浅谈汽车新材料的发展和冲压成形技术

浅谈汽车新材料的发展和冲压成形技术

刘志全

恒驰新能源汽车（天津）有限公司   天津市  300301

摘要：节能减排将成为中国汽车工业的主要需求，而轻量化车身无疑是推动节能减排的重要有效途径。轻质材料技术的广泛应用是进一步减轻车辆重量、减少废气排放和提高驾驶安全性的最有效解决方案之一。汽车行业新型功能材料领域的创新发展主要体现在高强度钢坯与超高强度的压缩复合成型技术和柔性压花生产线设备和高强镁合金铝高强坯料。

关键词：汽车新材料；冲压生产线；钢铝混合落料线；热冲压伺服压力机

为了主动应对当前全球严峻气候变化，发展新型碳经济方式已经越来越成为世界各国社会的广泛共识，近年来许多欧美地区发达国家已经不断酝酿推出一系列对工业温室气体直接排放数量进行适当限制管理的政策法案，温室气体的排放数量限额问题对促进本国环保工业健康发展和参与国际贸易活动的作用影响越来越大。

1汽车新材料的发展

自90年代初建立以来，先进的高强轧钢技术已经对美国推动的美国国际汽车工业标准体系的健康持续快速发展中已经起到了一个十分重要的作用。随着美国轻型公路货运车辆温室气体的排放及控制新标准（CAFE）即将发布的最后期限的到来不断的日益的临近，业内各方都似乎已经纷纷决定开始加快研究如何采用一种更先进高强钢。根据目前美国的现行汽油法律，在到美国在2025年正式立法施行之前，乘用车汽油的最低综合油耗将仍需要达到比较接近国家标准的54.5000MPG，也将高于目前美国于2016年立法规定的标准最低24.7MPG。

随着各国汽车与业内环保人士们对新的排放及汽车标准要求的可持续使用关注的程度与日俱增，预计将截止到2025年，先进技术的高强锰钢轮胎在北美地区标准的汽车轮胎市场上平均每年的可累计总载重量将继续从到2015年的每年约为279磅增至年近450磅。2013年底起～到了2018年间，包括美国以及国内正在生产当中的如长安福特、美国克莱斯勒菲亚特汽车以及日本丰田汽车公司等国际主要著名汽车厂商也开始在全球纷纷寻求在其车身钢材制造基础上也能同时开始考虑采用一些更为技术先进的高强钢。不过，宝马和中国东风本田集团等国内几家汽车非本土厂商集团则是在他们对先进国家的超高强轻钢/超高强钢结构产品的制造设计以及使用安装经验方面则目前已经在世界上处于国际领先地位。举例地来说，雪佛兰最新的2019silverrados车型上就率先在其全钢白色车身外壳材质和黑色车体框架材质设计基础上都首次地采用了强度系数更高超高强度钢材，先进技术的高强钢结构材料结合起来的实际使用材料比,目前来看已经是同比首次增加约为5%；重新设计优化后得到的新一代东风本田全新思域车型在的车身材质上将采用了超高强轻钢材质的车身比重将约降低26%。汽车的轻量化的设计，另一个技术重点也是铝、镁合金等超轻金属材料技术的设计应用。目前，5系和6系铝合金是所有系列铝合金车身中使用的主要铝合金。这些铝合金是热密度系数低、抗拉强度高、刚性和抗疲劳性好的铝材料，可以确保车身达到更高的结构强度水平，当质量远远低于其他钢材的重量。由于镀铜铝合金的硬度系数普遍较高，2系列将主要用于一些大中型车身板结构材料；此外，一些主要的7系列还广泛应用于航空航天工业以及一些军事领域。这些材料具有高强度、超轻硬度、耐腐蚀性和抗各种机械磨损性。

2汽车冲压成形设备

切割线是指高级加工的专用自动化生产线，可直接用于汽车工业、钢铁修理和汽车零部件等制造业金属及其他材料的支撑和加工。它实现了钢卷、清洗和自动上油、编号和调平、切割、摆线剪切和自动堆垛的功能。如今，越来越多的专业汽车制造商使用全自动冲压生产线开发钣金设计。其中一个目标是显著提高整车产品质量、板材利用水平以及整车零部件和材料的综合生产和使用效率，这是第一个推动现代汽车冲压生产技术的和生产工艺改革的。

近年来，汽车市场铝合金轻量化技术与需求水平进行不断升级优化，钢铝混合板将随之而孕育而初生，既是要求能快速地满足未来汽车市场各种主流车型配置的轻质铝合金钢板的快速落料，也更是要确保地满足各种汽车需求。其核心产品功能结构和性能特色在线卷尾机采用了一种新型的钢铝真空电磁混合式自动堆垛机，能够更完美地将自动真空负压系统设计和真空电磁皮带技术有效结合，很好的实现的同时有效解决了热轧钢板加工生产过程和普通冷轧钢板的加工过程在某一条生产线设备上可能带来产生的大量的输送物料问题，实现了自动电磁堆垛机和自动连续真空堆垛机这两种新型机械功能，并同时还能自动进行自由连续的切换。机型现已被在多家汽车厂里广泛生产使用。高强度、超高强度钢板通常在常温情况下强度比较高，导致其利用传统常规冷冲压法成形材料的成形方式通常很难加工成形，因此新型高强度、超高强度钢板的热冲压焊接成形材料技术方法就得以应运而生。目前，高强度钢板热冲压成形材料零件方法已经成功广泛被应用于众多国内外知名汽车车身许多重要零件上。高强硼钢板材的热塑冲压成形及模具工艺原理：将任何一种在常温环境条件下的屈服强度一般为有500～或在600MPa左右的超高屈服强度硼合金钢板约摄氏为880～和为950℃，使料块之内部组织均匀并发生奥氏体化，然后被直接地送入到一种内部的带有空气冷却系统保护装置的热冲压成型模具机腔内来进行热冲压及成形，该零件冷却变形过程一般要一直在低温高压空气循环介质中往复循环的进行，也要尽快地降温来完成，如果未能将冷却成形零件加工温度迅速地降冷到一定温度，就极有可能将导致零件形成铁素体从而有可能零件材料本身的一些基本机械性能。之后要进行一次快速的冷却反应与淬火，使奥氏体钢转变退火而软化成马氏体，冷却淬火以确保进一步地冲压成形零件表面材料的良好热淬透性，使整个被冲压件基体均得到一次彻底的硬化，大幅度有效地提高了机械强度（1500MPa)。

3结论

伴随着未来我国企业对整车节能及减排工艺要求水平不断快速提升，超高强板铝和特种铝合金材料产品在中国汽车行业领域的市场使用量也逐步大幅提高，适合汽车钢铝材料混合工艺的落料线和伺服成型压力机等将发展成为可以实现中国汽车产品轻质量化制造的新一代先进模具成形装备技术。结合国内外先进制造的模具工艺，伺服压力机市场的应用成长发展空间可能还很大，工艺及应用的场景空间还可以非常地广泛；兼具提高了曲柄压力机组的整体生产作业效率和液压机产品的可成形性，让我国汽车冲压件工业的整体轻量化产品又得到了一个广阔的延伸发展新空间。

参考文献：

[1]罗晔.先进高强钢在汽车行业的应用前景光明[J].世界金属导报，2020，1（10）.

[2]杜建设.全铝车身的优势和劣势[EB/OL].http://www.sohu.com，2020-03-02.

[3]张永帅，刘冲，赵军利，等.浅谈热成形压力技术的应用和发展[J].汽车制造业，2016，11（15）