成形技术的发展趋势1

成形技术发展趋势崔远航（黑龙江八一农垦大学工程学院10级机械四班大庆163319）摘要：随着人们对汽车要求的提高，对汽车配件的制造要求也越来越高。本文论述了采用新型材料，提高现有技术水平，发展新技术等方面的一些发展趋势及激光拼焊板、高强度钢板、烘烤硬化板、铝合金材料在应用的发展前景。关键字：汽车；成形技术；发展趋势FormingTechnologyDevelopmentTrendCuiYuanhang(JournalofHeilongjiangBayiAgriculturalUniversityCollegeofEngineeringClassFourGrade10ofMachineryAbstract:Withtheimprovementofpeople'srequirementofautomobile,manufacturingofautopartsareincreasinglyhighrequirements.Thispaperdiscussestheuseofnewmaterials,toimprovethecurrenttechnicallevel,developsaspectandsoonnewtechnologysometrendsofdevelopmentandthelaserspellsweldstheboard,thehighstrengthsteelplate,theroastinghardeningboard,thealuminumalloymaterialformingintheautomobileapplicationprospectsfordevelopment.Keywords:Automobile;formingtechnology;developmenttrend大量资料表明，汽车质量每减轻1%，燃油消耗下降0.6%~1.0%。钢板约占轿车材料的75%，车身质量约占整车质量的25%~30%，制轻型或超轻型车身成为众多厂家追逐的目标。1.激光拼焊板的应用和研究近年来，激光拼焊板应用量不断扩大。利用激光拼焊板成形冲压零件具有以下优点：减轻零件质量、节省能源消耗；减少零件数量、降低零件生产成本；增加零件强度、提高整车安全性。目前，激光拼焊板已经应用于车身上的许多部位，如发动机舱上纵梁、保险杠、下纵梁、地板、前门内板、后门内板、侧围、轮罩、后行李箱盖、车顶加强板、中立柱、前立柱加强板等。（1）国内外拼焊板的应用日本丰田汽车公司于1985年开始在车身制造中应用拼焊板，每年用于60个冲压件的拼焊板消耗量为360万张。拼焊板在丰田汽车公司的应用经历了3个阶段：用于内覆盖件以改善板料的成形性和覆盖件的整体性；用于外覆盖件以改善车身的外观和装配精度；用于骨架件以改善车身的防撞性和减轻车身质量。美国通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司拼焊板主要用于门内板、侧围、立柱、门框、横梁等零件。以门内板比例最高，达40%。欧洲汽车公司使用拼焊板的数量也逐年增加。国内自首家激光拼焊板企业——武汉蒂森克虏伯公司在武汉成立以来，由一汽集团公司、上海宝钢集团公司、日本住友商社联合投资1.8亿元建设的一汽宝友板加工配送公司于2004年12月16日竣工投产。一汽宝友公司是目前国内最大的激光拼焊板加工中心，由瑞士引进激光焊接自动线可为汽车公司提供剪切、落料、激光拼焊板及相关服务。该公司在几年内将形成1000万件激光拼焊板的生产能力。拼焊板的应用主要集中在几家合资轿车厂。一汽奥迪A6的前地板、上海大众的POLO轿车中央通道零件、上海通用的前门内板、广州本田ODYSSEY多功能轿车的前门内板等使用进口的拼焊板进行冲压。（2）国内拼焊板的研究现状国内对拼焊板从材料到成形工艺进行了研究和试验，对拼焊板的成形性及焊缝在零件成形过程中的移动和控制等进行了分析，取得了一系列成果，基本上掌握了拼焊板的变形特点和使用规则。2.高强度钢板的应用高强度钢板原来通常指屈服强度大于210MPa的钢板。在日本，抗拉强度不小于490MPa的热轧带钢和抗拉强度不小于340MPa的冷轧钢带被称为高强度钢板。烘烤硬化钢板经过烘烤或实效后强度也能达到很高的值，通常也被列入高强度钢板。目前，高强度钢板包括含磷高强度钢板、微合金高强度板、双相钢板和烘烤硬化钢板。高强度钢板可以减轻零件质量，提高整车碰撞的安全性，提高零件的外观质量和抗凹性，因此近年来得到了越来越多的应用。