽车零部件的优点P制造汽车零部件的优点制造汽车零部件的优点