汽车构件（精选6篇）
汽车构件 篇1
随着科技的进步以及环境改善的迫切需求, 如何节省能源已经成为一项世界性的课题。对于汽车而言,车身轻量化已经成为世界汽车发展的主要趋势,白车身铝合金板材模具工装的开发与使用在整车生产中逐步占有越来越重要的地位。 铝合金材料冲压成型时容易产生较大的回弹变形行为,在冲压过程中易出现尺寸超差、开裂、变薄率超差、起皱等现象。铝制件这种特殊的材料性能给工艺分析、回弹分析以及调试生产带来了很大的困扰。主要阐述了通过对制件的回弹分析及回弹补偿,来解决相应的成型问题。
1减小或消除制件的回弹变形
铝合金板材的冲压工艺设计方法是解决铝合金板材制件回弹变形的核心技术,涉及到工艺方法、成型条件、补偿处理等多方面技术内容,需要分析成型过程中的开裂、起皱、回弹、扭曲等多种冲压缺陷产生的位置及原因,并寻找相应的消除办法,具体可以分为以下几个部分。
1.1冲压工艺设计
冲压工艺设计也称工艺方案设计,是根据铝合金板材结构件的产品特点来确认成型区域、补充形状,修边布局及相关的翻边、整形形状等工艺内容,在设计过程中需要详细分析零件成形过程中板料的流动情况及各工序冲压过程的稳定性、 成形性等多方面因素,制定相应的工艺过程。铝合金的延展性较低,制件相应的成型也更加困难, 因此,需要考虑更多的成型因素对零件的影响,从而保证制件在冲压工艺设计时能够得到稳定的成型结果。
1.2回弹补偿控制
受铝合金材料特性的影响,在铝合金冲压成型过程中回弹无法避免。在铝合金成型过程中, 分析铝合金板材与钢板的力学性能,通过对相关材料参数进行深入研究,找出在成型过程中对回弹变形有影响的关键因素,从而有目的的加以解决,是对铝合金制件进行有效回弹控制的必然手段。由塑形金属材料拉伸曲线的应力应变关系(图1)可知,材料在拉伸过程中存在弹性变形εe和塑性变形εp两部分,材料受力后由材料原长L0拉伸为(L0+ΔL)。ΔL为受拉力F后产生的伸长量,当施加的成型力卸载后,样件内部的Δσ应力消失,弹性变形εe消失,样件的伸长量出现ΔLSB大小的回弹变形;由此可见,在冲压成型过程中,材料的回弹变形是不可避免的,相对于低碳钢板的变形行为来讲,如图2所示,铝合金制件的回弹变形较低碳钢变形大,且与高强钢的变形基理不同,主要是由于杨氏模量E引起。
假定样板长度L0=1000 mm,ΔL=50 mm,则ε= 0.05;低碳钢DC04的屈服强度为σs=210 N/mm2,铝合金板5754的屈服强度为σs=182 N/mm2,其中钢的杨氏模量为2.1×105MPa,铝的杨氏模量为0.7× 105MPa,由上述数据可以得出,钢板回弹变形ΔLSB= 1.00 mm,铝合金板材回弹变形ΔLSB=2.60 mm,铝合金板材的回弹变形是钢板的3倍左右;此外,在板料的弯曲过程中,板料外侧Lout处于拉伸状态,内侧Lin处于压缩状态,而中性层Lmid则认为没有变形,如图3、图4所示,可以得出如下计算公式。
在材料的变形过程中,由于存在弹性变形和塑形变形,因此,去掉弯曲过程中的弹性变化参数,可知其塑形变形量计算如下。
从回弹释放简化模型中,可以得出如下计算公式。
从图4简化模型中角度回弹偏差可以得出如下计算公式。
由上述公式可知,弯曲半径Rmid大会导致较大的回弹变形,弯曲过程中,较大内外表面的应力差 Δσ也会产生较大的变形,此外小料厚t0、较小的杨氏模量E也是影响制件产生较大变形的主要因素, 铝合金板材由于自身的力学性质决定其在冲压成型过程中必然会出现较大的回弹变形,因此需要通过有效的回弹补偿手段来保证产品的尺寸精度。 在设计过程中,根据铝合金板材冲压成型的特殊性,要求进行全工序的CAE分析,对不满足铝合金板材成型性的产品区域进行评判,相关问题必需提出反馈、修改,保证产品在理论上可行,起皱及开裂区域必须有相应的对策处理。如图5所示,制件GX 513A06-7材料为AC600,料厚为1.5 mm,依据ATOS检测结果,对制件进行最佳拟合,然后根据制件拟合后的回弹范围及回弹量,比较制件的尺寸公差,确定其变形程度及需要进行补偿的范围。
