最新2019-汽车板的成形性及冲压成形技术-PPT课件

1370MPa 0.15 0.50 2.7 ≦0.015 ≦0.015 0.05 1150 1420
8
高强度钢板的强化机制
冷轧高强钢板的强化方法
强度级别 N/mm2
极低碳钢 ~0.005%
含碳量 微碳钢 0.02~0.08%
低碳钢 0.08~0.15%
340 固（P）
固（P）
390 固（P+Si, P+Mn） 固（P）
0.9 — 40
相变诱导塑性钢 400**
640
32
—— —
超低碳钢
200**
300
46
2.0 0.24 40
* 罩式退火 ** 连续退火
日本11家汽车公司在汽车中采用高强度钢板 的调查和预测结果(使用比率)平均值
其它汽车厂使用的超高强钢板种类 化学成分 和机械特性值
拉伸强度 C
化 学 成 分 mass% Si Mn P S Ti
汽车板的成形性及冲压 成形技术
主要内容
1 .典型板材成形性能分析 2 .影响板材冲压成形性能因素 3. 高强度钢板在汽车上的应用情况 4 . IF钢镀层钢板 5. 先进加工成形技术在汽车上的应用
1. 典型板材成形性能分析
冲压钢板的分类
●按脱氧方式分：有沸腾钢、镇静钢和半镇静钢； ●按钢种与合金成分分：有低碳钢、低合金高强度钢、加
45
三 菱 单 面 合 金 化 热 镀 锌 G A 0两 / 4面 5 合 金 化 镀 锌 G A 4 5 / 4 5 3 0
马自达 两面电镀Zn-Ni30/30 同外板
45
德 国奥 迪 两面电镀锌Zn53x/53 两面热镀锌70/70
美 国通 用 两面热电镀Zn70/70 两面热镀锌65/65
我国引进主要轿车生产线用镀层板品种
★钢带表面质量好，无粘结现象，对于喷漆或者 表面涂层处理，其表面与涂料的粘结附着力强，喷漆 或者涂层质量好
★生产周期短 ★退火温度范围较高，冷却速度自由度大，有利 于新产品的开发
3.高强度钢板在汽车 上的应用情况
高强度钢板在汽车中的应用
外板部件板厚和TS关系 内板部件板厚和TS关系
冷轧高强度钢的典型机械性能
成形缺陷现象
材料特性值
板厚
屈服点 抗拉强度 总伸长率 n r 杨氏模量 极限变形能
深冲破裂
◎
○◎
○
破裂
拉胀破裂 翻边破裂
△
◎
○△
△
○
△○
○
◎
○
弯曲破裂
△
○
△
◎
◎
起皱（法兰） ◎
△
△○
○
起皱（侧壁） ◎
△
○○
△
○
面变形
面应变
◎
△
○△
○
○
其它形状不良 ○
△
○
△
○
角度变化
◎
△
○
△
○
侧壁翘曲
◎
△
○
△
○
尺寸精度
扭转
◎
△
○
△
○
棱线翘曲
◎
△
○
△
○
形状不良
◎
△
○△
△
○
注：影响度◎>○>△
●三代冲压用钢板的性能比较
钢种 沸腾钢
屈服 (MPa)
抗拉 (MPa)
延伸 (%)
ｒ值
180—190 290—310 44—48 1.0—1.2
ｎ值 --0.22
铝镇静钢 160—180 290—300 44—50 1.4—1.8 --0.22
机械特性值 σs MPa σb MPa δ%
780MPa 0.06 0.70 2.4 ≦0.015 ≦0.015
620 850
18
980MPa 0.14 0.50 2.4 ≦0.015 ≦0.015
750 1050 15
1180MPa 0.14 0.50 2.5 ≦0.015 ≦0.015 0.05 950 1250 10
匀性 零件钢板应有吸声减振效果
各种级别钢板的拉伸性能范围
CQ: Commercial Quality, DQ: Drawing Quality, DDQ: Deep Drawing Quality, EDDQ: Extra Deep Drawing Quality, S-EDDQ: Super EDDQ.
