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汽車車身材料主要是金屬薄鋼板，一般厚度在０．６～２．０ｍｍ ，隨著鋼材

品種的開發(fā)和不斷更新，越來越多的高強(qiáng)度鋼板被應(yīng)用于汽車車身。高強(qiáng)度鋼板具有較高的強(qiáng)度，能使汽車用料相對(duì)減少，減輕汽車質(zhì)量，提高燃料效率。高強(qiáng)度鋼板在汽車車身中的廣泛應(yīng)用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)汽車輕量化、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境以及延長(zhǎng)車身壽命、提高汽車的碰撞性能、安全性能等方面都具有重要的意義。

一.高強(qiáng)度鋼板的性能

一般地把屈服強(qiáng)度 σｓ小于２５０ ＭＰａ的鋼板稱作普通鋼板，σｓ大于

２５０ ＭＰａ的鋼板稱作高強(qiáng)度鋼板。高強(qiáng)度鋼板和普通板除了在屈服強(qiáng)度上有明顯的差異外，其抗拉強(qiáng)度、應(yīng)變硬化指數(shù)、厚向異性指數(shù)等方面都有不同。

從上表可以看出，高強(qiáng)度鋼板的屈服強(qiáng)度 σｓ和抗拉強(qiáng)度 σｂ比普通鋼板高得多，而應(yīng)變硬化指數(shù) ｎ 值和厚向異性指數(shù) ｒ 值卻很低，因此高強(qiáng)度鋼板的成形性能比普通鋼板差，成形極限比普通鋼板小。沖壓過程中，高強(qiáng)度鋼板雖然與普通鋼板一樣具有開裂和起皺的問題，但由于 σｓ和 σｂ高，ｎ 值和 ｒ 值低，影響粘模性的幾何面缺陷和定形性問題更為突出，因此高強(qiáng)度鋼板更容易出現(xiàn)回彈、扭曲等沖壓件尺寸精度的問題。

二.高強(qiáng)度鋼易出現(xiàn)的尺寸精度問題

２．１ 回彈

回彈是指彎曲棱形的相鄰２個(gè)面的夾角與模具型面角度不一致的現(xiàn)象。在彎曲成形過程中，彎曲圓角外部由于材料伸長(zhǎng)而產(chǎn)生拉深的應(yīng)力，而在彎曲圓角內(nèi)部，材料由于壓縮，又產(chǎn)生了壓縮的應(yīng)力。但是在零件脫模后，由于存在彈性變形和板厚內(nèi)外應(yīng)力釋放，即產(chǎn)生了力矩，從而發(fā)生了角度變化。如圖1所示。

２．２　 側(cè)壁翹曲

側(cè)壁翹曲是指?jìng)?cè)壁的平面變成有曲率面的現(xiàn)象。零件側(cè)壁上圓角處圓角內(nèi)側(cè)板料受壓應(yīng)力而產(chǎn)生壓縮變形，圓角外側(cè)板料受拉應(yīng)力作用產(chǎn)生拉深變形，當(dāng)零件脫模后，由于存在殘余彈性變形和板厚應(yīng)力差，使零件側(cè)壁上圓角處側(cè)壁向外產(chǎn)生角度變化。同理，零件側(cè)壁下圓角處側(cè)壁向里產(chǎn)生角度變化，而法蘭向下產(chǎn)生角度變化。在上、下２個(gè)力矩的作用下零件側(cè)壁產(chǎn)生翹曲和內(nèi)凹。如圖2所示。

２．３　 扭曲

扭曲是指與縱向軸垂直的２個(gè)斷面產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，是板厚方向應(yīng)力差和面內(nèi)應(yīng)力共同作用下的結(jié)果。如圖３所示。

２．４　 棱形翹曲

棱形翹曲是指產(chǎn)品棱線和模具棱線曲率不一致的現(xiàn)象。零件圓角處圓角內(nèi)側(cè)板料受壓應(yīng)力而產(chǎn)生壓縮變形，圓角外側(cè)板料受拉應(yīng)力作用產(chǎn)生拉深變形，零件脫模后，在殘余彈性變形和板厚應(yīng)力差的共同作用下，零件圓角處棱線產(chǎn)生變化 。如圖４所示。

