欢迎光临东莞市大鑫机械设备经营部 收藏本站| 网站地图| RSS订阅| XML
全国统一服务热线
13537311221
当前位置:主页 > 资讯中心 > 公司动态 >

轿车轻量化对冲压职业的影响

文章出处:daxin989 人气:发表时间:2020-03-09 16:44

轿车轻量化对冲压职业的影响
 
 
 
1、轻量化的途径
 
轻量化是轿车等运输工具节约燃料、削减污染物排放和进步安全性首要手段之一。在轿车职业,关于轿车减重10%,油耗下降6%~8%;关于货车,减轻质量会进步载货量。近二十年来,国外乘用车平均每十年减重8%~9%,商用车减重10%~15%,未来十年里轿车还将减重20%。关于轿车而言,减轻质量也可以削减碰撞时的惯性力,从而有利于进步碰撞安全性。
 
结构轻量化有两个根本途径,如图1所示[1]。资料途径:选用铝合金、镁合金、钛合金和复合资料等轻质资料;结构途径:选用空心变截面、变厚度、薄壁曲面、全体结构等轻体构件。根据计算,关于必定的减重目标,选用轻质资料减重的奉献大约为2/3,结构减重的奉献大约为1/3。
 
 
图1结构轻量化的途径
轻量化结构规划的根本原则是面向结构接受的载荷方式及大小,正确选择资料,合理分配资料以形成优化的结构形状。浅显地讲,便是把适宜资料放到适宜的地方。
载荷方式包含拉伸、紧缩、曲折、扭转、内压、外压以及这些载荷的组合。而在结构规划时,关于必定的资料(根据运用要求及本钱要素等确定),不只要考虑适用不同载荷方式的优化结构,还要考虑完成这种结构特征的合理的制作技能。常用的轻体结构方式有空心变截面、薄壁曲面、变厚度、薄壁高筋、全体等结构。为了减重,从资料视点看,要求运用高比强度、高比模或比刚度的轻质高强资料。在资料密度必定的条件下,进步比强度首要的途径是进步资料强度。现在,7000系铝合金强度抵达700MPa、 钛合金抵达1200MPa、超高强钢抵达1500MPa。跟着资料强度的进步,塑性不断下降。例如,钢的强度由250MPa进步到1000MPa塑性由45%下降到12%,铝合金的强度由150MPa进步到530MPa塑性由30%下降到10%。资料塑性的下降和结构方式的杂乱使得冲压成形难度越来越大,迫切需求开展面向轿车轻量化的新式冲压成形技能与配备。
2、轿车轻质资料与成形技能
受本钱要素限制,现在钛合金和复合资料等轻质资料在在轿车上使用较少,轿车用轻质资料首要是使用铝合金替代钢铁资料。
2.1 轿车用铝合金资料的开展现状
铝合金是燃油轿车用第二大结构资料,尤其是变形铝合金杂乱结构(底盘、副车架、车身、发动机罩、车门表里板等)的用量逐渐添加。估计2020年,铝合金单车用量抵达约190kg/车;2025年,铝合金单车用量抵达约250kg/车。
铝合金使用于轿车结构的首要问题是强度偏低和本钱高。为了处理该问题,美国轿车工程学会拟定的《轿车用资料技能开展路线图》中要点任务是:进步铝合金强度和循环利用率、下降本钱,如图2所示[2]。具体目标变形铝合金抗拉强度由现在的300MPa到2025年进步到400MPa,到2030年进步600MPa。
 
 
图2 美国轿车用资料技能开展路线图
图3是我国轿车工程学会拟定的《我国轿车产业轻量化技能路线图》[2]。开展目标:到2025年完成单车铝合金用量抵达250kg,要点研发轿车铝合金板材/管材制备及杂乱零件成形技能。
 
 
图3我国轿车产业轻量化技能路线图
电动及新能源轿车愈加迫切的需求减轻车体结构重量,以下降用电量、进步续航路程。铝合金将替代钢成为电动轿车第一结构资料。图4是美国特斯拉电动轿车的铝合金车身结构。其铝合金用量抵达97%,首要包含冲压件、挤压型材和异形内高压件等变形铝合金件以及压铸件等。
 