冷轧工艺控制
冷轧工艺的要点：以大压下量和良好的润滑 条件，产生较强的有利形变织构，为下－步 退火产生高退火织构（高r值）创造条件；
冷轧压下率是影响形变织构的主要因素，普 通冲压用低碳钢板（如08Al）的平均应变比r 值随冷轧压下率的增加而提高，当压下Biblioteka Baidu＝ 70~75％时出现峰值。
平均塑性应变比r值与冷轧 压下率的关系：
涂镀层钢板的抗粉化、剥落性能
镀层粉化与剥落示意图
Ti-IF钢与Ti+Nb-IF钢的抗粉化性能
５.先进加工成形技术 在汽车上的应用
先进加工成形技术
TWB——激光拼焊板（Tailor Welded Blank）
≤0.005
≤0.003
0.03-0.05
DQ级 （SPHD）
≤0.04 ≤0.03 ≤0.20 ≤0.008 ≤0.01 ≤0.005 ≤0.003 0.03-0.05
DDQ级 （SPHE）
≤0.03 ≤0.02 ≤0.15 ≤0.008 ≤0.01 ≤0.004 ≤0.003 0.03-0.05
r 值
ε，%
冷轧压下率对铝镇静钢薄板 织构和各向异性值的影响
冷轧变形率对 冷轧钢带中的轧制 织构和在退火过程 中形成的再结晶织 构产生影响。在铝 镇静钢薄板生产中 ， 当 变 形 率 为 75 ％ 时，能够获得对法 向各向异性值极为 有利的晶格取向。
退火工艺控制
再结晶退火：将冷轧带钢加热到再结晶温度 以上，通过控制再结晶和晶粒长大过程控制 钢板的组织和性能；
ＩＦ钢 100—150 250—300 45—55 1.8—2.8 0.23—0.28
汽车用钢的基本性能是冲压成形性，这三代产
品的进步也集中反映在成形性的提高方面，沸腾钢 只能用于普通冲压件，铝镇静钢则有优良的深冲性 能，无间隙原子钢则具有超深性能。
汽车板的质量要求
优良的成形性能 良好的抗凹陷能力和足够的结构刚度 良好的焊接性能 优良的表面形貌和光洁度 高的耐蚀性能 良好的板形和板面平直度,严格的尺寸精度和性能均
340
О
О
О
О
390
О
О
О
О
440
О
О
О
490
О
590
О
780
О
980
О
1180
О
1380
О
注：О表示目前已生产
DP钢
О О О О О
冷轧钢板的强度与塑性、成形性关系
４. IF钢镀层钢板
日本电镀锌板（EG），热镀锌板（Hot-dip）在汽车工 业用量发展
欧洲十二国(EU-12) 84年以来用于汽车制 造的镀层钢板和裸钢板用量的变化情况
钢类
屈服强度 抗拉强度 延伸率 ｒ N BH
MPa
MPa
% 均值 均值 MPa
微合金钢
320*
440
28
1.3 0.17 —
含磷钢
280*
420
32
1.6 0.19 —
烘烤硬化钢
210*
320
40
1.6 0.22 48
高强无间隙原子钢 220**
390
37
1.9 0.21 —
双相钢
350**
600
27
目的：消除带钢轧制过程中产生的形变组织 和加工硬化，恢复其塑性变形的能力；
过程：加热—保温—冷却，影响退火织构的 主要因素是加热速度，加热温度和保温时间。
同罩式退火相比，连续退火生产 有更大的优越性
★连续退火钢带的力学性能，无论在钢带长度还 是宽度方向上，都比较均匀
★钢带平整度高，板形好，有利于汽车厂深加工 成形构件的形状控制
（* * *）
低（*）
热轧规程
（#）
（#）
IF钢 BA或CA 低（* * *）
（#）
Ti/Nb （* * *） 低（*） （* *）
终轧温度（FT）
＞Ar3 （* *） ＞Ar3 （* *） ＞Ar3或＜ Ar1 （* *）
卷取温度（CT） 低,＜600℃(* * *) 高, ＞ 700℃ (* *)
一般加工用
焊接性良好
一般加工用
适于弯曲加工 高r值型
低屈服比型 高扩孔率型 高延伸型 高残余奥氏体 钢板(TRIP钢)
超高强度钢板
适于高拉胀加工 有BH性
适于拉深成形
TRIP效果产生 的高延伸高强 度钢板 高强度,加工性 良好
冷轧高强钢板的材料特性分类
强度级别
按特性分类
MPa 普通板材 高r值 高延伸率 BH性能
Si-Mn
Mn-Si-Ti Mn-Si-Ti-Mo
强度级别 TS/MPa
340-440 340-590 390-590 490-590
390-1470
390-1470 590-980
780-1470
一般特性
一般冲压用 一般加工用
深冲用
冲压成形特性 具体特性
拉胀成形性良好 有BH性
