CN109759522A - 一种轻量化异种钢一体化热成形汽车门框制备方法 - Google Patents

一种轻量化异种钢一体化热成形汽车门框制备方法 Download PDF

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吕明桦
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Abstract

本发明提出了一种轻量化异种钢一体化热成形汽车门框制备方法。汽车门框由五部分组成，根据其不同力学性能要求，选用了不同特性的高强钢板。本发明加工工艺为：(1)激光切割(2)激光拼焊(3)一体化热冲压成形(4)酸洗。本发明有益效果为：选用异种高强钢板材料，激光切割成合适尺寸，激光拼焊后采用一体化体热冲压成形。极大地提高了汽车前车门框整体强度及塑性，并具有较高的刚度。提高了车门门框的抵抗变形和承受冲击的能力，提高了汽车的安全性；热冲压使门框成形精度高，回弹低，所需冲压设备吨位较小。降低了车框的重量，提高了汽车轻量化水平。此外，本发明加工工艺简单，效率较高，满足产品大批量生产的要求，产品强度塑性优良，质量稳定。

Description

一种轻量化异种钢一体化热成形汽车门框制备方法
技术领域
本发明涉及汽车部件技术领域，特别涉及一种汽车门框制备方法。
背景技术
汽车的轻量化，是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。为了节约能源、减小排量和满足各国的环保法规，以及满足人民对汽车性能越来越高的要求，汽车轻量化已成为世界汽车工业发展的主要趋势之一。而汽车高强钢的大量应用是汽车轻量化发展的一个重要趋势。常见的高强钢有双相钢(dual-phase steel,DP钢)、热成形(Hot-Stamping,HS)钢和Q&P(Quenching-Partitioning)钢等。高强钢强度较高，塑性较好，具有较大的强塑积，可以改善汽车的安全性。不同的高强钢种的力学性能也具有较大差异。
汽车门框焊接在车架上，是车门系统的框架。要求具有较高的强度、刚度，以保证对车门系统的承载；具有较大的强塑积以提高汽车的侧面碰撞安全性。传统汽车门框成形一般采用冷成形工艺，可以分为分体冲压后焊接成形门框和冲压一体成形门框。分体冲压后焊接工艺生产的门框优点是相应模具、钢板用量等成本较低，生产率较高；缺点是焊接工艺过程的质量控制较难。因为车门钢板的厚度相对偏薄，焊接工艺控制不好，可能会造成局部强度明显下降；或者造成局部脆硬，受到撞击变形较大时会容易出现断裂。工艺可靠性较差。冷冲压一体成形门框优点是整体冲压成形，质量比分体冲压然后焊接成型的更容易控制，缺点是必须使用延展性好的钢板，而且冲压模具成本以及钢板用量比焊接成形的高。
采用高强钢板生产的汽车门框具有更高的综合力学性能，可提高汽车的轻量化水平。高强钢在常温下的成形性很差，采用传统冷冲压成形工艺会出现易开裂、表面褶皱、回弹严重等问题。热成形工艺具有成形压力小，成形后回弹低，尺寸精度高的优点。热成形工艺能够在一定程度上改善高强度钢板的成形性能，采用热成形技术制造车身结构件是实现车身轻量化和提高汽车安全性的重要途径。HS-Q&P工艺是将热成形技术和淬火-配分工艺相结合得到的一种新型的热成形技术。HS-Q&P一体化工艺主要包括以下步骤：①将钢板完全奥氏体化后并保温一定时间；②进行热冲压成形，使奥氏体晶粒细化，并获得一定形状尺寸；③快速淬火到Ms和Mf之间的某一温度，以获得部分过饱和马氏体和未转变的奥氏体；④在特定淬火温度等温一段时间，使碳由马氏体向残余奥氏体分配，此时马氏体中的碳含量下降，奥氏体中的碳含量升高，从而使残余奥氏体富碳从而能够稳定至室温；⑤淬火至室温。该热成形技术成形精确，显微组织为马氏体，铁素体和残余奥氏体。具有相变诱发塑性(Transformation Induced Plasticity)效应，即残余奥氏体在外力作用下转变为马氏体，使产品具有良好的强度与塑性搭配。
