技术 | 浅谈高强度汽车板应用技术

       随着汽车轻量化材料——高强度钢板应用的不断扩大，必须大力开展对高强度钢板的成形控制技术、相关应用技术和质量性能试验评价方法及系统的有关研究，这是关系到高强度钢板在现代汽车上应用普及的重要环节。与此同时，高强度钢板研究开发及应用现状与发展趋势也迫切要求汽车用高强度钢板研究开发与成形应用技术紧密结合，尤其要与汽车的结构设计和优化选材用材更加紧密结合，只有这样才能让汽车使用高强度钢板达到最佳使用效果。

高强度汽车板各项技术及其处理

       高强度钢板冲压成形的主要缺陷是开裂、褶皱及表面挠曲。为了克服这些缺陷，欧洲、美国及日本的钢铁公司及汽车制造商不断开发出高性能的钢板和高级润滑油。同时还在开发新的成形技术，诸如液压反压成形、张力控制成形以及成形缺陷预报数字模拟技术。目前，各汽车制造厂和钢板生产厂均研究了各种各样的成形技术，有些已实用化。

     （1）防止开裂、形状不良（起皱）的技术

钢板的高强度化易引起成形性下降。因而对原有复杂形状的部件进行冲压成形变得非常困难。然而采用能使部件形状平直化等方法则是一种有效的方法。

     （2）防止尺寸精度不良（回弹）的技术

随着汽车结构件用材高强度化的快速推进，近年来，在冲压成形方面，要求开发能防止回弹技术的呼声日益强烈。为此，在模具结构方面利用凹模肩部附近的反向弯曲，减小冲弯加工中常出现的面翘曲。此外，在成形过程中水平移动工具，利用凹模肩部的台阶状在下死点前分段冲压，对冲模侧壁的坯料施加张力，以抑制冲头肩部的反弹和面翘曲。另外，预测模具形状的方法也已作为防止回弹的措施而被广泛应用。模拟成形法是预测方法之一，其作用正越来越明显，可以对裂纹和形状不良进行高精度预测，该方法现已被实际应用。目前只能对预测反弹进行定性评价，在高精度定量解析方面尚有许多未解决的课题。然而解析方法达到实用化所面临急需解决的问题是解析计算时间很长，难以获得材料参数。

       液压成形技术是通过模具和液压将坯料加工成一定形状的技术。采用液压成形技术加工部件优点很多，例如，液压成形件是一个整体件，具有强度高、刚度高，重量轻、无焊缝、断面设计合理、模具少、成本低等优点。

       近年来，在液压扩管之前，普遍应用液压预成形的方法加工各种部件，包括：预先将管子弯成接近成品的形状、挤压、减径。采用液压成形法加工钢管的研发取得了稳定进展，欧洲和美国已经开始采用带材制成的激光焊管进行液压成形加工，日本则多采用电焊管。日本积极推广液压成形技术并力求同欧洲和美国保持相同的水平，降低设备成本，大大缩短液压成形的周期。

       点焊作为薄板连接的一种重要焊接方法在生产制造业中已得到广泛应用，尤其是在汽车行业。以轿车为例，每一辆轿车上都有几千个焊点，而这些焊点的质量直接影响汽车的使用性能。镀层钢板与无镀层冷轧钢板在点焊工艺性方面又展现出不同的特性，随着镀层钢板在轿车工业的大量使用，掌握不同镀层汽车板的点焊工艺及性能就显得非常重要。

       点焊是焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊焊接方法。点焊过程通常有3个彼此衔接的阶段：焊件在电极间预先压紧；通电后把焊接区加热到一定温度；在电极压力作用下冷却。点焊时，由于一定直径电极的加压，使被焊工件变形，并且只在焊接区紧密接触形成电流通道，而其他部分不构成电流通道，从而在焊接区域得到极高的电流密度。

       激光是20 世纪60年代出现的一项新技术，随后利用激光进行加工生产被逐渐应用于汽车、航空、机械、电子、医疗卫生等各行各业中。汽车工业的飞速发展又推动了激光加工技术的迅速发展。激光拼焊技术即将原来由几块不同厚度和不同强度板材分别冲压成零部件，然后焊接成整体件的工序，改为先将不同强度和不同厚度的板材冲裁、焊接成整体毛坯，然后进行整体冲压成型。

       90% 以上的汽车外表面是涂装面，由车厂对白车身实施涂装工艺而得，目的是赋予汽车优良的耐蚀性、耐候性和高装饰性外观，以延长使用寿命、提高商品价值。首先，涂装后的汽车板应具备高度的功能性，即良好的耐蚀性、耐候性、抗机械冲击性等，其性能的优劣取决于被涂装材料自身的防腐性能和涂装特性以及覆盖于其上的有机、无机复合涂装层的综合性能。其次，涂装后的汽车板还应具有很好的装饰性，而装饰性的好坏主要用涂层表面的桔皮值以及反映反射影像的鲜映性DOI值等来描述。

       磷化是前处理的核心工艺。它是通过钢板或镀锌层表面与酸性磷酸盐溶液反应生成一层非金属的、半导电的多孔磷酸盐无机转化膜。该转化膜的主要功能是提高基板与漆膜的结合力，并改善涂层的膜下防腐和耐水性。由锌、锰、镍三元改性磷化体系通过浸喷结合工艺处理得到的低锌伪转化型磷化膜作为电泳底漆的底层已在汽车行业广泛应用了40余年，并在全球范围内成为了标准化的前处理模式。

       电泳涂装是一种特殊的漆膜形成方法。其基本原理类似于金属的电镀，只不过镀在磷化膜表面的是有机高分子物质，电泳后得到的湿膜再通过加热进行交联固化。电泳涂装法在汽车涂装中获得应用也已有30多年历史，它是汽车工业中普及最广、技术更新最快的金属件涂漆方法。

高强度汽车板的现状

       高强度钢板的应用对于汽车轻量化和提高撞击安全性是十分有效的，各汽车制造厂的高强度钢板使用比例正在不断提高。资料[1] 显示，日本新型轿车车身使用高强度钢板的使用率达30%~50%，是旧车型的1.5~5倍。

       车顶、车门、行李箱等部件要求具有变形刚度和抗凹陷性，主要使用抗拉强度为340~390MPa的烘烤硬化钢板（ BH钢板）。BH钢板的屈服强度在烘烤涂漆时升高，可在不损失成形性的前提下，提高抗凹陷性，减薄钢板。现在，有的车型已使用440MPa级BH 型高强度钢板。

       随着正面撞击、侧面撞击的撞击安全性标准的提高，结构件、加强件等主要使用590MPa级高强度钢板。也有厂家使用780MPa级、980MPa级高强度钢板。有些厂家甚至将390MPa、440MPa级高强度钢板冲压成形后，对强化部分进行高频加热和淬火，以使部件局部抗拉强度达到1200MPa，并在冲压加热钢板的同时进行冷却，以使部件整体抗拉强度达到1470MPa。

       悬挂梁用材已从传统的440MPa级热轧板发展到780MPa级，最大减重达30%。近年来，高强度钢板在底盘上的使用比例正在急剧增加。今后，高强度钢板的使用比例及更高强度钢板的应用有望进一步提高。

结语

       钢厂不仅要不断加强对诸如成形技术、焊接技术、涂装技术等各种汽车板使用技术的研究，同时还采用先期介入的方式，以降低用户成本为目标，及时把握用户的最新需求，参与用户的新产品和新技术开发，不遗余力地满足用户的要求，进而赢得用户的信赖。只有这样，钢厂所开发生产的汽车用新钢材才能在现代汽车制造中得到普及与应用。