 
图4美国特斯拉电动轿车铝合金车身结构
2.2 铝合金掩盖件成形技能
轿车铝合金掩盖件首要有发动机罩内/外板、顶盖、车门内/外板。外板资料多为可热处理强化的6000系,如6061、6063等;内板资料多为非热处理强化的5000系,如5182等。
奥迪A8为全铝车身,其掩盖件制作是选用多道次冲压加上工序间屡次退火工艺,首要问题是废品率高、本钱高。近年来,铝合金板材液压成形(充液拉深)技能得到快速开展,尤其是根据水介质的数控板材液压成形工艺已经替代油介质成为工业出产中先进成形技能[3-4]。
日本Amino公司于2011年在加拿大建立世界上第一条铝合金掩盖件液压成形出产线[5]。该出产线主机30MN板材液压成形机,批量出产发动机罩、车门内/外板、全体侧围等铝合金掩盖件,如图5所示。
 
 
 
 
图5 日本Amino公司出产的铝合金掩盖件
 国家严重科技专项要点项目的支持下国内优势高校联合有关轿车企业建成国内首条轿车铝合金掩盖件出产线,其主机为50MN板材液压成形机,配有机械手,完成全线自动化出产,已经试制出发动机罩外/内板、顶盖等铝合金掩盖件,如图6所示。
 
 
图6 选用液压成形技能制作的铝合金掩盖件
2.3 铝合金异形管件快速热态气压成形新技能
轿车底盘、车身框梁等结构首要接受弯扭载荷,结构方式为变截面异形管件。铝合金管材常温成形难点:塑性低、各向异性指数r值小于1,易导致开裂;弹性模量小,易导致起皱;变量大时,易呈现橘皮。为了处理铝合金管材常温成形难点,哈工大流体高压成形技能研究所研发了管材热气压成形技能与配备。
铝合金管材热态气压成形技能原理[6](图7a)是选用感应加热等快速加热方式把模具和坯料加热到必定温度后,向管坯中通入高压气体作为传力介质,使管坯在温度、内压和轴向载荷的耦合效果下发生变形,成为所需形状的零件。
 
 
 
 
(a)成形原理
 
 
(b) 成形配备
 
 
 