激光切割及拼焊在汽车工业上具有广泛的应用。汽车门框主要是由薄板冲压而成，由于冲压件形状不规则，冲剪下料时板材废料比例较大。激光切割工艺可提高高强钢板材的利用率；激光拼焊坯板能根据优化强度设计及使用条件剪裁成不同厚度、不同表面复层及材质焊成一个整体坯板，然后一次冲压成型。可减轻重量，简化生产工艺，提高效率，降低生产成本。
发明内容
针对以上问题，本发明提出了一种轻量化异种钢焊接后一体化热成形汽车门框制备方法。为提高汽车门框的综合力学性能及轻量化水平，根据对汽车门框力学性能的要求，选用了不同特性的高强钢板，采用激光切割成合适的尺寸，采用激光拼焊后进行一体化热冲压工艺。工艺简单，产品具有轻量化，强度塑性优良，高效稳定等优点。
本发明的具体方案如下，将整个汽车前车门框划分为五个部分，各部分采用不同力学性能的高强钢板：门框的左右纵框采用热成形钢22MnB5钢板，下横框使用双相钢DP590钢板，左斜框使用QP980钢板，上横框采用IF钢。
本发明的加工工艺为：(1)激光切割(2)激光拼焊(3)一体化热冲压成形(4)酸洗
所述步骤(1)中，根据规格使用激光切割，分别将高强钢板切割成合适的尺寸。
所述步骤(2)中，将步骤(1)中切割成合适尺寸的高强钢板采用激光拼焊成形，激光焊缝宽度为0.5～1mm，在无填丝情况下，焊缝表面必然有一定的凹度。为保证质量，凹度与对接板边间隙要求严格控制在板厚的10％以内。在该条件下，采用CO2激光焊，功率为1300W，焊速4m/min。
所述步骤(3)中，将激光拼焊后的坯板转移到辊底式加热炉中，在保护气氛下以10-15℃/s速率加热到900-950℃，保温5-10min，进行奥氏体化处理；将奥氏体化坯板后快速转移到冲压模具中，使用800MPa热冲压机进行一体化热冲压成形，模内淬火至240-280℃，保温10-20s，进行碳元素配分；最后将冲压件水淬至室温。该热成形技术成形精确，而成形后的模内淬火，碳元素得到配分，提高了残余奥氏体的稳定性。显微组织为马氏体，铁素体和残余奥氏体。残余奥氏体具有TRIP效应，在外力作用下转变为马氏体，使产品具有良好的强度与塑性搭配。
所述步骤(4)中，将一体化热冲压成形的汽车门框进行酸洗。
有益效果：
采用以上方法生产的汽车门框，根据其不同部位的要求，选用了异种高强钢板，采用激光切割为合适的规格尺寸，通过不同力学性能异种钢板焊接后一体化热冲压成形，极大地提高了汽车前车门框整体强度及塑性，强塑积较高，并具有较高的刚度。提高了车门门框的抵抗变形和承受冲击的能力，提高了汽车的安全性。本发明较传统汽车门框减重10-15％，提高了汽车轻量化水平。热冲压技术的运用使门框成形精度高，几乎无回弹，且所需冲压设备吨位较小。此外，本发明效率较高，满足产品大批量生产的要求，质量稳定，成本较低。
附图说明
图1为本发明成形前板料示意图。
图2为本发明热成形工艺示意图。
图3为本发明成形后结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明进行进一步说明。
如图1所示，整个车门框分为五个部分，分别为右纵框1，下横框2，左纵框3，左斜框4和上横框5。采用不同高强度钢板。图一中右纵框1和左纵框3采用热成形钢板22MnB5，下横框2采用DP590钢板，左斜框4采用QP980钢板，上横框5采用IF钢。
