冷冲压工艺不仅生产效率高,产品质量稳定,而且非常适合汽车工业多品种、大批量生产的需要。用于冷冲压的钢材主要是钢板和钢带,整车钢材消耗量货车占50%左右,轿车约占75%。现代汽车工业用材料除采用传统的普通低碳钢板外,还采用高强度钢板、塑料、复合材料,以及铝、钛、镁等合金材料。
汽车冲压件的品种繁多、形状复杂,因此要求钢板材料不仅冲压加工成形性要好,还要满足零件的性能(刚性、强度、防锈蚀能力等)要求,如用于车身制造的钢板应具有良好的拉深性能,低的屈服强度,大的伸长率,良好的焊接性、涂装性和表面质量。
汽车冲压用钢板应具有以下三方面的基本质量要求:材料的表面应光洁平整,无分层和机械性质的损伤,无锈斑、氧化皮及其他附着物;严格的厚度尺寸公差;优异的深冲性能。
一般汽车冲压使用的钢材按生产方式可分为冷轧钢板和热轧钢板。按钢板特点分为普通低碳钢板和特殊钢板,特殊钢板包括高强度低合金钢板、表面处理钢板及高强度拼焊钢板等。
1.冷轧钢板
目前大批量生产中使用最多的就是冷轧钢板,冷轧钢板的厚度为0.15~3.2MM,汽车车身多采用0.6~1.2MM的薄板,这种薄钢板尺寸精度非常高,表面平整光滑,屈服强度低,具有良好的机械性能和加工性。它主要用于车身侧围板、顶盖、发动机罩、翼子板、行李箱盖、车门板、仪表板等外覆盖件,这些零件要求材料具有高的成形性能、良好的表面质量和焊接性能。
目前为适应汽车设计和制造工艺的要求,钢厂又研制、开发了低屈服强度钢板和超深冲钢板等新品种。
2.高强度钢板
随着整车轻量化和安全法规的碰撞安全性要求的提高,冲压材料向着高强度方向发展。现代轿车车身广泛采用高强度钢板代替普通低碳钢板制造车身冲压件。高强度钢板的特点是在保证结构件强度要求的前提下,可以使钢板厚度变薄,减轻汽车质量,提高车身外观质量和碰撞安全性。采用高强度钢板制造的冲压件有顶盖、发动机罩外板、车门外板、翼子板等,可防止汽车在行驶中经常受到沙石的碰击而产生凹坑,提高外覆盖件的抗凹陷能力。在同样抗凹陷能力条件下,高强度钢板车身零件厚度可减薄15%。
3.激光拼焊钢板
激光拼焊钢板是在冲压前按照车型设计,将不同厚度和不同性能的钢板剪裁后拼焊起来的一种钢板。使用激光拼焊钢板坯料,可以在汽车最敏感的部位使用涂镀层钢板,以最佳发挥其耐蚀性,而在其他的部位使用较薄的高强度钢板。拼焊钢板可以做到减轻零件质量,节省能源消耗;减少零件数量,简化生产工艺,从而降低模具成本、焊接夹具成本、材料和组装成本等生产成本;提高工件的机械强度(提高抗扭刚性、抗冲撞性),改善工件的性能稳定性和疲劳破断性,从而提高车辆安全性。采用拼焊钢板生产汽车零部件,可以得到最合理的尺寸公差和结构。
激光拼焊钢板在汽车制造业发达国家得到广泛应用,每种新车型都有十余种以上的零件应用激光拼焊钢板。激光拼焊钢板主要应用于前车门内板、后车门内板、后行李箱盖板、侧围板、地板、轮罩、前立柱、中立柱、车顶加强板等覆盖件。另外,下列汽车结构件也采用拼焊钢板冲压成形:保险杠、发动机横梁、前纵梁、减振器架等。
4.表面处理钢板
表面处理钢板是通过表面处理而使其耐蚀性得到提高的钢板。为防止腐蚀,提高抗高温氧化能力,采用表面处理钢板生产汽车零部件逐年增加。汽车用表面处理钢板的种类有电镀钢板(包括镀锌钢板、镀铝钢板、镀碳钢板、镀铜钢板、镀铅锡合金钢板等)和非金属复层钢板。
