【孙辉说成形工艺】我要学热成形-新工艺介绍

2018年6月12日14:19:34 发表评论 294 次

目前,热成形已成为汽车车身轻量化的主要途径之一,所生产制造的零件厚度一般为1.0-2.5mm之间的某一固定值,此种零件称为等厚(热成形)板。随着研究的不断深入,此等厚板热成形也无法满足现有的需求。近两年,随着技术的发展,激光拼焊板TWB、差厚轧制板TRB、补丁板PB和软硬区Soft Zone等与热成形相结合的技术逐渐开发出来,下面由纽北来为大家做一个简单的介绍。

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图1

拼焊板TWB热成形

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图2

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工艺过程

激光拼焊板Tailor Welded Blank ,简称TWB,已广泛用在车门、前纵梁等需要强度配置的零件,拼焊板热成形与之区别就在与成形时采用的是热冲压的方式。

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优缺点

①拼焊板最大的优势就是减少了零件数量,从而优化了结构和生产装配工艺。②拼焊的目的就是为了满足同一零件不同部位对材料强度、厚度的不同需求。③在相同强度的情况下,激光拼焊板轻量化效果明显。④通过激光拼焊后,零件成形时可将原来成组的模具减少至一套模具。

图3

除了激光拼焊板本身的激光焊接的影响(最重要的一点是其无法作为外观件使用)之外,采用TWB进行热成形,对热冲压模具的设计提出了更高的要求。

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应用情况

与等厚的热成形板一样,TWB热成形应用最多的也是B柱加强板。此外,目前最流行的工艺便是门环。如图7,门环是指将A柱、B柱、门槛梁和车顶边梁设计成一个封闭的整体式零件,进而进行热冲压成形。

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图4

目前公开使用门环的有2014年本田讴歌MDX和2016年克莱斯勒大捷龙Pacifica车型。据报道,安赛乐米塔尔(ArcelorMittal)与本田在为2019款本田Acura RDX共同设计全球首款内外门环系统(outer and inner doorring system),还可被用于Pilot和Odyssey两款车型中。

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图5

差厚板TRB热成形

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图6

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工艺过程

柔性轧制板Tailor Rolled Blank,简称TRB,也有轧制差厚板或直接简称为差厚板,是一种用变厚度轧制方法生产的纵向变厚度板材,可根据载荷变化特点来设计板带材的厚度和形状,通过产品定制实现结构减重。

TRB热成形即坯料选用不等厚度板,后续加热和热冲压与其他热成形处理方式一致的工艺。

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优缺点

TRB板具有性能差异化分布的特点,而热成形则具有高强高硬度的特点,TRB热成形综合了这两种的优点。由于轧制后再热成形,和常规TRB相比的强度偏高焊接性较差。若为镀层板轧制,还可能影响材料的镀层从而影响防腐性能。

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应用情况

差厚板TRB热成形最早在2011年应用于奥迪A6和福特福克斯。大众MQB的座椅横梁采用了该项技术,厚度从大到小有1.7、1.5、1.25、1.15、0.95mm五种,如图12所示。

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图7

目前,柔性轧制板的主要供应商为德国慕贝尔Mubea,国内为沈阳东宝海星EPS。图8为TRB可能的应用位置示意。

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图8

补丁板PB热成形

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图9

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工艺过程

补丁板Patchwork Blank,简称PB,是一种在基板上面局部连接一块板材获得的变厚度板材,连接上去的板材对构件局部起到加强结构承载能力的作用。连接方法可以是点焊、激光焊接、粘接或铆接等。此处说的补丁板热成形即将补丁板进行整体热成形的技术。其工艺过程如图10所示。

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图10

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优缺点

优点:补丁板热成形可以减少模具、检具和夹具的数量,同时也能提高零件间的加工精度,从而加快生产节拍,降低生产成本。

缺点:①由于需要提前焊接,超高强钢焊接会遇到的问题都需要注意,比如脱焊、虚焊、焊点拉脱等;②对于镀层板的热成形,在焊接过程中镀层会被破坏;③补丁板其实是一种料厚突变的工艺,对于冲压工艺的要求极高,非常容易产生废品。

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图11

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应用情况

补丁板热成形现主要用于汽车B柱加强板、前纵梁后段等,还可用于其他需要局部加强的零件上,如A柱内板、铰链加强板、前围板加强横梁等。

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图12

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图13

软硬区SoftZone热成形

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图14

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工艺过程

热成形之后零件的抗拉强度一般能达到1500MPa甚至更高,但并不是每个零件每个位置强度硬度都是越高越好,比如需要吸能的纵梁局部位置,需要焊接的B柱止口位置。软硬区Soft Zone技术的概念即是对热成形零件硬度(强度)大小进行按需配置的技术。

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图15

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优缺点

优点不言而喻,可以实现对零件强度、硬度及性能的按需配置。

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图16

缺点就是软硬区都存在一个过渡区域,如B柱的软硬区目前一般为30mm左右。另外,除了炉内可较容易实现的两段式软硬区之外,其他几种先进的方式成本都较高,目前多数处于研发试制阶段。

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应用情况

目前,可通过炉内、模内和激光处理的方式来实现软硬区配置。海斯坦普Gestamp为目前软硬区研究最为深入的企业之一。

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图17

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图18

总结

汽车轻量化已经成为世界汽车工业可持续发展的必然之路,热成形作为多种轻量化途径中应用较广泛的技术,该工艺的研究显然是很有必要的。

拼焊板TWB、差厚板TRB、补丁板PB和软硬区Soft Zone技术各有其优缺点,对产品工程师而言就是性能、工艺和成本的取舍。就目前而言,软硬区是热成形的一个趋势,随着研究的深入遇到的问题都被一步步解决。对于各种技术的成本和减重效果,各大主机厂也都做了相应的对比,有机会希望可以给各位一起交流和探讨。

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