（1）国外高强度钢板的应用现状20世纪80年代初，美、日、德、法等国家开始将高强度钢板用于车身的生产。目前，日本的轻型车车身面板几乎百分之百用BH高强度钢板。美国每辆车的高强度钢板用量从1970年的21.4kg上升到1995年的166.4kg。德国已经大量采用BH钢板代替长期使用的St13、St14普通级别钢板。为了提高覆盖件的抗凹性和加工硬化效应，采用锁止筋对零件进行双向拉伸。（2）国内高强度钢板的应用现状一汽在CA1092车驾驶室上成功地将41种零件的材料改为BIF340、BH340，使每辆车材料消耗下降35.84kg，每车降低原材料采购成本178.31元。一汽MAZD6轿车也大量使用了高强度钢板。国内其他厂家的载货车和轿车也在不同程度上应用高强度钢板。3.板材热成形技术板材热成形是将坯料加热到再结晶温度以上某一适当温度，使板料在奥氏体状态时进行成形，降低板料成形时的流动应力，提高板料的成形性。但为了防止热加工导致强度降低，热形方法必须辅以合适的热处理手段。板材热成形工艺流程：落料→预成形→加热→冲压成形→保压（使零件形状稳定）→去氧化皮→激光切边冲孔→涂油（防锈处理）。板材的这种热成形技术在国外汽车工业中已经开始应用，德国大众公司在PASSATB6中对部分车身零件采用了该技术。目前，国内汽车厂由于受技术和设备的限制，还没有采用该类热成形工艺加工薄板类零件。但是对于厚板料零件的热成形技术如冲焊桥壳的热成形在国内外已经广泛应用，国内载货车目前大量采用冲焊桥壳。4.铝合金材料汽车轻量化的要求推动了铝合金和镁合金等轻金属的应用。铝合金可以热处理进行强化，有的铝合金强度可以达到600MPa，与高强度钢板相当，比强度（强度和密度之比）比某些合金钢高，另外铝保险杠及铝车架等的吸能效果是钢件的两倍。车身车门、行李箱盖、顶盖、翼子板、底板、保险杠等均可以用铝合金板制造；奥迪A8、捷豹XJ8等采用了全铝车身，车身质量大幅度减轻。铝拼焊板已开始应用。目前，铝合金板的应用主要集中在高档车上，但将来会有很好的应用前景。5.内高压成形技术内高压成形技术是近年来在国际上迅速发展起来的一种轻量化结构件制造技术。内高压成形结构件比冲压件减重20%~35%，成形的空心轴类件比实心轴减重30%~50%。该技术正在向双层管内高压成形、拼焊管内高压成形、内高压成形与连接复合、热态介质内高压成形方向发展。（1）内高压成形的技术关键内高压成形的技术关键是合模压床、高压源、加载和送料的匹配以及管端的密封。合模压床目前普遍采用液压机，内高压成形过程中提供合模力。对于Φ65mm、长2m的零件，当成形力达到250MPa时需要合模力32500kN。高压源用于产生和控制高压液体，高压源的高压液体目前广泛采用的是外部建立的方式，这种方式的核心部件是增压器，补料和管端密封系统由水压系统或油压系统来完成；计算机控制系统控制增压器内压、补液系统压力控制、内压和送料的匹配。内高压成形管端的密封目前广泛采用压入式楔形冲头法，该方法密封效果好，便于加工。但由于扩孔效应的存在，引起管端和模具间巨大的摩擦力，不仅严重影响模具使用寿命而且容易引起事故，提出采用MoS2和黄甘油混合进行润滑，很好地解决了问题。（2）国内外内高压成形技术发展现状德国于20世纪70年代末开始内高压成形技术的基础研究，90年代在工业生产中应用内高压成形技术。戴姆勒－奔驰公司于1993年建立内高压成形车间，大众公司某车间2000年B6/B77种零件为内高压成形件，年产共200万件。宝马公司已在几个车型上应用了内高压成形零件，德国某公司年产350万件排气系统管件。排气系统异形管件包括排气歧管等；底盘构件包括前、后副车架，车身框架、座椅框架及散热器支架，前轴、后轴，安全构件，装配式凸轮轴。美国在本土制造的典型轿车中的空心轻体件占轿车质量的比例已从15年前的10%上升到16%，在中型面包车、大吉普和皮卡车的比例还要高。通用公司制造了副车架、散热器支架、下梁和车顶托架等空心零件。福特公司在底盘零件、车身框架、排气系统等应用了内高压成形技术。日本不仅丰田、日产等汽车公司开始应用内高压成形零件，NKK、新日铁、川崎制铁所、住友轻金属工业株式会社等钢厂也对内高压成形技术进行了细致广泛的研究，并研制出几种内高压成形机，日本水压工业所研制出一种机械锁模机构，可以在小吨位液压机上制作大型内高压零件。