目前轿车车身和底盘零件采用的表面处理钢板主要为镀锌钢板,从镀锌钢板表面上其可分为单面镀锌钢板和双面镀锌钢板,从制造工艺上其可分为热镀锌钢板和电镀锌钢板。采用热镀锌钢板制造的车身件有底板、门槛、发动机罩内板等;车身外覆盖件大多采用电镀锌钢板制造,包括车身侧围外板、顶盖、车门外板、发动机罩外板及行李箱盖外板,这是因为电镀锌钢板的涂漆工艺性好。(www.daowen.com)
非金属复层钢板,目前仅有汽车内饰件上聚氯乙烯复层的钢板和印有花纹图案的装饰钢板。正在实用化或工艺研制中的,有以提高冲压加工润滑性为目的的润滑处理钢板和提高耐蚀性的复层钢板,然而,由于这类钢板还存在冲压缺陷,因此会导致焊接工艺性能降低,并影响喷涂油漆的质量。
5.热轧钢板
热轧钢板与冷轧钢板在成分上几乎无差异,但因制造工艺不同,其机械性能、表面质量、尺寸精度及平整度均不如冷轧钢板,通常用于车身内部结构件和底盘上的零件,如载货汽车车架、车轮、制动盘等。厚度为1.2~1.4MM的热轧钢板主要用于车身下部构件、内护板、托架和门板等构件。厚度大于1.6MM的热轧钢板主要用于制造车身结构加强件和车架、车轮、副车架、前端框架、左右控制臂、油底壳等冲压件。
6.树脂复合钢板
树脂复合钢板是在两块钢板中间夹一层树脂,根据其功能可分为减振钢板和减重钢板。
减振钢板:为减少汽车振动,降低噪声,采用减振钢板生产冲压件,如发动机的油底壳。减振钢板是在两块钢板中间夹一层0.5MM厚的树脂,利用树脂具有的特性,吸收车辆行驶中的机械振动,使其转变成热能并释放出去,从而达到减少振动,降低噪声的目的。
减重钢板:在两侧钢板中间夹一层较厚的塑料,塑料厚度一般为表层钢板厚度的两倍,减重钢板可以减轻一半的重量。但是减重钢板也存在着问题:由于塑料与钢板的变形速度不一致,表皮钢板较薄,承受拉深的能力和钢板与塑料之间的粘接强度,均对减重钢板的成形产生影响,同时由于存在较厚的塑料层,其点焊性能也受到影响。
7.其他材料
用于汽车车身制造的材料还有塑料、铝及其合金材料等。
(1)塑料材料 现代轿车车身结构应用塑料材料的比重越来越大。塑料材料具有如下特性:与钢板相比,塑料具有质量轻、成形性好、具有金属钢板不具备的外观(颜色、光泽)和触感、柔软、弹性、耐蚀、防振、隔音和隔热性能好等特点。除此之外,纤维增强复合塑料具有很高的机械强度,能够代替钢板材料。
车身结构中采用塑料材料的零件有:车身内、外装饰件,内饰材料;车身附件的壳体、罩盖、支架和手柄等;前、后保险杠,车门防撞装饰条等车身外部防撞零件;代替钢板材料制造车身板件,如挡泥板、车门外板、发动机罩、行李箱盖板等,还可用于制造座椅支架等结构件。
(2)铝合金 铝合金的特点是耐蚀性好,外表美观,重量轻。其缺点是焊接工艺性较差。铝合金主要应用在车门、行李箱盖板、顶盖、翼子板、地板、保险杠等车身零件上。
世界上汽车工业发达国家的汽车企业,近年来在铝合金车身的研发上已取得了一些成绩,如德国奥迪公司已开发出一款全铝车身的奥迪A8轿车,大幅度减轻了车身质量。用铝合金代替钢板冲压的车身,其重量减少40%左右,但成本提高约80%。由于其成本居高不下,加之制造工艺存在困难,致使铝合金车身主要应用于高档轿车,还没有进入大量应用阶段。
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