汽车车身中高强度钢热成形技术的应用

王文鲜 牛金花 曹银立 胡亚东 赵岩

凌云工业股份有限公司汽车零部件制造分公司 河北保定 072761

1 汽车车身中高强度钢热成形轻量化应用现状

超高强度钢作为目前市场上性价比高的轻量化材料，其制造成本与制造工艺较碳纤维材料、铝合金材料更具优势。在保证汽车安全性能的条件下，优化设计以减薄车身零部件，可以有效减轻车身重量，在同等车身强度的情况下，重量降低约20kg。

据报道，以安全著称的沃尔沃XC90车型热成形钢约占整个车身重量的40%，而新款XC40小型SUV热成形钢车身重量占比也达到20%。由此可知在其车身上高强钢以上的材料占比很大，且主要的安全构件均为超高强钢。从国内市场来看，随着C-NCAP（中国新车安全评价）的不断升级，自2016年起，上汽大众和一汽大众生产的车型中都用到了20多个热冲压件，而现在在售的自主品牌车型，其A柱、B柱、保险杠、中央通道等部件均开始使用热成形钢板。可以说，近年来市场上对于热冲压零件的需求在迅猛增加中。

2 热成形技术概况

钢板热成形技术是通过一种常温下抗拉强度在400-600MPa的硼合金钢板冲压料片加热并保温至奥氏体化状态，然后快速移至内置冷却水道系统的模具中快速冲压成型。制件在冲压成形时被快速冷却实现淬火处理，使奥氏体组织转变为马氏体组织，最终获得具有马氏体组织的超高强冲压制件，强度可高达1，500-2，000MPa。

热成形工艺过程分为直接成形和间接成形两种。在直接热成形工艺中，钢板在冲压落料后，直接进行加热，接着快速送至具有冷却系统的模具内进行冲压和淬火，然后进行修边等后处理。在间接热成形工艺中，钢板在冲压落料后，先对料片冷冲压预成形，然后进行加热、热冲压完全成形、后处理，间接热成形可适用于形状复杂、成型较难或拉深深度大的零件[1]。

热成形用原材料被广泛使用的有两种，一种是表面铝硅镀层材料，一种是裸板材料，其基体均为22MnB5。裸板材料经过高温加热、空气中转移过程，表面极易产生氧化皮，而氧化皮影响零件在后工序焊装工艺的焊接性能以及涂装工艺的油漆附着力且易锈蚀。因此，要对无镀层热成形零件进行抛丸处理以去掉表面的氧化皮。

3 汽车车身中高强度钢热成形技术的应用

为了更大程度地实现轻量化，同时应对日益严苛的C-NCAP星级评价，有效提高车身安全碰撞性能、降低开发成本，更为先进的热成形技术陆续在国内外各车型上得到应用，甚至一种零件应用多个新技术。

3.1 补丁板（Patch Work）热成形

补丁板热成形，是一种预先在主体件局部位置连接衬板进行局部加强，然后一起加热、热冲压成形的工艺，该工艺主要用于需局部加强的零件，如汽车B柱、A柱内板、前围板加强横梁等，可以有效改善车辆在正面碰撞和侧面碰撞等事故过程中的乘员生存空间，降低人员伤亡率，采用补丁板热成形的零部件具有碰撞安全性好、弯曲载荷较高、可局部补强，同时又有较好的轻量化效果。

3.2 拼焊板（TWB）热成形

拼焊板热成形是通过激光拼焊将不同厚度的热成形板料连接在一起，然后一体热冲压成形的技术。拼焊板热成形应用于实现零件不同部位的不同性能需求，其在车身中应用主要是前/后纵梁、B柱加强板、中通道加强板等。拼焊板热成形技术典型的应用是一体式激光拼焊热成形门环[2]。这种一体式门环设计，采用激光拼焊将最合适的材料厚度和强度放在最合适的位置上，提高材料利用率，同时可以保证良好的能量传递和抗碰撞性能。一体式门环可有效减少车身零件数量，提高车辆可靠性。一体式激光拼焊热成形门环于2014年首次应用在本田讴歌MDX车型实现了23%减重，2017年克莱斯勒大捷龙和2018年道奇RAM1500也应用了此技术，2020年换代哈弗H6及哈弗大狗均采用了一体式门环的结构配置。

3.3 柔性轧制板（TRB）热成形

柔性轧制板是一种在轧制过程中实时调整轧辊间距，从而获得在沿着轧制方向上变截面形状的薄板。柔性轧制板热成形零件料厚是连续变化的，强度分布连续，具有良好的承载和碰撞能量传递性能，其不足之处是受轧制工艺限制，其厚度变化只能在板料的初始轧制方向上。柔性轧制板热成形在白车身上的应用包括前后地板纵梁、B柱和门槛加强板、中通道加强板等。

3.4 局部软区（Softzone）热成形

某些零件设计上出于乘客保护考虑，需要局部区域降低强度，如前、后纵梁局部位置，需要低强度导溃来引导形变，在保证足够的生存空间同时又能够有效吸能，减少车辆碰撞对乘客造成的伤害；局部软区热成形技术主要可通过模内分区冷却、炉内分区加热和局部退火软化三种工艺实现。模内分区冷却工艺通过对冲压模具局部区域进行加热以降低模具和板料之间热传导，控制淬火时的降温速度，生成较软的组织，从而形成软区。炉内分区加热工艺是对成形前料片强度要求低的区域加热只达部分奥氏体化或未奥氏体化，使该区域最终组织含较多强度较低的贝氏体或珠光体[3]。局部退火软化工艺是通常是利用激光束对成形后的零件局部区域进行加热退火，使该区域强度下降，通过激光热输入能量的大小控制区域最终强度。

4 结语

随着汽车轻量化和安全性能需求不断升级，性能更佳的热成形钢开发、使用技术发展，其相对于冷成形钢的优势将不断增加，更多先进热成形技术将在汽车车身中得到应用和发展。