本发明所述的右纵框1和左纵框3部分采用宝钢生产的厚度为1.5mm的热成形钢板22MnB5，其成分为0.22C-0.92Mn-0.17Si(wt.％)，强度为1500MPa级别，延伸率为6-8％。强度较高，当汽车侧面收到撞击时，可与汽车B柱一起分担较大冲击，同时变形较小，防止变形严重对乘员造成伤害。
本发明所述的下横框2采用宝钢生产的厚度为1.5mm的DP590钢板，成分为0.18C-2.20Mn-0.08Ti(wt.％)强度为600MPa级别，但延伸率较高，塑性优良。车身结构各个部位的强度要形成一个递增的次序，受到撞击时能够按照一定的变形方式压溃变形吸能。采用DP590钢板制造的下横框，位于车框底部，受到撞击时能够发生塑性变形，吸收大量能量。
本发明所述左斜框4采用宝钢生产的厚度为1.5mm的QP980钢板，其成分为0.18C-1.74Si-2.31Mn(wt.％)，QP980钢的屈服强度和抗拉强度分别为780MPa和1122MPa，均匀延伸率为18.7％。QP980钢具有良好的塑性与强度搭配，强塑积较高。当汽车侧面受到撞击时，可与汽车A柱一起分担较大冲击，同时变形较小，防止变形严重对成员造成伤害。正面碰撞时，能量会经过A柱、铰链柱内板沿车身向上进行传递。QP980钢板应用于载荷传递路径中后段的关键零件，将其应用于与A柱相邻的做斜框，作为一个高强度的乘员舱结构的一部分，提高结构纵向强度，起到保护乘客安全的作用；
本发明所述上横框5采用厚度为1.5mm的IF钢板。位于车框顶部。要求具有良好塑性。受到撞击时能够按照一定的变形方式压溃变形吸能。
本发明所述汽车门框较传统汽车门框可减重10-15％。
本发明的加工工艺为：
(1)激光切割，分别将五部分高强钢板采用激光切割成为所需的规格尺寸。激光切割工艺可提高高强钢板材的利用率。
(2)激光拼焊，将激光切割至一定形状的钢板采用激光拼焊成形。激光焊缝宽度为0.5～1mm，凹度与对接板边间隙要求严格控制在板厚的10％以内。在该条件下，采用CO2激光焊，功率为1300W，焊速4m/min。为热冲压一体成形做准备。
(3)热冲压，采用HS-QP热成形工艺。将激光拼焊后的坯板转移到辊底式加热炉中，以10-15℃/s速率加热到900-950℃，保温5-10min，进行完全奥氏体化处理；将完全奥氏体化后快速转移到冲压模具中，使用800MPa热冲压机进行一体化热冲压成形，冲次为每分钟3件。模内淬火至240-280℃，保温10-20s，进行碳元素配分，之后水淬至室温。
(4)酸洗，将一体化热冲压成形的汽车门框进行酸洗。

Claims (4)

1.一种轻量化异种钢焊接后一体化热成形汽车门框，其特征在于，整个车门框分为五部分，根据其力学要求的不同，选用异种高强钢板材料，激光切割成合适尺寸，激光拼焊后采用一体化热冲压成形，形成了异种钢焊接后一体化热冲压成形工艺。
2.权利要求1所述的汽车门框五部分为分别为左纵框，右纵框，上横框,下横框和左斜框。右纵框和左纵框采用热成形钢板22MnB5，下横框采用DP590钢板，左斜框采用QP980钢板，上横框采用IF钢。
3.权利要求1中所述的激光拼焊工艺参数为激光焊缝宽度为0.5～1mm，焊缝表面的凹度与对接板边间隙要求严格控制在板厚的10％以内。采用CO2激光焊，功率为1300W，焊速3m/min。
4.权利要求1中所述的一体化热冲压工艺为在保护气氛下以10-15℃/s速率加热到900-950℃，保温5-10min，进行奥氏体化处理；将奥氏体化坯板后快速转移到冲压模具中，使用800MPa热冲压机进行一体化热冲压成形，模内淬火至240-280℃，保温10-20s，进行碳元素配分；最后将冲压件水淬至室温。
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