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车用硼合金板材的加压淬火技术

时间:2014-07-23 12:58 来源:未知 作者:Aimuju 阅读:次

由于制造过程的不断创新以及整合、使用高强度材料等级,有紧密联系的车辆安全和成形技术可以在更大程度上被实现。另外除去有限元仿真和优化工具的和谐使用,未来冲撞性能和可成形轻结构连同最佳材料的使用都可以得到提高。这意味着不仅可以直接影响车辆的安全性能,制造成本也同样可以被降低。

由于制造过程的不断创新以及整合、使用高强度材料等级,有紧密联系的车辆安全和成形技术可以在更大程度上被实现。

车辆的安全性和冲压技术互相协作

将车身制造技术发挥到极致要求车辆的安全性和冲压技术互相协作。来自于汽车测试和当今车辆的外观变形要求希望设计师和制造工程师(特别是冲压工程师)为未来道路的使用者们研制低成本、高安全的汽车车身。

对新研发的可能解决方案的反复测试使得快速和有目标执行的系列化生产成为可能。在这里,我们来了解一下碰撞的相关部件、冲压制造方法例如冷和热冲压,还有零部件性能和制造系统优化的解决方案的要求。

结构和安全性

轻结构和安全性正如在各种车身制造中表现得那样,是现代汽车工业中两个主要议题。

利用汽车测试来对乘客车辆的安全性进行持续评估,已经促使了新的制造替代方法和高强度材料的结合,而这是白车身一个重要的组成部分。

使用在变形技术(碰撞测试或者碰撞测试中产生的变形)中产生的方法,冲压技术的根本改革能够被实现。持之以恒的推行使用性能(碰撞)和制造工艺之间的交叉结合是由frank-stronach-insitute成立并实现的。车辆安全协会(the vehicle safety institute)与工具和冲压协会(tools and forming institute)之间已经建立起各学科之间的广泛合作,目的是优化碰撞过程中的性能和轻结构以及探索如何降低生产成本。


图1 马自达323的侧方冲撞,冲撞速度61km/h

为了这个目的,现代实验和测试仪器已经出现并且促进了不同供应商之间的合作(例如钢铁生产商、机床生产商、冲压和加工、fe软件的程序编写或者软件优化等)以及在这个领域内需要不断改进的专业技术。

来自碰撞的要求

在车辆安全性中最重要的目的就是在碰撞情况下为乘客提供全面完善的保护,因此更多的要求就需要由车辆结构来实现。复杂的高品质和高强度金属板材冲压零部件已经被应用于防止车辆框架的倒塌。不同的测试规则告知汽车制造商哪个部件需要抵挡住静态或者动态的力来避免乘客的危险。例如,a气囊在fmvss 216或者车顶冲撞性能实验中是被暴露在极大的应力下的。在该测试中,一个相当于整个车重1.5倍的力静态施加在a气囊的上方。车顶的变形度不应超过127mm(见图2)。假如这个测试在敞篷车上进行,一种没有车顶主支撑架作为附加支撑部件的车,使用复杂的变形部件(采用高强度等级的钢铁板材进行实验)是不可避免的。不过,达到必需硬度时的极限归结于特定的几何形式,因为一方面a气囊如果太宽就会减小驾驶员领域的视野;另一方面,设计的参数也只允许一块很小的搭建区域。


按照fmvss216标准执行的车顶撞击性能测试

另外一个例子,施加在b气囊上的力是由一个重达950kg的滑车以相对于车辆50km/h的速度运动来实现的。一个由6个独立连接的铝质蜂窝状结构件构成的挡板被安装在滑车的前端,挡板的下沿离地面有300mm(如图3)。冲撞的能量一定被车辆的侧方结构所吸收,并且向内变形度应该保持在最小从而保护乘客的安全。b气囊的坚固性是这次实验的基本内容。b气囊被暴露在折弯力、拉伸力和扭力下。另外,安全带的再定向单元被放置在b气囊上,(当发生碰撞时)气囊上必须有一个6kn的力施加在一个特定的点上。实现能够承受这个动态应变材料的焊接并且实现复杂几何形状的加工,代表着板材冲压技术面临的严峻挑战。


图3 euroncap侧方撞击测试

冷金属板材冲压和热金属板材冲压

如今,已经有了两种被证实的并适用于“最高强度”系列生产中的金属板材冲压方法,他们是:高强度材料冷冲压和硼合金加压淬火。

冷冲压分为两种形式:单个部件的加工和序列合成工具的加工。方法的选择取决于拉伸的深度和使用的材料等级。

热冲压同样也分为两种方式:直接和间接冲压淬火。同时,该物理过程(例如从奥氏体到马氏体的转化)是两种方法的共同目的。

两种方法之间最大的不同在于使用的半成品。在直接冲压淬火时,简易成形毛坯被加热到奥氏体的温度,最终的几何形状在拉伸用具下成形,然后(成形之后)结构转化至马氏体的导向冷却开始。

对于直接冲压淬火来说,热镀铝钢(还有未涂层材料)可以被使用。使用热镀铝钢的好处是在材料的加热和转移过程中避免金属熔渣的形成。这个举措可以帮助阻止金属熔渣在冲模上的沉积,它能够负面影响工具的磨损。另外,炉内也不需要使用惰性气体。

间接冲压淬火时,在热成形过程中,冷成形部件被当作半成品使用,目的是减少在冲压过程中冲:兔髦溆捎谇肯喽栽硕贾碌某迥1砻娴哪ニ。

决定一个部件是采用冷冲压还是热冲压取决于车辆的造价或者重量的优先级别。如果价格的因素优先,那就使用冷冲压。然而,随着零部件复杂程度的提升,只有初始应力减少的材料才能被使用,这样就导致了使用金属板材厚度的增加(见图4)。如果优先考虑重量的因素和应力的高要求,那么热冲压的方法首当其冲。


图4 冷冲压/高强度中可能出现的极限和问题区域

工具技术

在毛坯的分离和定中心之后,他们被放在一个连续退火炉的传送带上。在这个炉内,毛坯跨越了不同的加热区域并且被加热到奥氏体温度。

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