回弹补偿的范围及大小确定后,下一步就要明确具体的补偿量对应的时间及位置关系,如图6所示,制件GX 513A06-7回弹补充前的自由回弹, 通过全工序的回弹分析,可以确认制件不同的回弹变形产生的时间、位置,然后通过型面补偿措施解决制件产生的回弹。一般原则上是从产生回弹变形的根源上加以补偿,从而有效解决冲压过程中的回弹变形。
根据不同的制件、不同的成型方法以及复杂的变形行为,制定出了铝合金冲压件的4种回弹补偿策略,通过整体补偿、局部补偿相结合的方法, 解决制件的回弹变形,具体如下。
a.全工序整体补偿策略。
b.各工序分步整体补偿策略。这种补偿方式主要针对工艺复杂,变形行为多变的异常状态,主要根据制件在各工序间的变化状态,采用两种不同目标基准的补偿方案。
c.成型优先整体补偿策略。
d.各工序局部区域补偿策略。
在CAE仿真分析过程中,各补偿策略既相互独立又可以根据制件的不同位置交差并存,应具体问题具体分析,既考虑制件的生产周期,又要评估补偿的生产成本,从而制定出科学的回弹补偿方案。另外,拉延筋的设计方法是影响CAE模拟分析与制造过程中调试稳定性的一个比较关键的环节,由于拉延筋对材料成型时板料的流动控制起到决定性的作用,而工艺阶段的回弹分析又是以分析软件的理论模型为基准,因此,在铝合金加工数据的构建过程中,为避免理论结果与实际生产出现偏差,需要加工数据严格按照该件等效筋的构建指示书进行设计,如图7所示拉延筋构建指示说明,在不同的情况下需要按照表1和表2采取不同的拉延筋设置。
由于铝件在冲压后的回弹较大,且在冲压生产过程中,存在较多的不确定噪声因素的干扰,即使进行了相应的回弹补偿设计,仍会出现理论数据与实际形状存在偏差的现象。自动化生产中使用普通类型传感器的感应距离通常无法满足正常生产需要,因此除拉延工序外,后序模具都需要采用强力型的传感器。
2制件在不同工序的回弹变形
车身结构件不同于内外覆盖件,形状千差万别,即便是同一个车身平台,不同车型,相同功能的制件,往往一个局部改动,都会造成制件的整个回弹行为发生方向性的偏差,因此不同的制件在模具中的服帖性也存在较大的不同。在模具加工制造过程中,由于铝合金板的材料特点决定,其加工方法与铁合金模具的生产方式也存在一定的差异。 由于铝合金成型时存在较大的回弹变形,如何控制制件与模具型面的服帖性是一个较困难的问题,针对不同的制件形状及变形行为,具体划分如下。
a.制件成型过程中,拉延件的回弹变形与制件修边整形后,回弹趋势、范围基本一致,且不存在拉延件回弹变形低,局部切边后形状变高的现象, 如图8所示,制件GX-03410各序回弹变形状态,回弹结果显示各序回弹变形量较小,可以认为工艺补充对制件的回弹变形影响较小,制件变形稳定, 则第一序修边模具可以根据拉延件回弹变形释放后的尺寸偏差进行型面补偿,以保证第一序修边模具的服贴性。
b.在铝合金零件的冲压模具制造过程中,大部分的制件在回弹变形分析时,体现出的变形趋势往往更加复杂, 拉延件的回弹变形与修边后的零件存在较大的偏差,或者是回弹尺寸发生较大的改变,或者是回弹趋势发生逆转,在这种条件下,表明制件的补充形状对零件的回弹变形会产生较大的影响。在调试过程中,在制件出现波纹、缩颈等现象时需要对工艺补充,拉延筋进行轻微的调整,也就意味这制件的回弹变形出现波动,从而影响制件在后序模具上的服帖性。另一方面,如果在成型过程中,制件的变形各序之间的偏差都存在明显区别,如图9所示的制件GX 03418的各序回弹状态,回弹结果显示各序的变形量差别较大。产生这种情况的原因是冲压件在拉延工序后就释放部分回弹量,修边后释放绝大部分回弹,经过翻整工序又产生回弹。因此,直接用理论产品数据加工后序模具型面,基本上不能做到自由状态下工序件与凸模服帖。为解决这一问题,需要严格分析各序制件的回弹方向和回弹数值,确定制件产生变形的根本原因,从而得到准确的后序工艺回弹范围及回弹量,并检测前期冲压工艺设计及回弹补偿策略的可靠性。
如果检测后的制件满足制件的公差要求,则意味着冲压工艺设计时预测的回弹及进行的补偿是正确的,只需要保证后序模具不产生额外变形, 回弹量正常释放,就能够得到合格的制件。
