熱成型技術在車身輕量化設計中的應用

麻桂艷++閆祿平

摘 要：介紹了高強度鋼板熱成型技術的工藝過程及模具設計的相關知識；對比了我公司某車型設計開發中B柱加強板的兩種方案，完成了熱成型B柱加強板的設計開發，禪明了熱成型技術在車身輕量化設計中應用的可行性及意義。

關鍵詞：熱成型；車身；碰撞；高強鋼

環境污染和能源消耗已經成為當今世界亟待解決的社會問題，通過車身輕量化降低汽車自重是一種降低汽車油耗的有效手段；另一方面日趨嚴格的碰撞法規又要求車身某些區域具有較高的強度以保證乘員安全。根據項目組控制整車重量的開發思想，我們在車身設計中引入了高強度鋼板熱成型技術，開發出了熱成型B柱加強板，滿足了整車側碰要求并控制了車身重量。

一、熱成型技術

鋼板熱成型技術（Hot forming）是一種將特殊高強度鋼板加熱到奧氏體溫度后快速沖壓，通過模具保壓并實現淬火，最終得到組織為馬氏體，抗拉強度在1200MPa以上的超高強度零件的新型成型技術。這種新技術最先由瑞典的Hard Tech公司于20世紀80年代提出，它與傳統意義上的熱沖壓技術的本質區別在于不是通過空冷，而是通過在模具中布置冷卻水回路使工件快速冷卻淬火的。

二、熱成型零件在車身上的應用

（一）應用情況

經調查，世界一些主要汽車制造商在車身開發中已經廣泛使用熱成型零件。如頂蓋邊梁、B柱加強板、中通道及防撞梁。自主品牌最近開發的車型上也有應用。

（二）新車開發中的應用

根據結構要求我們設計了B柱加強板及其內部加強件（如圖1），通過CAE進行側碰模擬分析發現上鉸鏈附近區域B柱發生折斷并且B柱下部侵入量大于公司標準。

針對以上問題我們進行了改進設計，提出了兩種修改方案：

方案1：加大了B柱內部加強件的尺寸，使原來單層的B柱加強板變成兩層。

方案2：將B柱加強板材料由B340/590DP改為BR1500HS。

經CAE分析，并進行調整使以上兩種方案均滿足了公司側碰要求。

從圖中可以看出方案1中B柱加強板總成重量為12.2kg，方案2為8.04kg，左右側圍對稱，方案1比方案2單臺重了8.32kg；同時焊接工序也比方案2復雜費時。

經財務部門評估單車綜合成本發現使用熱成型零件比使用普通冷沖壓加強板略高，但在成本控制內且焊接及涂裝工藝與冷沖壓件相同。

（三）熱成型零件的設計開發

根據不同溫度下板材的應力應變曲線及模具溫度變化曲線，我們利用Pam-Stamp 2G軟件模擬了零件的成型過程，并對零件進行了改進設計，使減薄率滿足公司要求，得出了最終的冷卻水道分布和B柱加強板數據，并完成了模具的設計。

經過調試，得到了合格的B柱加強板零件，樣件拉伸試驗滿足要求。量產車側碰試驗也與CAE分析結果相同，達到目標要求

三、結論

通過熱成型零件在此新車型上的開發，證明了熱成型技術在提高車身性能并實現車身輕量化方面有著較高的應用價值。可以預測，今后熱成型技術將得到越來越廣泛的應用，其相關裝備和核心技術的研究也將成為制造業新的研究熱點。

參考文獻：

[1]徐偉力.鋼板熱沖壓新技術介紹[J].塑性工程學報，2009，4.

[2]康斌.國內外高強度汽車板熱沖壓技術研究現狀[J].冶金管理，2009，8.