热成型技术在车身轻量化设计中的应用

　　麻桂艳闫禄平
　　摘要：介绍了高强度钢板热成型技术的工艺过程及模具设计的相关知识；对比了我公司某车型设计开发中B柱加强板的两种方案，完成了热成型B柱加强板的设计开发，禅明了热成型技术在车身轻量化设计中应用的可行性及意义。
　　关键词：热成型；车身；碰撞；高强钢
　　环境污染和能源消耗已经成为当今世界亟待解决的社会问题，通过车身轻量化降低汽车自重是一种降低汽车油耗的有效手段；另一方面日趋严格的碰撞法规又要求车身某些区域具有较高的强度以保证乘员安全。根据项目组控制整车重量的开发思想，我们在车身设计中引入了高强度钢板热成型技术，开发出了热成型B柱加强板，满足了整车侧碰要求并控制了车身重量。
　　一、热成型技术
　　钢板热成型技术（Hotforming）是一种将特殊高强度钢板加热到奥氏体温度后快速冲压，通过模具保压并实现淬火，最终得到组织为马氏体，抗拉强度在1200MPa以上的超高强度零件的新型成型技术。这种新技术最先由瑞典的HardTech公司于20世纪80年代提出，它与传统意义上的热冲压技术的本质区别在于不是通过空冷，而是通过在模具中布置冷却水回路使工件快速冷却淬火的。
　　二、热成型零件在车身上的应用
　　（一）应用情况
　　经调查，世界一些主要汽车制造商在车身开发中已经广泛使用热成型零件。如顶盖边梁、B柱加强板、中通道及防撞梁。自主品牌最近开发的车型上也有应用。
　　（二）新车开发中的应用
　　根据结构要求我们设计了B柱加强板及其内部加强件（如图1），通过CAE进行侧碰模拟分析发现上铰链附近区域B柱发生折断并且B柱下部侵入量大于公司标准。
　　针对以上问题我们进行了改进设计，提出了两种修改方案：
　　方案1：加大了B柱内部加强件的尺寸，使原来单层的B柱加强板变成两层。
　　方案2：将B柱加强板材料由B340590DP改为BR1500HS。
　　经CAE分析，并进行调整使以上两种方案均满足了公司侧碰要求。
　　从图中可以看出方案1中B柱加强板总成重量为12。2kg，方案2为8。04kg，左右侧围对称，方案1比方案2单台重了8。32同时焊接工序也比方案2复杂费时。
　　经财务部门评估单车综合成本发现使用热成型零件比使用普通冷冲压加强板略高，但在成本控制内且焊接及涂装工艺与冷冲压件相同。
　　（三）热成型零件的设计开发
　　根据不同温度下板材的应力应变曲线及模具温度变化曲线，我们利用PamStamp2G软件模拟了零件的成型过程，并对零件进行了改进设计，使减薄率满足公司要求，得出了最终的冷却水道分布和B柱加强板数据，并完成了模具的设计。
　　经过调试，得到了合格的B柱加强板零件，样件拉伸试验满足要求。量产车侧碰试验也与CAE分析结果相同，达到目标要求
　　三、结论
　　通过热成型零件在此新车型上的开发，证明了热成型技术在提高车身性能并实现车身轻量化方面有着较高的应用价值。可以预测，今后热成型技术将得到越来越广泛的应用，其相关装备和核心技术的研究也将成为制造业新的研究热点。
　　参考文献：
　　〔1〕徐伟力。钢板热冲压新技术介绍〔J〕。塑性工程学报，2009，4。
　　〔2〕康斌。国内外高强度汽车板热冲压技术研究现状〔J〕。冶金管理，2009，8。