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技术热点|该是关注千兆帕高强钢冷冲压的时候了

发布时间: 2024-05-26 09:24:50作者: hthcom华体会

  2023年11月23日/热成形产业联盟快讯--日本汽车制造商及其一级零部件供应商正在冷冲压一些由1.5GPa钢制成的白车身零件。世界上其它地区的企业也在采用超高强度的钢材冷冲压试验,包括1.5GPa和1.7GPa侧防撞梁。这些都展示了冷成形工艺(包括冷冲压和辊压成形)正在为汽车制造商在超高强度钢方面提供具有成本效益和能源效率的另一个可行方案以替代热冲压。

  为获得高强度、轻量化车身结构以满足五星安全碰撞性能的目标,汽车制造商们计划进一步提升其对先进高强钢/超高强度钢的使用。特别是电动汽车,需要以新的方式使用更高强度的材料,尤其是用于承载和保护其重形电池包。

  多年来,1.5GPa钢已经采用辊压成形工艺,为汽车白车身制造相对简单的型材。如今,冷冲压技术的系统性进步为白车身设计师和制造工程师提供了机会,可以为中等复杂轮廓零件冲压1.5GP钢,而不只依赖热冲压工艺。

  1. 成本可减少28%。由于热冲压的经营成本明显更高,冷成形工艺比热成形的成本要低得多。

  6. 冷冲压零件能够直接进行机械性模具冲孔和切边,而热成形零件需要更贵的激光切割加工,以避免氢脆。

  8. 由于马氏体钢的碳当量(Ceq值或 C.E.值)较低,因而具有比热成形钢PHS更好的焊接性能。

  2. 必须对回弹及补偿进行准备,日本和其他几个国家已证明能做到这一点:请参见下一节以及下面的回弹补偿。

  与世界其它地区相比,日本模具制造商的模具和工装已经开发得非常完善,以适应加工1500兆帕钢所需的更大吨位,并且要控制回弹,具有30多年经验的日本汽车钢顾问近藤仁知Hiroshi Kondo指出:所有日本汽车制造商现在都在评估1500兆帕钢的冷冲压。

  近藤Kondo还说:传统上,日本汽车制造商及其一级零部件供应商总是更喜欢冷冲压,而不是辊压成形或热冲压。冷冲压相比辊压成形的一个优势是,冲压可以让你更自由地选择零件的几何形状。

  冷冲压相比热冲压还有各种优点。对日本汽车制造商来说,关键是能耗低、单位冲次时间短。当然,还减少了现在大家关注的CO2排放,所有这些都让人偏好冷冲压而不是热成形。

  对于1500兆帕钢的应用,冷冲压的潜在合适产品有侧防撞梁、保险杠、横梁及其加强件。

  “大多数门槛板、门槛板加强件、底板横梁和一些车顶梁都可以辊压成形,SSAB汽车业务开发专家Kenneth Olsson说道:“但是,有许多零件由于其形状特殊而无法辊压成形。

  十多年来,门槛板采用SSAB Docol® CR1150Y1400T-MS-EG辊压成形,在生产线成形和切割。SSAB成形专家愿与客户讨论如何将这种辊压成形零件升级到1700兆帕钢。

  虽然热成形始终是一个选择,Olsson继续说道,但它成本更高,速度更慢,如果你用化石燃料加热——就像大多数供应商一样——就会产生CO2排放问题,这与汽车制造商的可持续发展目标相左。因此,在1500兆帕的强度水平下进行冷冲压是一个激动人心、相对较新的技术发展。

  奇昊汽车(KIRCHHOFF Automotive)公司使用SSAB Docol® 1500M和1700M牌号成功对侧防撞梁样件进行了冷冲压。下图所示为成形零件,下图所示为3点弯曲试验后的零件。

  在热冲压后,制造商必须非常小心地进行切边和冲孔操作,否则可能会引起延迟断裂。因此,一般会用激光来对热冲压零件加工孔和切边——这些激光比传统模具更复杂、成本更高。

  冷成形时,压力机能够正常的使用传统的冲孔和切边模具,而不可能会出现延迟断裂的风险,即使是在1.5GPa的钢材上也是如此。并且冷冲压模具切边和冲孔是常见的、快速且具有成本效益的一种工艺。