三.高強(qiáng)度鋼板尺寸精度控制措施

對(duì)于高強(qiáng)度鋼板尺寸精度控制，不僅要把好產(chǎn)品設(shè)計(jì)關(guān)，還需要設(shè)計(jì)合理的沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)，以及做好后期的模具調(diào)試工作。

３．１　 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)階段，應(yīng)做好高強(qiáng)度鋼板沖壓件的成形性分析，強(qiáng)化 ＣＡＥ模擬，通過 ＣＡＥ結(jié)果來不斷優(yōu)化產(chǎn)品的外形結(jié)構(gòu)，達(dá)到避免或者減輕產(chǎn)品可能出現(xiàn)的尺寸精度偏差的目的。產(chǎn)品外形可以從以下３個(gè)方面考慮。

１ ）產(chǎn)品圓角半徑設(shè)計(jì)合理。同等料厚下，產(chǎn)品圓角半徑小，產(chǎn)品回彈和側(cè)壁翹曲小，但過小的圓角半徑會(huì)使產(chǎn)品的彎曲區(qū)域應(yīng)變過大而產(chǎn)生破裂，因此，產(chǎn)品圓角半徑應(yīng)結(jié)合 ＣＡＥ 模擬情況，合理設(shè)計(jì)。

２ ）產(chǎn)品設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋等形狀。加強(qiáng)筋、溝槽等形狀可以改變產(chǎn)品應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，均衡產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力，減小產(chǎn)品回彈。

３ ）其他有利于提高尺寸精度的設(shè)計(jì)。通過產(chǎn)品階梯狀設(shè)計(jì)可以減小產(chǎn)品側(cè)壁彎曲，產(chǎn)品后尾式加強(qiáng)形狀的設(shè)計(jì)可以減少產(chǎn)品的側(cè)壁回彈。

３．２　 沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)確定后，制定合理的沖壓工藝能提高產(chǎn)品的尺寸精度，減小產(chǎn)品的回彈、扭曲和起皺等缺陷，但有些工藝方法降低了材料利用率，或者需要更改現(xiàn)有設(shè)備，從而增加了產(chǎn)品開發(fā)成本，這要求必須做好工藝分析，權(quán)衡利弊，取舍得當(dāng)。

１ ）拉深深度盡量均勻。拉深深度均勻，沖壓過程中材料流動(dòng)均勻，利于后期模具調(diào)試和產(chǎn)品尺寸精度的提高。對(duì)于斷面深度不一致的產(chǎn)品，應(yīng)通過補(bǔ)償來保證拉深深度盡可能的一致。此外高強(qiáng)度鋼板還要采用比普通板更深的拉深深度，以保證最深斷面處的材料流動(dòng)均勻。

２ ）產(chǎn)品盡量一次成形。產(chǎn)品一次成形后材料應(yīng)力強(qiáng)化，二次成形或者整形后，產(chǎn)品更容易出現(xiàn)回彈或扭曲現(xiàn)象，因此高強(qiáng)度鋼板應(yīng)盡可能在一次成形工序中把產(chǎn)品的幾何形狀全部成出來，避免二次成形。

３ ）增大壓邊力。壓邊力增加，材料經(jīng)過凹模口圓角半徑彎曲變形程度增加，從而能使側(cè)壁翹曲、回彈和扭曲變小，但是如果壓邊力過大，則有產(chǎn)生破裂的危險(xiǎn)。

４ ）采用階梯式拉深。階梯式拉深是在模具臺(tái)肩部分設(shè)定階梯形狀，在成形終期，通過把這個(gè)階梯形狀進(jìn)行成形，對(duì)縱壁附加張力，來減小側(cè)壁翹曲的一種拉深方法。