 
(c) 各种铝合金异形管件
图7 铝合金异形管件热气压成形原理与配备 
热态气压成形技能通过进步温度来改善资料的塑性变形能力,一起辅以必要的轴向补料改变坯料应力应变状况完成零件成形,可以获得形状杂乱、变形量大的空心变截面零件[7]。其长处在于:(1)资料适用面宽。对资料初始安排状况没有特殊要求,不需求细晶安排,可用于工业级铝合金等轻质资料; (2) 构件形状杂乱。加热状况下铝合金成形功能好,可直接成形出截面形状杂乱的空心变截面构件,并且热成形时回弹小、尺度精度高;(3)成形功率高,成形进程通常在1分钟内完成,成形功率是超塑成形的几十倍;(4)本钱低。成形压力低,设备吨位小,模具和设备投资少。
热态气压成形设备是完成高效、快速、高精度成形工艺的关键。图 7b是哈工大研发的数控热态气压成形设备。该设备由热介质加压单元、加热单元、数控单元、压力机和模具单元组成,可完成温度、压力、加压速率和位移多工艺参量实时加载和准确控制。首要特色为:模具选用感应加热方式,加热速度快,温度控制精度±1.0℃;热态气压成形全进程计算机闭环控制,出产节拍1分以内;气体增压及高压气源结构紧凑,运用方便、易维护。二手冲床回收
现在,热态气压成形技能已经用于批量出产轿车、高档单车等杂乱形状铝合金异形管件(图 7c)。与传统成形技能比较,大幅进步出产功率、减低本钱,提升了有关企业的竞争力和效益。
3 、轿车轻体构件成形技能
现在,轿车职业在出产中轻体构件成形技能首要有:封闭变截面空心构件(异形管件)内高压成形技能、变厚度/变资料激光拼焊板冲压成形技能、开式变截面构件滚压技能等。因篇幅所限,下面首要介绍内高压成形技能的新进展。
3.1 高强钢异形管件内高压成形技能
近年来,跟着轿车对轻量化和下降本钱的需求越来越迫切,高强钢或超高强钢(包含DP钢、TRIP钢、马氏体和硼钢等)得到了迅速开展,在轿车车身结构上的使用越来越多。高强钢的比强度与中等强度铝合金相当,从这个视点说,高强钢也是一种与铝合金类似的“轻质资料”。这个概念很重要,现代的轿车车体结构选用高强钢是完成轻量化的手段之一。
低碳钢(抗拉强度低于440MPa)异形管件内高压成形技能已经在燃油轿车底盘、车身构件上得到广泛使用[8]。可是,高强钢或超高强钢异形管件内高压成形存在以下难题:(1) 高强钢回弹大、难于保证形状与尺度精度,甚至在预成形工序限制的内凹在内高压成形时无法展平,形成废品率高;(2) 成形压力高,需求大吨位设备。低碳钢异形管件内高压成形设备吨位通常在50MN以下,而780MPa高强钢的成形设备需求1万吨;(3)模具磨损严重,寿命短,使得零件本钱添加。
为了处理高强钢异形管件成形的难题,需求规划和工艺人员共同努力。从规划视点,零件的截面规划要比低碳钢管件的截面相对简略,截面差不能过大;从工艺视点,需求研发面向高强钢回弹大的特色的成形工艺和模具结构。图8是哈工大研发的轿车底盘高强钢异形管件[9]。轿车控制臂(图8a)的资料为双相高强钢DP590,其轴线为三维空间曲线,且曲折半径不同,部分存在着较小的曲折半径,曲折程度大。典型截面为矩形和梯形,截面沿轴线方向变形程度大;底盘扭力梁的资料为780MPa先进高强钢,截面形状为V型截面结构,沿轴线截面改变杂乱。 
(a)     590MPa高强钢控制臂
 
 
 
(b)    780MPa高强钢扭力梁
 
图8轿车底盘高强钢异形管件
 
3.2 近等周长异形管件低压充液限制技能
在轿车底盘、车身构件中,有一类构件仅截面形状改变,而周长根本不变或许改变量较小,小于5%。哈工大研发了面向此类等周长或近等周长异形管件低压充液限制新技能与配备[10],如图9所示。其根本工艺进程是在管坯内部充满必定压力的液体作为支撑介质,再利用模具限制出需求的截面形状。由于有压力介质的支撑,相当于限制实心棒料,不会发生压瘪和部分内凹缺点。
与内高压成形比较,充液限制成形工艺的长处:(1)支撑压力低。仅为内高压成形压力1/10,一般在20MPa以内。不需求高压源和大吨位合模压力机,模具受力小、结构简略、因而大幅度节省设备和模具本钱;(2)工艺简略、成形功率高。没有补料和增压整形阶段,避免了起皱、开裂缺点,每分钟可加工100~200个工件;(3)壁厚均匀性高。成形前后周长根本不变,避免零件壁厚部分减薄和不均,进步零件的疲惫功能。
 
 
图9 异形管件低压充液限制工艺进程
充液限制工艺进程以“压”为主,环向应力状况为压应力,而内高压成形工艺进程以“胀”为主,应力状况为双向拉应力。因而,从根本上处理了高强钢和铝合金异形管件内高压成形时存在的回弹大、开裂等缺点。图10 是充液限制工艺成形的铝合金异形管件,其支撑压力约为10MPa。  
 
 
 
 
图10选用充液限制工艺成形的铝合金异形管件
 
 

此文关键字:轿车轻量化对冲压职业的影响

同类文章排行

最新资讯文章

您的浏览历史

    正在加载...