  热冲压的两个主要优点是能轻松的获得很复杂的形状并消除回弹。但日本冲压零部件厂商和其他几个国家的一些公司已获得一系列工艺方法来控制冷冲压零件的回弹:

  1. 仿真:成形仿真使设计人能优化零件的几何形状,以控制回弹,并提高冷冲压零件的最终精度。

  4. 模具几何形状:从较低屈服强度钢到较高屈服强度钢,如CR1220Y1500T-MS,在大多数情况下要对模具的几何形状进行一些更改,以补偿较高的回弹。

  正如《世界汽车用钢》在其“马氏体钢网页”上写的那样,马氏体钢为热成形钢提供了一种可冷成形的替代品。

  使用冷冲压允许在模具加工时灵活考虑不同的策略,这有助于减少回弹或获得无法通过辊轧成形而实现的零件特征。马氏体钢的冷冲压并不局限于形面平缓的简单零件。《世界汽车用钢》展示了一个冷冲压B柱的照片,上部分是CR1200Y1470T-MS,下部分是CR320Y590T-DP的拼焊板。文章继续写道:一项研究表明,钢板屈服强度与帽形零件的3点弯曲变形之间有相关性。根据屈服强度的比较,CR12001470T-MS具有与热冲压钢PHS-CR1800T-MB和PHS-CR1900T-MB相似的性能。厚度相同时,CR12001470T-MS钢性能超过常用的PHS-CR1500T-MB钢。如果采取了适当的压力机、工艺和模具设计,冷冲压工艺可以降造成本甚至零件重量。

  文章接着展示一个已在商业生产中采用马氏体1500 兆帕钢制成的冷冲压横梁加强件:该零件的不同高度以及最外边缘的非均匀截面有助于控制回弹,但如果不采用冷冲压工艺而是辊轧成形的话,难度明显更大。

  本文最后引用了冷成形的1500T-MS车顶横梁为例子,该加强件使用获得专利的Stress Reverse Forming™工艺,通过降低回弹灵敏度来提高尺寸精度。

  精度:由于没回弹,因此热成形零件可以非常精确。采用冷冲压,全面的回弹管理是零件精度的关键。

  零件形状:热成形是高度复杂的零件形状的理想选择——尽管冷冲压在零件复杂性方面已取得令人印象非常深刻的进展。

  能耗:热冲压需要快速加热(达到900°C)和快速冷却;而冷冲压不需要,从而节省了成本和碳排放。

  切边/冲孔:1.5GPa 热成形钢零件需要激光切边和孔加工,以避免氢脆。另一方面,冷冲压1500兆帕钢零件可以在生产线进行机械冲切和冲孔。

  虽然冷冲压1.5GPa零件相对较新,但(冷)辊压成形超高强度钢已普及多年(包括日本以外的地方)。车身零件设计师和一级零部件供应商在辊压成形应用中越来越得心应手,不断突破形状的界限。

  例如,SHAPE公司设计了采用SSAB Docol® CR1350Y1700-MS-UC钢弯曲成车顶纵梁,用于福特车形的批量生产。结果:构件重量轻、成本低且节能,由于A柱壁障更小,因此可提高车内乘员的视野。

  3D辊压成形已被推荐作为在超高强度钢中制造一些略复杂的几何形状的替代方法。

  SSAB的碰撞性能专家提议在其Docol®电动车设计概念中使用1700兆帕钢的3D辊压成形来保护电池 。该设计利用3D辊压成形(波纹形)加工梁类件,以交织的波纹布置,形成非常坚固的电动车电池外壳底座,其波纹高度是此类结构的传统高度的一半。

  SSAB一直在仔细跟踪新形冷成形技术的引入和部署,了解冷成形工艺的效率——具有更短的单位冲次时间、更简单的压力机和更少的能源使用——与汽车制造商简化生产、减少相关成本和可持续性的目标保持一致。

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