如果制件的检测结果超出制件要求的公差范围,则表明前期的补偿控制出现问题,需要检测、 分析超差的位置及原因。如确认是设计阶段分析及预判偏差所致,则需要重复从回弹变形分析开始的设计思路,确认偏差区域及偏差量,进行局部整改工作。如果前期分析没有问题,变形是由材料的流动变化产生,就可以进行扫描采集数据,然后通过逆向软件快速生成曲面,经过数据最佳拟合,即可得到拉延件与理论数据制件的偏差结果。
对比CAE分析时的回弹变形,如果数据偏差在一定的范围内,可以通过软件同向变形,作为加工第一序修边模具的加工数据。如果数据偏差超出额定范围,则需要经过细化,填充等处理,生产新的型面数据,直接导入CAM系统用于加工。如图10和图11所示制件加强梁GX 8403021更改前后的加工数模。
3结束语
概括介绍了如何解决汽车铝合金板材结构件在冲压过程中回弹变形的几种方法,通过前期的冲压工艺全工序分析模拟,确定回弹工序、回弹区域和回弹数值,从而进行相应回弹补偿来解决可能产生的回弹变形;同时,在生产调试过程中跟踪制件的调试情况,然后通过软件模拟现场实际状态,对于分析前期预测的回弹结果,制定更加准确的回弹补偿措施。通过公司实际铝合金板材结构件的模具生产,验证了目前这种确定制件回弹的方法比较有效,能够满足实际生产要求,能够为国内铝合金板材制件模具的制造提供有力技术支撑。
试析研发汽车底盘构件产品的要点 篇2
随着自主开发不断的提上日程, 更强调的是对汽车概念, 方案以及结构的要求, 和二维的图纸相比, 更注重三位的开发。例如对于副车架的性能、物理特征、可维修性、静刚度、动刚度、防撞击性能、强度等各个指标进行植树设计, 以保证性能优越、各项指标都在安全范围之内。
静刚度主要是对各个安装支架处的硬点 (Hard Point) 提出的要求, 比如转向机安装支架、控制臂安装支架、稳定杆安装支架等等。每个硬点有X、Y、Z3个方向的要求。
为了实现整个车的舒适性通常采用动刚度和模态来表示。通常情况下, 用三分之一倍频程来对动刚度进行评价, 静刚度一般用结构的在静载荷作用下的变形多少来衡量, 动刚度则是用结构振动的频率来衡量;如果动作用力变化很慢, 即动作用力的频率远小于结构的固有频率时, 可以认为动刚度和静刚度基本相同。否则, 动作用力的频率远大于结构的固有频率时, 结构变形比较小, 动刚度则比较大。
噪声是影响汽车驾驶舒适度和行驶安全性的一个重要指标, 对汽车本身而言, 就是正常使用过程中零件不能发出任何声响, 对于汽车的副车架来讲, 橡胶衬套处的配合情况是汽车噪音的主要来源。
汽车的物理特性主要包括车型的尺寸、轮廓、材质的轻重和各项性质。在对这些进行设计和参数的输入时, 一定要在开始报价的时候就确定下来, 由于购买方的不确定性或者卖方的技术问题等造成参数不确定的情况, 一定要遵循买卖双方的意愿, 双方要进行充分的协商。因为成本价格直接影响着汽车的价格, 指标不同价格必然也不相同。
2 详细结构设计
设计输入确定了之后, 还要注意一些问题, 首先要对顾客给出的概念设计进行认真分析。一般用CAE进行有限元分析计算, 根据输入要求, 计算出刚度、强度等与目标值的差异, 对于指标的完成情况, 做出具体的分析和总结。对于没完成的指标要采取相关的措施。同时, 为了保证以后设计工作的顺利进行, 要对零件清单和零件原材料以及相关的工艺进行全面的研究, 做好充分的准备工作。之后就要进行设计流程的开始了。设计的第一步就是在上一步结果的基础上, 用CAD完成产品的三维结构造型设计, 对设计概念进行优化, 对设计结果进行估量, 原则是不能超出输入中的尺寸和轮廓。这个阶段的主要负责人员是产品工程师和工艺工程师, 两者要加强交流, 在符合整体工艺和成本设计的基础上, 完成整个阶段的结构设计, 每一个细小的改动都需要两个工种间进行多次设计循环。