５ ）回彈補(bǔ)償控制。對(duì)于高強(qiáng)度鋼板產(chǎn)品，應(yīng)在拉深工序中做出合理的回彈補(bǔ)償，吸收掉產(chǎn)品回彈量，保證產(chǎn)品的尺寸精度。

６ ）鑲塊式模具結(jié)構(gòu)。高強(qiáng)度鋼板的尺寸精度偏差值經(jīng)常需要在模具多次調(diào)試驗(yàn)證后才能確定，而高強(qiáng)度鋼板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高，反復(fù)調(diào)試模具磨損嚴(yán)重。建議高強(qiáng)度鋼板采用堆焊性能好的鑲塊式模具結(jié)構(gòu)，鑲塊式有利于模具結(jié)構(gòu)的調(diào)整，堆焊性能好利于模具局部間隙的調(diào)整。此外，拉深凹模圓角半徑小能減小產(chǎn)品的側(cè)壁翹曲，后序整形和翻邊凸凹模間隙的選擇得當(dāng)也能起到校正側(cè)壁翹曲的效果 。

３．３　 模具調(diào)試

１ ）高強(qiáng)度鋼板模具一般應(yīng)先根據(jù)ＣＡＥ模擬，做好補(bǔ)償，然后開發(fā)快速模進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試好之后，根據(jù)改動(dòng)數(shù)據(jù)，再開發(fā)正式模具。

２ ）不輕易更改拉深圓角和拉深筋，并注意對(duì)稱以利于回彈的二次調(diào)整。

３ ）鑲塊底面藍(lán)油檢查著色率應(yīng)保證９０％以上。

４ ）壓料面藍(lán)油檢查著色率應(yīng)達(dá)到９０％以上。凹角可以空開的要空開，避免干涉，保證材料流動(dòng)均衡。

５ ）拉深和成形模具調(diào)試盡量采用大的成形力和壓邊力；拉深筋的圓角和凹模的底部圓角盡量放大，防止產(chǎn)品開裂和壓邊圈起皺磨損。

四.高強(qiáng)度鋼板模具材料

４．１　 高強(qiáng)度鋼板模具的受力情況

１ ）高強(qiáng)度鋼板的高抗拉強(qiáng)度使模具在成形過程中承受巨大的工作壓力；

２ ）為了防止起皺和回彈，模具承受巨大的壓邊力；

３ ）巨大的工作壓力和壓邊力的施加，導(dǎo)致模具摩擦力增加；

４ ）整形模中為了防止起皺和回彈，采取較小的工作間隙，也導(dǎo)致模具摩擦力的增加。

5 ）高強(qiáng)度鋼板的高抗拉強(qiáng)度使模具刃口部位在修沖過程中承受巨大的工作壓力；

6 ）修沖的瞬時(shí)性決定模具工作刃口承受著巨大的交變應(yīng)力；

7 ）修沖過程板料在刃口部位應(yīng)力集中，順利完成修沖需要模具刃口尖銳，刃口強(qiáng)度降低。

４．２　 高強(qiáng)度鋼板模具材料的選用

高強(qiáng)度模具的受力特點(diǎn)決定了高強(qiáng)度鋼板模具必須具有高抗磨損性能、高抗粘著性能、高抗崩刃性能、高抗開裂性能和高抗塑性變形性能，這些性能要求高強(qiáng)度鋼板模具材料必須具備高硬度和高韌性的特點(diǎn)。

１ ）高硬度。高強(qiáng)度鋼板高抗拉強(qiáng)度要求高強(qiáng)度鋼板模具材料必須具備較高的硬度，較高的模具材料硬度還可以阻止材料在產(chǎn)品成形過程中的塑性變形、過度磨損和粘著。

