汽车车身用高强钢板的热冲压及激光点焊技术

1、汽车车身用高强钢板的热冲汽车车身用高强钢板的热冲压及激光点焊技术压及激光点焊技术 董仕节董仕节一、汽车轻量化的迫切性汽车轻量化的迫切性二、汽车轻量化的关键技术汽车轻量化的关键技术三、高强度钢板的热冲压技术高强度钢板的热冲压技术四、高强度钢板的激光点焊技术高强度钢板的激光点焊技术概述概述洁净化洁净化安全化安全化轻质化轻质化舒适化舒适化信息化信息化汽车技术的发展：汽车技术的发展：一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性13101310kgkgAudi A4 neuAudi A4 neu 2,0 l2,0 lAl- Al- 车身车身, ,Mg- Mg-

2、 变速箱外壳变速箱外壳, ,Al- Al- 轻质轮毂轻质轮毂, ,Al- Al- 底盘部件底盘部件, ,高强度钢板高强度钢板, , 塑料件塑料件.- - 110 110 kgkg+ 160 kg+ 160 kg重量增加重量增加Audi A4Audi A4 1,8 l1,8 l12601260kgkgAudi A4Audi A4 重量变化重量变化1994 1994 型型 2002 2002 型型30% 30% 安全要求安全要求22% 22% 舒适性舒适性22% 22% 法规法规15% 15% 附件设备附件设备 8%8% 质量要求质量要求重量减轻重量减轻汽车技术的发展汽车技术的发展-汽车的重量在攀

3、升：汽车的重量在攀升：一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性随着汽车业持续快速发展，随着汽车业持续快速发展，我国能源危机的趋势凸现我国能源危机的趋势凸现! 9494年年20042004/2008/2008年石油消费总量年石油消费总量( (亿吨亿吨) )净石油净石油进口国进口国美美 国国中中 国国日本日本中国中国2.5/3.99.2/8.8l 20042004年我国进口石油超过年我国进口石油超过1.2 1.2 亿吨。亿吨。l 我国汽车保有量我国汽车保有量20202020年将达到年将达到1 1亿亿3 3千万辆，届时石油总消耗将达到千万辆，届时石油总消耗将达到4 4亿亿5 5千万吨。千万吨。汽

4、油消费结构汽油消费结构85%15%汽车消费汽车消费其他其他2.5/2.2一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性环境污染成为制约汽车发展的重要因素环境污染成为制约汽车发展的重要因素! ! COCO、COCO2 2、NOxNOx、SOxSOx、臭氧以及各种颗粒物臭氧以及各种颗粒物 目前世界上空气污染最严重的目前世界上空气污染最严重的1010个城市中有个城市中有7 7个在中国。个在中国。75%25%汽车尾气汽车尾气其他其他一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性解决能源与环境双重危机势在必行！解决能源与环境双重危机势在必行！新能源汽车新能源汽车汽车轻量化汽车轻量化混合动力混合动力汽车汽车二

5、甲醚等代用二甲醚等代用燃料汽车燃料汽车汽车电子汽车电子传统汽车传统汽车升级换代升级换代解决方案解决方案高强度钢与高强度钢与铝镁合金及铝镁合金及轻量化结构轻量化结构应应 用用应应 用用应应 用用能源危机能源危机环境污染环境污染一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性燃油消耗可燃油消耗可减少减少6%-8%6%-8%实现节能实现节能减少排减少排放放实现环保目标实现环保目标一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性2020世纪世纪9090年代，世界范围内的年代，世界范围内的3535家主要钢铁企家主要钢铁企业合作完成了业合作完成了“超轻钢质汽车车身超轻钢质汽车车身”（ULSABULSABUltra

6、 Ultra Light Steel Auto BodyLight Steel Auto Body）课题。该课题的研究成果）课题。该课题的研究成果表明，车身钢板的表明，车身钢板的90%90%使用现已大量生产的高强度钢使用现已大量生产的高强度钢板（包括高强度、超高强度和夹层减重钢板），可以板（包括高强度、超高强度和夹层减重钢板），可以在不增加成本的前提下实现车身降重在不增加成本的前提下实现车身降重25%25%（以（以4 4门轿车门轿车为参照），且静态扭转刚度提高为参照），且静态扭转刚度提高80%80%，静态弯曲刚度，静态弯曲刚度提高提高52%52%，第一车身结构模量提高，第一车身结构模量提高58

