【汽车车身高强度钢板的应用浅析】高强度钢板
摘要： 随着能源危机以及环境问题的日益加剧，环保、节能、低碳以及安全一直是各汽车厂商关注的热点。为了实现环保、节能、低碳这一目标，减轻汽车重量是十分有效的方法，而减轻车重势必影响整车的安全性，这就导致了各种高强钢在汽车车身上的广泛应用。本文结合公司项目开发中高强钢工装开发工作，简单介绍高强钢工装开发的一点经验。
Abstract: As energy crisis and environmental problems rising, environmental protection and energy efficient, low carbon and security are concerned by automobile companies. In order to achieve the target of that, the very important method is acted such as the car weight saving. But the car weight saving will influence the security of the car, that is the cause of high strength steel sheet widely application on BIW. This article introduced the experience about tooling manufacturing of high strength steel sheet.
关键词： 轻量化；白车身；高强钢
Key words: light weight；BIW；high strength steel sheet
中图分类号：U466 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）24-0031-02
0 引言
随着我国汽车工业近年来不断发展壮大，机动车产量、销售量和保有量都快速增长。政府对汽车排放、能源消耗、安全性等提出越来越严格的要求，顾客对乘坐舒适性、噪音、防腐、美观等要求也越来越高，各汽车公司都在努力提高汽车的性能和功能。通过降低汽车重量，可以有效地减少CO2等的排放、减少化石燃料消耗、减少原材料消耗，可以降低悬挂装置的负荷、降低震动强度、提高乘坐舒适性，因此，轻量化成为汽车工业发展的必然趋势。在一部整车中，白车身的重量约占整车总重量的25%，所以，如何降低车身重量显得尤为重要。
高强度钢板的使用，可以在保证整车强度及整车的安全性的同时，有效降低白车身重量；如何合理的使用高强度钢板、如何做好高强度钢板制件的开发工作，对加快汽车产品的更新换代，缩短项目开发周期具有重要作用。
1 产品介绍
高强度钢板的牌号很多，各种牌号高强度钢板的机械性能差异很大，在产品设计时，正确选择高强度钢板牌号非常重要。
如图1所示，为我公司新近开发A4项目中的中通道前延伸件，这是产品的草数据模型，其设计材料为B340/590DP，料厚t=1.2mm；整体上看，该产品具有外形尺寸较大，形面极不规则，材料延伸率低，成形困难等特点。
B340/590DP钢板为高强度钢板，其力学性能如下：
屈服强度为340～500MPa，抗拉强度不小于590MPa，断后延伸率为18%。
该材料的力学性能与普通低碳钢板相比，屈服强度提高了，因此高强度钢板的成型性比普通低碳钢板差，成型极限比普通低碳钢板小。由于高强度钢板成型性下降，冲压时容易出现破裂、起皱、凹凸等缺陷；受冲压过程中产生的较大残余应力以及回弹的影响，高强度钢板的定型性较差，零件的几何尺寸、形状等的不确定性趋势增强。
正是由于高强度钢板的这些特性，我们不能将适用于普通低碳钢板的一些经验套用到高强度钢板上，高强度钢板的使用对冲压件产品设计、冲压工艺制定、模具结构设计、模具调试等各个环节都会产生很大影响。
2 CAE成型分析的作用
在该产品设计的初期阶段，对该产品的草数据模型进行了CAE成型分析，得出的结论是：制件开裂严重，无法成形，如图2所示，在FLC中可以看出，其平面应变点很多处在临界区以上，板材多处发生破裂。
钢板在拉延成形时，材料被压边圈和凹模夹住，所有的塑性变形在凸模的相对运动时完成，材料由于经受二维应变导致厚度变薄，如果局部应变过大，就会导致成形失效。材料的拉延成形性能主要取决于材料对应变的再分配能力；材料拉延成形性能与加工硬化性能紧密相关，即加工硬化能力越强，应变分布就越好，则材料的拉延成形性越好，反之，则材料的拉延成形性越差。
经过认真的分析研究，制件开裂严重的原因，除了该制件形状复杂、成型困难外，主要原因是选材问题，B340/590DP钢材的延伸率非常低，虽然B340/590DP有很高的屈服强度和抗拉强度，但其延伸率太低，成形性相对较差，对应变的再分配能力也较差，无法完成如此复杂零件的成形，因此提出更改设计，将该制件的材料改选为延伸率相对较高、成形性相对较好的高强度钢板，更改建议如图3所示。
通过对材料的性能以及成型性的多次优化，在满足整车碰撞安全性及整车模态要求的前提下，将该制件的材料最终确定为高强度钢板B220P2，其力学性能如下：
屈服强度为220-320MPa，抗拉强度不小于380MPa，断后延伸率为28%。
可以看出，B220P2与B340/590DP相比，屈服强度与抗拉强度均不同程度上有所减弱，但断后延伸率却有了明显的提高，其成型性也就有了很大的改善，使该制件的冲压成型成为可能。
经过几轮的CAE成型分析、数据优化，最终确定了该制件的封版数据，如图4所示。