深冲性优良 有BH性
碳(C)含量对钢板力学性能和成形性能的影响规律:
2、影响板材冲压成形 性能因素
钢中碳含量与r值、延伸率的关系:
低氮控制是保证低碳钢成形性和焊接性能的重要措施
氮含量对碳钢平均 塑性应变比的影响
冲击韧性转变温度随焊接 金属氮含量的变化
低碳冲压铝镇静钢采用成分控制：
碳（C）：<0.05% （0.03~0.04%） 氮（N）：<0.005％ 硅（Si）：0.015 ~0.025％ 锰（Mn)：0.15~0.25% 铝（Als）：0.03～0.05％ 硫（S）： <0.015% 磷（P）：<0.015％
板材成形性的基本概念
金属薄板的成形性是指板材适应各种成形加工过程的能力， 通常定义为:在给定的加工条件下，板材成首变形而不产生断 裂或失稳的能力。
具有最佳成形性的薄板材应是： （1）均匀应变分布； （2）承受平面内压缩应力而无起皱； （3）可达到较高应变而无颈缩和断裂； （4）承受平面内剪切应力而无断裂； （5）零件由凹模出来后保持其形状； （6）保持表面光洁，减低表面损伤。
微碳钢ELC(03Al) （DDQ）
0.015~0.03
超低碳钢ULC （DDQ、EDDQ) ≤ 0.005
IF钢
（EDDQ、S－EDDQ）≤ 0.003
不同冷轧冲压板的冶金成分 控制范围参考值
钢种
C
Si
Mn
S
P
N
TO
Als
CQ级 (Q195,SPHC）
≤0.05
≤0.03
≤0.25
≤0.008
≤0.01
冷轧高强度钢板的强化机制及钢板特性
强化机制
主要添加元素
固溶强化 (低碳系) 固溶强化 (超低碳系)
析出强化
固溶+析出 强化
相变强化 (马氏体系)
(M+B) 相变强化 (贝氏体系)
相变强化 (残余奥氏
体系)
析出+相变 强化
P-Mn Si-Mn,P P-Mn,P-Si Mn-P-Ti,Ti,Nb Mn,Nb Si-Mn-Nb Mn-Ti Si-Mn-P-Nb,Cu,Ti Mn-Si Mn-Si-P Mn,Si-Mn-Nb Mn-Cr
440 固（P+Si+Mn） 固（Mn, P+Mn）
490
析（Nb）
590
相（Mn）
析（Nb）,相（Mn）
780
相（Mn）,析（Nb）+相（Mn）
980
相 + 析（Ti, Nb）
1180
相 + 析（Ti, Nb）
1380
相 + 析（Ti, Nb）
注： 固：固溶强化 析：析出强化 相：相变强化 （）内为分别使用的强化元素
国外几个主要汽车厂家轿车用镀层钢板
国 别厂 日
日本 丰
家
外
板
内板及底部零件
两面有机复合镀层板每 产 面三层有机膜1um 同外板
铬酸盐处理层75g/m2 Zn-Ni合金层20g/m2
镀层板/车身板(% 45
田 两 面 电 镀 双 层 Z n - F e 2 0合/ 2金0 化 镀 锌 G A 4 5 / 4 5
高（*）
冷轧压下率 退火加热速度 最高退火温度
约70% 20~50 约720 ℃
约85% 5~20K 约850 ℃
约90% （#） 约900 ℃
注:(#)基本无影响； (*)有影响 ； (**)重要； (***)很重要
冷轧用低碳、微碳和超低碳钢的Ｃ成分要求
钢种:
成形性能 级别 C 含量/%
低碳钢(08Al) （CQ、DQ） ≤ 0.05
成形性能的内容
薄板成形性能研究方法
基本成形性研究 ： 拉伸试验 金相试验、硬度试验
模拟成形性研究 ： 杯突试验、拉深试验 扩孔试验、锥杯试验
成形极限研究 ： 胀形试验、成形极限图
单向拉伸试验获得的力学性能指标参数
杯突试验方法
拉深试验方法
锥杯试验方法
扩孔试验方法
成型的分类及变形特征
特征材料对冲压缺陷的影响
磷钢、超低碳无间隙原子钢（IF钢）等； ●按强度级别分：有普通强度级和高强度级别； ●按冲压级别分：有商品级（CQ）、普通冲压级（DQ）、
深冲压级（DDQ）和超深冲压级（EDDQ）; ●按冲压件的复杂程度分：P级（普通拉延），S级（深
拉延），Z级（最深拉延）, F级（复杂冲压）, HF级 （很复杂冲压)和ZF级（最复杂冲压)。
各种级别钢板的延伸率和r值性能范围
生产条件对连续退火软钢 薄板成形性能的影响
各工序对低碳铝镇静钢和IF钢性能的影响程度
参数
低碳铝镇静钢 罩式退火（BA） 连续退火（CA）
C含量
低（*）
低（* * ）
Mn含量
低（*）
低（* *）
微合金化元素 （Al、Ti、Nb）含量
Al （* * *）
（#）
板坯再加热温度