7、%58%，满足全部碰撞，满足全部碰撞法规要求。法规要求。高强度钢板在车身上应用高强度钢板在车身上应用国外汽车轻量化技术研究日新月异国外汽车轻量化技术研究日新月异一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性p 创新设计p 先进工艺 激光拼焊板 管件液压成形高强度钢板在车身上应用高强度钢板在车身上应用- ULSAB国外汽车轻量化技术研究日新月异国外汽车轻量化技术研究日新月异一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性高强度钢板在车身上应用高强度钢板在车身上应用- ULSAB 2000-2005-2010国外汽车轻量化技术研究日新月异国外汽车轻量化技术研究日新月异一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化

8、的迫切性奥迪奥迪A2A2：采用全铝骨架车身和铝合金蒙皮结构，使其总：采用全铝骨架车身和铝合金蒙皮结构，使其总重量减少到重量减少到825kg825kg，比采用传统钢材料车身减轻了，比采用传统钢材料车身减轻了43%43%。 Audi A2 车身骨架（车身骨架（ASF）重量仅重量仅249kg一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性梅赛德斯梅赛德斯- -奔驰新款奔驰新款SLR MclarenSLR Mclaren：高性能跑车几乎完全由碳纤维：高性能跑车几乎完全由碳纤维复合材料制成。纵梁、乘员舱也完全由碳纤维复合材料制成，在复合材料制成。纵梁、乘员舱也完全由碳纤维复合材料制成，在发生碰撞时可吸收所有

9、的碰撞能量，从而确保乘员舱完好无损。发生碰撞时可吸收所有的碰撞能量，从而确保乘员舱完好无损。复合材料复合材料在汽车上的应用在汽车上的应用国外汽车轻量化技术研究日新月异国外汽车轻量化技术研究日新月异一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性雷诺雷诺 Avantime 车身塑料件车身塑料件国外汽车轻量化技术研究日新月异国外汽车轻量化技术研究日新月异一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性Mercedes-Benz A级车后举门级车后举门国外汽车轻量化技术研究日新月异国外汽车轻量化技术研究日新月异汽车轻量化基本途径汽车轻量化基本途径 优化汽车结构，减少零部件数量优化汽车结构，减少零部件数量 （

10、使零部件薄壁化、中空化、小（使零部件薄壁化、中空化、小型化及复合化等）型化及复合化等） 采用轻量化材料采用轻量化材料 （高强度钢板、铝镁合金、复合（高强度钢板、铝镁合金、复合材料等）材料等）二、汽车轻量化的关键技术二、汽车轻量化的关键技术q 应在保证汽车整体性能不受影响的前提下，最大限应在保证汽车整体性能不受影响的前提下，最大限度地减轻各零部件的质量。度地减轻各零部件的质量。q 轻量化汽车必须满足耐撞安全性、轻量化汽车必须满足耐撞安全性、NVH NVH 等性能。等性能。q 汽车轻量化必须兼顾质量汽车轻量化必须兼顾质量性能性能成本。成本。汽车轻量化的要求汽车轻量化的要求二、汽车轻量化的关键技术二

11、、汽车轻量化的关键技术整车碰撞有限元模型整车碰撞有限元模型有限元网格在前处理程序有限元网格在前处理程序HypermeshHypermesh中完成中完成计算在计算在ANSYS/LS-DYNAANSYS/LS-DYNA中进行。中进行。 整车有限元模型整车有限元模型:碰碰 撞撞二、汽车轻量化的关键技术二、汽车轻量化的关键技术正面碰撞仿真与实验比较正面碰撞仿真与实验比较碰碰 撞撞二、汽车轻量化的关键技术二、汽车轻量化的关键技术侧面碰撞整车有限元模型侧面碰撞整车有限元模型整车侧面碰撞有限元模型整车侧面碰撞有限元模型侧面碰撞假人采用的是侧面碰撞假人采用的是EuroSIDEuroSID侧面碰撞假人。侧面碰撞