２ ）高韌性。模具材料韌性高，可以防止產(chǎn)品沖壓過程中材料過早的失效，如開裂、崩刃和疲勞磨損等。通常根據(jù)高強(qiáng)度鋼板的屈服強(qiáng)度和產(chǎn)品料厚來確定合適的模具材料，其中，具有淬透性、耐磨性好的低合金工具鋼７ＣｒＳｉＭｎＭｏＶ 和高碳高鉻鋼 Ｃｒ１２ＭｏＶ 被廣泛應(yīng)用于汽車沖壓生產(chǎn)中如表２所示。實(shí)際應(yīng)用中也根據(jù)產(chǎn)品難易程度、沖壓工藝方式等選擇性能相當(dāng)或者更高性能的模具材料。

 此外，還需根據(jù)模具的調(diào)試情況、產(chǎn)品調(diào)試狀態(tài)等選擇合適的表面處理方式，比如表面鍍鉻、 ＰＶＤ 、ＴＤ等，模具表面處理后，模具表面硬度提高、摩擦因數(shù)降低，這大大提高了模具的使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量。

五.熱成形技術(shù)的應(yīng)用

盡管高強(qiáng)度鋼板在汽車沖壓生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，但也一直受幾個(gè)方面的制約：產(chǎn)品成形性差、容易開裂；產(chǎn)品成形尺寸精度差且容易產(chǎn)生各種表面缺陷；產(chǎn)品成形所需沖壓設(shè)備噸位大；超高強(qiáng)度鋼板制造困難。基于此，一些汽

車廠商采用了一種全新的針對(duì)高強(qiáng)度鋼板的熱成形工藝，其工藝措施是將鋼板加熱到奧氏體溫度區(qū)間（約９００）時(shí)進(jìn)行熱成形，同時(shí)在模具內(nèi)對(duì)沖壓件快速冷卻，再進(jìn)行淬火強(qiáng)化，以此制造抗拉強(qiáng)度更高的產(chǎn)品。熱成形技術(shù)不僅能

提高產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度，而且避免了出現(xiàn)高強(qiáng)度鋼板易出現(xiàn)的回彈、翹曲等尺寸精度問題。

熱成形技術(shù)的應(yīng)用推廣還有很多的工作要做：

１ ）熱成形過程中，材料的性能隨溫度變化而變化，為了保證熱成形模擬分析的準(zhǔn)確性，必須獲得不同溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線和材料參數(shù)；

２ ）為了提高碰撞安全分析的準(zhǔn)確性，必須研究不同應(yīng)變速率下熱成形材料應(yīng)力應(yīng)變曲線；

３ ）熱成形技術(shù)應(yīng)用成本較高，如何提高生產(chǎn)節(jié)拍、控制好加工成形的熱處理、降低廢品率還需要深入研究。

六.結(jié)語

高強(qiáng)度鋼板與普通鋼板性能的差異，決定了兩者產(chǎn)品尺寸精度問題的不同，相比較而言，高強(qiáng)度鋼板更容易產(chǎn)生較大的回彈、側(cè)壁翹曲、扭曲和棱形翹曲等產(chǎn)品尺寸精度問題，控制好產(chǎn)品尺寸精度問題，高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用才有意義，否則適得其反。這對(duì)前期的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具材料的選用以及后期的模具調(diào)試都提出了更高的要求，只有不斷總結(jié)高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，完善高強(qiáng)度鋼板產(chǎn)品的尺寸精度控制手段，做好熱成形等新技術(shù)的應(yīng)用，才能更加廣泛地應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)汽車輕量化。

★參考資料：汽車上都有些什么高強(qiáng)度鋼

汽車用高強(qiáng)鋼類型：

1、雙相鋼 （ DP 鋼， Dual Phase Steels ）

2、復(fù)相鋼 （ CP 鋼， Complex Phase Steels ）

3、相變誘導(dǎo)塑性鋼 （ TRIP 鋼， Transformation Induced Plasticity Steels ）

4、馬氏體鋼 （ MS 鋼， Martensitic Steels ）

5、淬火延性鋼 （ QP 鋼， Quenching and Partitioning Steels ）

6、孿晶誘發(fā)塑性鋼 （ TWIP 鋼， Twinning Induced Plasticity Steels ）

7、硼鋼 （ PH 鋼或 B 鋼， Press Hardening/Boron Steels ）

1、雙相鋼（DP 鋼）

★性能特點(diǎn)：

無屈服延伸、無室溫時(shí)效、低屈強(qiáng)比、高加工硬化指數(shù)和高烘烤硬化值。

★典型應(yīng)用：

DP 系列高強(qiáng)鋼是目前結(jié)構(gòu)類零件的首選鋼種，大量應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件、加強(qiáng)件和防

