凯发国际熱成形技術使車身輕量化成為可能

作者：凯发国际拋丸機發布時間：2021-11-04 16:16:30 點擊：

作為多種新型成形工藝之一，熱成形技術在汽車輕量化中所具有的潛在優勢備受汽車廠商關注。尤其是隨著中國熱成形產業的快速發展，熱成形技術給汽車減重帶來了新的希望。本文以本特勒公司為例，介紹了實現車身輕量化的可行性解決方案。

本文由吊鉤式拋丸機整理根據Ward’s Auto的統計，2011年全球汽車保有量已經突破10億輛大關，這個數字還在以每年超過8千萬輛的速度增長。但是不可否認，汽車工業的高速發展已經對資源和環境造成了較大的壓力，所以各國政府都相應制定了汽車溫室氣體排放的中長期規劃，其標準也越來越嚴格[圖1]。

無論對于傳統能源汽車還是新能源汽車來講，汽車輕量化都是提高車輛燃油效率的重要手段之一，其中就包括替代使用各種輕質材料如碳纖維，鋁鎂合金和（超）高強度鋼材等。有研究表明，車重每減輕10%，油耗會減少6~8%，但是減重的同時，不能以犧牲車輛的安全性為代價。

熱成形工藝的興起

由于鋼材具有良好的成形和焊接性能，可選強度范圍較廣，而且價格又相較其他輕質材料有不小的優勢，所以現階段乘用車用材主要還是以鋼材為主（約占總重60~70%），汽車車身作為鋼材使用較集中的部位，自然成為汽車輕量化的一個主戰場。從國際鋼鐵協會主持的ULSAB、FSV等合作項目，到歐盟多國聯合完成的SLC項目，直至較近安塞樂米塔爾的S-Motion項目，都明確指出了鋼材在車身輕量化上的潛能、可行性以及發展趨勢，即汽車車身會更多的使用先進高強度鋼和超高強度鋼，以替代厚重的中低強度零件或者結構復雜的總成件，同時在不影響汽車安全性能的前提下，減小零件的壁厚，減少加強件的數量，結合設計優化獲取較佳的減重效果。

一般來說，鋼材的強度等級越高，其成形的難度越大，零件沖壓之后的回彈也就越明顯，尤其是超高強度鋼（抗拉強度大于700MPa）的成形，無論對冷沖模具還是生產工藝都提出了非常高的要求。相比之下，熱成形工藝就很好的解決了傳統冷沖工藝遇到的上述困難，為超高強度鋼零部件在車身上的大量應用開啟了另一道大門，越來越多的車企也開始將目光轉向這一領域。

本特勒的熱成形工藝流程簡圖如下[圖2]，前期開卷和落料與冷沖壓工藝基本相同，落好的料片需要經過加熱爐加熱到900度以上的高溫，然后通過自動夾持機構快速移動到模具中，沖壓的同時對模具進行冷卻，后期零件根據不同需要有可能進行部分激光切割，如果材料本身沒有預涂層保護的話，較后還要對零件進行拋丸處理，去除氧化皮。從該工藝流程我們不難看出，熱成形的本質實際是一個熱處理過程，基材鋼板本身只是高強度鋼板，當加熱到紅熱狀態時，鋼材微觀組織會轉為奧氏體，材料強度有所降低，延伸率大幅提高，易于加工成形，而模具冷卻機制使得材料再次經歷另一個相變過程，開模后較終成形的零件才擁有類同超高強度鋼的機械性能（抗拉強度在1500MPa左右）。

熱成形工藝可以適配在車身很多零部件上，主要集中的應用于A柱，B柱，車門防撞梁，門檻，中央通道，防火墻擋板，前后縱梁，前后防撞梁，車頂和地板加強梁等關鍵承力部件上[圖3]。根據沃爾沃汽車的研究，在不影響車身強度和碰撞性能的前提下，車身使用熱成形零部件的比例上限約為45%，現階段大部分合資車型的比例在15%左右，自主品牌的車型往往不足6%，所以熱成形技術的應用還有很大的發展空間。

全球經驗，中國制造

在本文中，我們僅以本特勒為例，講解熱成形技術在實際車型中的應用。作為專注于熱成形工藝和產品已逾20多年的公司，本特勒積累了豐富的全球批量生產經驗，是世界較大的熱成形零部件供應商之一，公司的生產線遍布世界各地，為客戶提供著及時、高效、穩定的產品和服務。在2005年，本特勒就將當時較先進的熱成形生產線引入中國，成為第一家將熱成形產品國產化的外資企業。現如今，中國已經成為世界較大的汽車生產國，這也印證了本特勒對中國市場將持續快速增長的預期判斷。

本特勒一直致力于熱成形產品在國內車企的推廣與應用，促成了多個自主品牌汽車生產廠家對熱成形技術的了解、認識和使用，其中較成功的案例就是奇瑞的艾瑞澤7。該車是現階段自主品牌單車熱成形零部件用量較高的車型，其中包括左/右A柱，左/右B柱，左/右車門防撞梁和防火墻加強板，共7個零部件，打造了一個較為完整的安全籠式乘員空間，車身強度也因此提升了3~5倍。這種設計確保了車輛在前碰和側碰中能夠較大程度上保證座艙的完整性，明顯的減少了侵入量，提高了車輛的碰撞安全性能，使艾瑞澤7順利的達到了預設的C-NCAP 五星安全設計目標。另外，奇瑞汽車根據美標IIHS新規又對艾瑞澤7進行了25%小重疊度碰撞測試，同樣取得了上佳的表現。值得一提的是，由于采用了熱成形零部件，整車反而減重8.6kg，真正實現了輕量化與安全性的共贏，該車也因此榮獲2013年中國（一屆）輕量化車身會議一等獎的殊榮。

技術創新是驅動力

熱成形技術從產生到如今大規模應用已經走過了幾十個年頭，本特勒在技術創新的這條路上也一直孜孜以求，從間接熱成形到直接熱成形，從簡單零件到復雜零件再到總成模塊，本特勒利用在熱成形技術上的經驗優勢不斷為汽車廠商提供著更為先進的工藝和產品。其中，與Mubea公司一起開發的TRB（Tailor Rolled Blanks差厚板熱成形）技術就是在這個過程中應運而生的創新技術代表之一[圖4]，該工藝通過將料片預先精確輥壓至需要的不同厚度，在同一料片上人為的產生了不同的厚度區間，熱成形之后的零部件也就擁有了既定的厚度分布，通過精心的設計優化，該技術可以在傳統熱成形基礎上使零件再減重20%左右，同時擁有更好的整體剛度和抗變形能力。