当锁定一种设计状态后, 下一步就是再次进行CAE有限元分析计算, 看看计算结果与概念设计相比有多少变化, 是否有更多的指标合格, 如果发现还有指标没能满足, 那就必须修改产品设计, 重新进行三维造型设计, 一直到能够全部满足输入的要求。然而, 一般来说整车厂对这一环节要求非常严格, 因此, 在方案设计的过程中还要加强和工厂的交流, 对设计中能够实现但是生产上不能满足的地方进行改进, 以便于后期出厂生产的进行。另一方面, 设计人员还要加强与客户的沟通, 针对客户的合理需要不断的改进设计, 认真的根据客户的需要将设计循环认真的走一遍, 确保整个设计的质量不会因为更改而出现纰漏, 进而影响整个设计的性能发挥。
一般来说, 产品设计好后, 不能进行随意的变更, 因为, 如果结构或者其他方面需要变动, 由于整车厂在设计输入中已经确定了产品的大致形状。如果确实有需要, 一定要经过客户的同意, 否则不能进行。因此, 一般来说, 最终锁定的产品形状和设计输入的形状大体上很相似。
3 图纸设计
在汽车工业中的产品开发环节中, Autodesk Inventor并非是当前最富盛名的三维设计软件, 设计人员的策略关键在于, 不盲目追求高投入, 而是找到真正合适自身需求的软件工具。存在于研发环节的各种具体细节问题并非仅靠解决软件平台的问题就能全部得到解决, 一些存在于研发策略、研发流程上的差距依旧存在, 因此要能在提供设计平台的前提下, 提供更为深入的咨询服务, 为企业梳理流程, 优化配置, 更高效地运用先进地数字化软件开发管理工具, 提供更具针对性的支持, 这样就能更迅速地向世界级企业水平靠拢。确定GD&T的过程一般来说, 首先是制造部门确定每个零件可达到的制造精度, 而由客户规定总成的GD&T。在这个基础上, 由产品工程师进行协调和统一。对于一些特殊工艺, 比如后冲孔等, 需要特别注意散件状态和总成状态的差异。另外, 对于需要匹配的区域, 公差设置一定要小心。
现阶段, 汽车底盘的设计、制造和检测检验环节正扎起逐渐向着多元化、科技化和信息化的方向发展, 以前的以二维方式为主的手段正在逐渐被三维数模代替, 以二维的图纸为辅, 所以这也就设计人员提出了更高的要求, 技术人员要不断的加强相关知识和理论的学习, 不断对新技术进行掌握。
4 试制和验证
在图纸的设计完成之后, 要进行相应的试制和验证。试制分为手工样件 (原型样件, Prototype) 试制、工装样件试制以及批产试制。Prototype样件试制一般是采用软模或者简易工装来完成。批产试制的主要目的是为了进行PV (Product Validation产品验证) , 应该是用正式的工装设备制造的产品, 对于一些国产化产品, 一般没有Prototype样件试制概念, 因为产品设计早就定型了, 这时会多出一个OTS (Off Tooling Sample工装样件) 状态, 这种状态是在使用新的工装和原材料时用来对是否能制造出符合设计要求的产品进行测试和验证的参数。对于试制工艺, 一定要从各阶段的实际情况出发, 根据不同的情况编制不同的工艺, 充分的结合现实来进行。产品在投入批量生产之前必须经过两轮的验证测试工作, 这两轮包括项目阶段的设计验证和产品验证, 在不同的验证阶段, 验证结果的合理性需要购买方和供货方共同决定协商, 但是产品最终的参数设计是由客户决定的, 生产设计方需要为客户的决定进行建议和指导。如果客户同意设计的方案, 双方就要根据设计方案召开相关的会议, 如果有变动需要, 确定可行的设计变更方案;另一方面供应商可以开始启动正式工装设备方面的工作。如果仍然需要进行相关的变更, 就要对工程方案的路线进行全面的研究, 从而实现对问题的解决。对于验证通过的产品, 客户除了对工程的认可还要启动相关的审批工作。在所有的程序完成之后, 就开始全面实现新产品的生产。新产品的开发工作就到此结束。
摘要：随着社会的发展, 汽车业成为了我国重要的产业, 在汽车制造方面取得了重大的成就, 但是自主设计开发的能力不足。面对竞争日益激烈的汽车市场, 必须提高自主设计开发的能力, 才能从根本上提高企业的竞争力。本文重点探讨了汽车底盘构件产品的结构设计。
关键词：汽车底盘,结构件产品,开发流程
参考文献
[1]李佳.汽车底盘保护措施之装甲与塑封[J].机电信息, 2010年33期.[1]李佳.汽车底盘保护措施之装甲与塑封[J].机电信息, 2010年33期.