12、假人。 碰碰 撞撞二、汽车轻量化的关键技术二、汽车轻量化的关键技术轻量化前车身焊点疲劳寿命（循环次数）分布云图轻量化前车身焊点疲劳寿命（循环次数）分布云图疲疲 劳劳最短寿命均出现在后减震弹簧座本最短寿命均出现在后减震弹簧座本体与后地板前横梁本体之间焊点体与后地板前横梁本体之间焊点二、汽车轻量化的关键技术二、汽车轻量化的关键技术共有共有249个零件个零件 单元总数单元总数347105刚刚 度度二、汽车轻量化的关键技术二、汽车轻量化的关键技术三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术减薄和高强是恶化成形性的双减薄和高强是恶化成形性的双重因素重因素(不仅产生开裂而且产生不仅产生开裂而且产生

13、过量回弹过量回弹)传统的冲压工艺对高强度钢板传统的冲压工艺对高强度钢板束手无策束手无策热冲压技术使其在车身上应用热冲压技术使其在车身上应用成为可能成为可能热冲压技术是有瑞典的Hard Tech公司于20世纪80年代提出并于近年实现产业化的新技术。冷冲压热冲压三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术两种典型的热冲压工艺三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术热冲压过程中的组织变化三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术试验设备三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术不同应力下的轴向应变（700）破

14、坏件的真实应变三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术热冲压实验是实验件的温度分布600下介稳奥氏体的成形极限图三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术Cooling Rate (K/S)1105 Pa：22.12105 Pa：32.13105 Pa：48.84105 Pa：56.65105 Pa：62.96105 Pa：68.37105 Pa：73.18105 Pa：101.2三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢

15、板的热冲压技术T=950 and Prestrain=0%Cooling Rate (k/s) (a):22.1;(b):32.1;(c):48.8;(d):56.6; (e): 62.9; (f):68.3; (g): 73.1; (h): 101.2三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术T=800 and Prestrain=17%Coolingrate:22.132.148.856.6三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术T=800 and Prestrain=17%Coolingrate:62.968.373.1101.2三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度

16、钢板的热冲压技术Coolingrate:22.132.148.856.6T=800 and Prestrain=8%三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术Coolingrate:62.968.373.1101.2T=800 and Prestrain=8%三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术Coolingrate:22.132.148.856.6T=600 and Prestrain=17%三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术T=600 and Prestrain=17%CoolingRate:62.968.373.1101.2三、高强度钢板的热冲

17、压技术三、高强度钢板的热冲压技术T=600 and Prestrain=8%Coolingrate: 22.132.148.856.6三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术T=600 and Prestrain=8%Cooling rate:62.968.373.1101.2三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术 22.1 32.1 44.8 56.6 62.9 68.3 73.1 101.2K/S三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术四、激光点焊技术四、激光点焊技术激光点焊与电阻点焊的对比：激光点焊的优点：1、热影响区小，无污染，焊接质量高；2、焊接

18、具有高精度、高柔性；3、不需要较多的辅助设备，能较快适应产品变化；4、属于无接触焊接，焊点的间距、搭接量变化范围大；5、激光的可达性好，可以减少点焊时位置和结构上的限制；6、点焊速度快、精度高、热输入量少、变形少。缺点：焊点表面存在金属堆积、中心存在匙孔，有时也会产生金属挥发造成成分不均匀。四、激光点焊技术四、激光点焊技术四、激光点焊技术四、激光点焊技术激光焊点的表面形貌和剖面照片四、激光点焊技术四、激光点焊技术不同材料的激光焊点形貌四、激光点焊技术四、激光点焊技术激光点焊的工艺参数： 焊接时间 激光的功率 离焦量 焊件的间隙四、激光点焊技术四、激光点焊技术焊接时间的影响：不同功率下时间对熔合面直径和上表面直径的影响但时间的增加使上表面的塌陷和下表面的内凹深度都明显增加四、激光点焊技术四、激光点焊技术激光