汽车板冲压技术简介

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 均匀性 • 零件钢板应有吸声减振效果
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
●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)。
板材成形性的基本概念
均值
BH MPa — — 48 — 40
0.17 0.19 0.22 0.21 —
相变诱导塑性钢
超低碳钢
400**
200**
640
300
32
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
0.015~0.03
（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
CQ级
C
Si
≤0.0 3 ≤0.0 3 ≤0.0 2
Mn
≤0.2 5 ≤0.2 0 ≤0.1 5
S
≤0.00 8 ≤0.00 8 ≤0.00 8
P
≤0.0 1 ≤0.0 1 ≤0.0 1
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
钢 类 微合金钢 含磷钢 烘烤硬化钢 高强无间隙原子钢 双相钢 屈服强度 抗拉强度 延伸率 MPa MPa % 320* 280* 210* 220** 350** 440 420 320 390 600 28 32 40 37 27 ｒ 均值 1.3 1.6 1.6 1.9 0.9 N
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 ◐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
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 磷钢、超低碳无间隙原子钢（IF钢）等；
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。
罩式退火（BA） 连续退火（CA） 低（*） 低（*） 低（* * ） 低（* *）
Al （* * *）
（* * *） （#） ＞Ar3 （* *） 约70% 20~50 约720 ℃
（#）
低（*） （#） ＞Ar3 （* *） 约85% 5~20K 约850 ℃
Ti/Nb （* * *）
低（*） （* *） ＞Ar3或＜ Ar1 （* *） 高（*） 约90% （#） 约900 ℃
低,＜600℃(* * *) 高, ＞ 700℃ (* *)
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:
低碳钢(08Al)
成形性能 级别
（CQ、DQ）
C 含量/%
≤ 0.05
微碳钢ELC(03Al) （DDQ）
超低碳钢ULC
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； • 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。
拉伸强度 780MPa 980MPa 化 学 成 分 mass% 机械特性值
C
Si
Mn
P
S
Ti
σs MPa σb MPa δ%
620 750 850 1050 1250 1420 18 15 10 8
0.06 0.70 2.4 ≦0.015 ≦0.015 0.14 0.50 2.4 ≦0.015 ≦0.015
1180MPa 0.14 0.50 2.5 ≦0.015 ≦0.015 0.05 950 1370MPa 0.15 0.50 2.7 ≦0.015 ≦0.015 0.05 1150
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 340 390 440 含碳量 极低碳钢 ~0.005% 固（P） 固（P+Si+Mn） 微碳钢 0.02~0.08% 固（P） 固（Mn, P+Mn） 低碳钢 0.08~0.15%
日本 丰 三 田 菱 合金化镀锌GA45/45 两面合金化镀锌GA45/45 同外板 两面热镀锌70/70 两面热镀锌65/65 45 30 45
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.
各种级别钢板的延伸率和r值性能范围
冷轧高强度钢板的强化机制及钢板特性
强化机制 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 主要添加元素 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 强度级别 TS/MPa 340-440 340-590 390-590 490-590 一般特性 一般冲压用 一般加工用 深冲用 一般加工用 一般加工用 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 焊接性良好 适于弯曲加工 高r值型 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
固（P+Si, P+Mn） 固（P）
490
590 780 980 1180 1380
析（Nb）
相（Mn） 析（Nb）,相（Mn） 相（Mn）,析（Nb）+相（Mn） 相 + 析（Ti, Nb） 相 + 析（Ti, Nb） 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
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，当压下率＝ 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：
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％
390
440 490 590 780 980 1180
О
О О О О О О
О
О
О
О
О
பைடு நூலகம்
О О О О
1380
О
О
注：О表示目前已生产
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
390-1470
低屈服比型 高扩孔率型 高延伸型 高残余奥氏体 钢板(TRIP钢)
390-1470 590-980
Si-Mn
Mn-Si-Ti Mn-Si-Ti-Mo
780-1470
超高强度钢板
冷轧高强钢板的材料特性分类
按特性分类 强度级别 MPa 普通板材 高r值 高延伸率 BH性能 340 О О О О DP钢
成形缺陷现象
深冲破裂 拉胀破裂 破裂 翻边破裂 弯曲破裂 起皱（法兰） 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 ◎ ○ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ △ △ △ △ △ △ △ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ △ ○ △ △ △ △ △ △ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 起皱（侧壁） ◎ ◎ △ △ △ △ ○ ○ △ △ △ ○ ○ ○ △ ○ ◎ ◎ ○ ◎ ○ ○ 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
○ ○
△
◎
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 ｎ值 --0.22 --0.22
180—190 290—310 44—48 1.0—1.2
铝镇静钢 160—180 290—300 44—50 1.4—1.8
N
≤0.00 5 ≤0.00 5 ≤0.00 4
TO
≤0.00 3 ≤0.00 3 ≤0.00 3
Als
0.030.05 0.030.05 0.030.05
≤0.0 (Q195,SPHC） 5 DQ级 （SPHD） DDQ级 （SPHE） ≤0.0 4 ≤0.0 3
碳(C)含量对钢板力学性能和成形性能的影响规律:
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
低碳铝镇静钢 IF钢 BA或CA 低（* * *） （#）
参数
C含量 Mn含量 微合金化元素 （Al、Ti、Nb）含量 板坯再加热温度 热轧规程 终轧温度（FT） 卷取温度（CT） 冷轧压下率 退火加热速度 最高退火温度
国外几个主要汽车厂家轿车用镀层钢板
国 别 厂 日 家 产 外 板 内板及底部零件 同外板 镀层板/车身板(%) 45
两面有机复合镀层板每 面三层有机膜1um 铬酸盐处理层75g/m2 Zn-Ni合金层20g/m2 两面电镀双层Zn-Fe20/20 单面合金化热镀锌GA0/45 两面电镀Zn-Ni30/30 两面电镀锌Zn53x/53 两面热电镀Zn70/70