除了管类零件内高压成形外，发展起来一种板材焊接后形成中间空腔，再内高压成形的技术，突破了管料截面变形极限的限制，为制造复杂空心零件提供了广阔的空间，国内第一汽车集团公司技术中心开发出具有自主知识产权专利技术的合模压床，使主缸系统压力显著降低，大大降低了设备的制造成本，同时开发出管内增压系统，降低了高压源的元器件的要求和高压源的制造成本，目前正在进行中型载货车桥壳内高压成形技术的开发工作。内高压成形的某载货车带后盖的整体。哈尔滨工业大学开发出内压400MPa、合模力10MN、水平推力1.5MN可加工长度1000mm的内高压成形机，并开发出轿车副车架、轿车后轴纵臂等零件内高压成形技术。燕山大学等科研机构也开发出了轻型车后桥壳等内高压成形技术等。尽管如此，国内内高压成形技术目前还没有达到批量生产内高压成形零件的能力，因此该技术的应用具有广阔的发展空间。6.管类零件成形实心零件空心化、管类零件精密成形是汽车减重节能的一个重要发展方向。国外空心管类件应用量越来越大，一些变速器轴、拖车车轴、浮桥车轴逐渐变为空心轴，后桥壳采用管类件机械内胀成形技术已经开始应用。装配式凸轮轴国外开始大量应用。同时，管类件也出现了一些新的成形工艺，如德国的GFU公司开发的旋转镦锻技术，可以成形许多常规工艺难以实现的零件7.空气弹簧封装技术空气弹簧由于减振效果好、弹簧的行程可以控制等优点，逐渐地走入客车甚至载货车的生产中。原来空气弹簧主要依赖进口，目前国内已经有多家企业生产空气弹簧，但绝大部分都不能达到标准要求。国外像固特异等知名品牌的空气弹簧对橡胶、封装和台架试验有严格的质量要求。一汽技术中心开发出空气弹簧的橡胶配方和独特的封装技术，用此技术加工出的空气弹簧其台架试验达到306万次，已经达到国际行业300万次的标准，目前，美国、德国的几大著名汽车公司已经将冲压零件成形性分析作为开发流程中的一个环节，日本公司则是选择性地进行成形性分析。美国三大汽车公司从1996年就规定新设计的车身冲压件模具，没有经过有限元分析，不准进行模具加工。国内目前有很多企业如一汽、二汽、宝钢等和高校、研究所在冲压成形领域应用CAE技术，并解决了大量的工程问题。另外，像吉林大学、湖南大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等开发出具有自主知识产权的有限元分析软件，能预测开裂、起皱等缺陷，在一些技术方面有独到之处。但从操作界面的方便性和处理问题的具体细节以及软件运行的可靠性等方面与国外的商业软件相比尚有一定距离。总的来看，国内冲压过程CAE的应用还没有形成真正的规模。一汽技术中心在产品开发流程中开始应用冲压零件成形性分析技术，目前开发的轿车、载货车新产品中有相当一部分复杂冲压零件进行了成形性分析。根据分析结果对零件结构和尺寸进行了调整，提高了零件的成形工艺性。已经实现了拉深成形→修边→整形或二次拉深→翻边整套艺的连续模拟。逐渐由定性分析向定量分析转变。已具备薄板和厚板以及不等厚板成形有限元分析的能力。模具制造1987年模具首次被列入机电产品目录，全国模具生产总值30亿元。到2004年我国的模具产值突破530亿元，排名世界第三。一汽模具制造有限公司、天津汽车模具有限公司等15家2004年模具产值超过15亿元。2005年全国模具销售总额达到610亿元。目前，车身模具企业已遍布全国，形成一定规模的有50多家，年产值1000万~5000万元的企业占一半。（1）产品专业化车身模具企业向专业化发展，如德国大众公司模具厂、奥迪公司模具厂、SCHULLER公司，意大利COMAU公司，美国AUTODIE、SECKLY，日本丰田公司模具厂、荻原公司、富士公司，韩国现代汽车模具中心等。有的专业制造整体侧围模具，有的专业生产四门模具，有的专门生产地板及结构件模具。模具向多工位自动化以及级进模方向发展。（2）制造数字化三维实体设计广泛应用于模具制造中，二维DL图转为三维DL图后可直接用于有限元分析和数控编程，百分之百采用CAE分析。模具设计采用3D参数化设计。实现了不等厚板成形模具设计，将同模模具推向生产。模具数控加工技术包括实型铸造技术、精细化编程、高速加工技术、型面数控强化和修补技术。冲压设备目前世界上冲压成形的大型压床向两个方向发展，一是大型多工位压力机，二是侧重于柔性生产的大型压力机生产线（配以自动化上下料机械手）。近10年来，这些压力机经过不断发展包含了以下关键技术：全自动换模系统、功能完善的自动监控系统和良好的人机操作界面、高生产效率所必需的高行程次数、高质