撞件。

如，車底十字構(gòu)件、軌、防撞桿、防撞桿加強(qiáng)結(jié)構(gòu)件等。

2、復(fù)相鋼（CP 鋼）

★性能特點(diǎn)：

晶粒細(xì)小，抗拉強(qiáng)度較高。與同級(jí)別抗拉強(qiáng)度的雙相鋼相比，其屈服強(qiáng)度明顯要

高很多。具有良好的彎曲性能、高擴(kuò)孔性能、高能量吸收能力和優(yōu)良的翻邊成形

性能。

★典型應(yīng)用：

底盤懸掛件，B 柱，保險(xiǎn)杠，座椅滑軌等。

3、相變誘導(dǎo)塑性鋼（TRIP 鋼）

★性能特點(diǎn)：

組織中含有殘余奧氏體，有良好的成形性能。在成形過程中殘余奧氏體會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛驳鸟R氏體，有利于均勻變形。

TRIP 鋼還具有高碰撞吸收能、高強(qiáng)度塑性積和高 n 值的特點(diǎn)。

★典型應(yīng)用：

結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的零件，如 B 柱加強(qiáng)板、前縱梁等。

4、馬氏體鋼（MS 鋼）

★性能特點(diǎn)：

屈強(qiáng)比高，抗拉強(qiáng)度高，延伸率相對(duì)較低，需要注意延遲開裂的傾向。

具有高碰撞吸收能、高強(qiáng)度塑性積和高 n 值的特點(diǎn)。

★典型應(yīng)用：

簡(jiǎn)單零件的冷沖壓和截面相對(duì)單一的輥壓成形零件，如保險(xiǎn)杠、門檻加強(qiáng)板和側(cè)門內(nèi)的防撞桿等。

5、淬火延性鋼（QP 鋼）

★性能特點(diǎn)：

以馬氏體為基體相，利用殘余奧氏體在變形過程中的 TRIP 效應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)較高的

加工硬化能力，因此比同級(jí)別超高強(qiáng)鋼擁有更高的塑性和成形性能。

★典型應(yīng)用：

適用于形狀較為復(fù)雜的汽車安全件和結(jié)構(gòu)件，如 A、B 柱加強(qiáng)件等。

6、孿晶誘發(fā)塑性鋼（TWIP 鋼）

★性能特點(diǎn)：

TWIP 鋼為高 C、高 Mn、高 Al 成分的全奧氏體鋼。通過孿晶誘發(fā)的動(dòng)態(tài)細(xì)化作用，

能實(shí)現(xiàn)極高的加工硬化能力。TWIP 鋼具有超高強(qiáng)度和超高塑性，強(qiáng)塑積可達(dá)

50GPa%以上。

★典型應(yīng)用：

TWIP 鋼具有非常優(yōu)越的成形性能和超高強(qiáng)度，適用于對(duì)材料拉延和脹形性能要

求很高的零件，例如復(fù)雜形狀的汽車安全件和結(jié)構(gòu)件。

7、硼鋼（PH 鋼或 B 鋼）

★性能特點(diǎn)：

超高強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度達(dá) 1500MPa 以上），有效提高碰撞性能，車身輕量化；零件形狀復(fù)雜，成形性好；尺寸精度高。

★典型應(yīng)用：

安全結(jié)構(gòu)件，如：前、后保險(xiǎn)杠、A 柱、B 柱、中通道等。

★部分汽車用高強(qiáng)鋼典型牌號(hào)

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