[2]姚腾飞;江小白.简述汽车底盘装甲[J].黑龙江交通科技, 2011年08期.[2]姚腾飞;江小白.简述汽车底盘装甲[J].黑龙江交通科技, 2011年08期.
汽车构件 篇3
关键词：汽车,结构件,焊接质量,原材料
在当前汽车的生产过程中, 结构件在整个汽车零件中占有1/4 的比例, 是非常重要的汽车组件。在对汽车结构件进行焊接之前, 首先需要对焊接质量进行有针对性的策划, 包括选择焊接设备、评定焊接工艺、确定检测项目等, 在完成对这些要素的策划之后, 便可以从以下三个方面对焊接质量进行有效控制。
1 原材料
一般情况下, 焊接结构件的工作环境都相对恶劣, 在这种情况下, 选择并控制原材料便成为保证质量的关键。对原材料的控制需要从以下几个方面入手: (1) 订购。采购部门需要严格依照结构件设计师所列出的原材料清单采购, 比如品牌、规格、数量等要素都要严格控制, 并对供应商的资质进行审核, 确保原材料的质量。 (2) 进厂验收。结构件焊接工序的所有材料在进厂之前都需要验收, 企业要向产品供应商索取检验报告, 明确材料规格、机械性能和金相情况。如果存在与规定不相符的情况, 则不允许进厂。 (3) 收发管理。在完成进厂验收之后, 需要根据材料的批号、规格、炉号、入库日期等条件分类摆放。同时, 仓库的防腐条件与通风套件要良好, 且在领用材料时, 需要制作物流卡, 标明材料的所有信息。 (4) 备料控制。
一般情况下, 在正式焊接以前, 需要对板料进行处理, 具体包括以下几个程序: (1) 下料。这一过程的重点在于对材料的各种要素进行严格控制, 避免出现混淆情况。 (2) 边缘处理。这一过程的重点在于对材料的剖口进行严格控制, 保证板料顺利焊接。 (3) 焊前准备。这一过程的重点在于对材料的毛刺与清洗情况进行严格控制, 提升焊接质量。 (4) 突出随机对板材材质和性能进行抽查的机制, 给供应商一种紧迫感, 督促其不能为了降低成本而变更板材型号等。
2 工艺因素
从产品属性角度来看, 汽车焊接结构件的属性相对特殊, 需要通过对工艺因素的有效控制实现对产品质量的控制。一般情况下, 需要从以下三个方面来控制工艺因素: (1) 人员素质。从事焊接工作的相关人员一定要具备良好的技能素质, 不仅能够对生产时间进行准确的控制, 还要能够确保稳定的产品质量, 从而达到控制生产过程中相关工艺因素的目的。 (2) 设备稳定性。在对结构件进行焊接的过程中, 对电压、气压、水质等条件都有着严格的要求。因此, 在焊接时, 一定要确保焊接设备的高度稳定, 定期检查设备的运行情况。一旦发现问题, 需要在第一时间对设备进行维护, 避免因设备问题而导致产品质量下降。 (3) 参数符合性。工艺参数的准确是确保焊接质量的关键。在日常生产过程中, 不同类型的汽车结构件在焊接过程中需要运用的工艺参数也存在差异。为了能够准确控制这些参数, 企业需要将这些参数记录在相应的日常参数记录表中, 并对设备参数变化进行系统性分析, 以确保对工艺因素的有效控制。
3 实物质量
在对实物质量进行控制的过程中, 需要注意以下三方面: (1) 首、中、末件检验。对于汽车焊接结构件来说, 整个加工过程便是确保产品质量的过程, 结构件加工一旦完成, 那么产品的质量也就无法改变, 因此, 对加工首件的质量进行严格检验, 是确保接下来产品质量的关键。首先, 焊接人员需要在生产前对设备运行情况进行严格检查, 确保设备能够正常生产;其次, 在完成首、中、末件架构之后, 相关人员还需要以检验规范为基础对产品物流卡进行严格检查, 以确保生产材料与生产要求相符;再次, 通过检测设备对产品尺寸进行检验, 确保产品尺寸符合标准;最后, 以缺陷标样为基础对焊缝进行缺陷检查, 并将检查结果填入“三检”检验卡中。 (2) 返工件质量。虽然在对汽车结构件进行焊接的过程中有着严格的检验标准与工艺控制, 但一些不合格产品仍然不可避免, 这也是实物质量管理过程中的难点。想要控制这些返工件, 首先必须有针对性地评审这些不合格产品, 明确其不合格原因;其次找到返工工艺, 并以此为基础制订相应的纠错途径;最后再次对这些工件进行严格检验。 (3) 进行型式试验。由于汽车焊接结构件在生产过程中具有一定的特殊性, 因此, 进行型式试验是非常有必要的, 特别是针对一些缺陷产品, 更需要通过腐蚀、冲击、疲劳等相关试验, 模拟结构件在使用过程中的环境, 找到导致缺陷的具体原因, 从而提升产品质量。
4 结论
综上所述, 汽车焊接结构件是确保汽车整体质量的关键构件。企业在日常生产过程中, 只有准确把握原材料、工艺因素和实物质量等三个方面, 才能有效控制汽车焊接结构件的质量, 从而提升产品为企业所带来的经济效益。
参考文献
[1]翟浩, 刘士敦, 王润之, 等.工程机械大型结构件焊接变形的原因及控制方法[J].工程机械与维修, 2014 (12) :126-127.
[2]文勇.车身结构件过程质量控制标准化模式浅探[J].机械工业标准化与质量, 2011 (11) :39-43.
汽车高强度结构件热冲压生产线 篇4
采用热冲压成形集成控制成套装备生产线生产的汽车结构件, 具有超高强度、高硬度、轻量化 (厚度比普通钢板减薄可达35%) 、几乎无回弹 (制造精度高) 等诸多优点, 技术优势十分明显。此外, 冷冲压中需要多套模具多次成形的冲压件可用热成形工艺一次成形, 从而减少模具数量和成形工序。由于该项技术需要在热成形的同时, 给予足够的冷却速度进行淬火, 因而对设备和模具方面都有特定的要求。
2011年, 在国家科技重大专项课题“超高强度汽车结构件热冲压技术和装备生产线”的支持下, 我公司与长春伟孚特汽车零部件有限公司合作开展了超高强度汽车结构件热冲压技术和装备生产线的技术攻关, 并采用国产关键设备自主开发了装备生产线, 打破了国外技术垄断, 填补了我国在热冲压成形生产线成套装备生产线上的空白, 现在生产线已成功得到应用。
本文介绍了国产汽车高强度结构件热冲压生产线, 分析了生产线的构成, 阐述了生产线的关键设备及性能指标, 对生产线的性能与国外同类产品水平进行了比较, 生产线的主要性能指标已达到发达国家先进产品的技术水平, 甚至在某些指标上已超过国外产品。
生产线构成
项目组对超高强度汽车结构件热冲压技术和装备生产线相关技术进行了创新性研究, 解决了有关共性关键技术问题, 研制出了具有自主知识产权的节能型环式转底防氧化加热炉、专用水冷模具和变速可调高速液压机的高速、高效、稳定可靠的中央控制自动化生产线, 如图1所示。整条生产线的开发, 集成了液压机、工业炉、热处理、自动传送设备、冲压模具、汽车冲压工艺、系统自控等多领域的专家与技术, 采用现场总线工业网络控制技术联调各个关键设备, 可按照生产节拍和工艺参数, 实现稳定、可靠的热成形件大批量生产, 产量达60万件/年。生产线具有完全自主知识产权, 并具有低成本优势, 可替代进口热冲压生产线。与国外同类技术和生产线相比, 节能近30%, 可对预成形件进行模内淬火, 解决了许多在高温状态下不能成形的复杂结构件的成形疑难问题, 从而扩大热冲压成形件的应用范围, 可满足汽车及航空航天等行业的市场需求。
关键设备及性能指标
生产线由防氧化连续加热炉、高速传送装置、高速热冲压液压机、水冷热冲压模具等关键设备组成, 其系统架构如图2所示。
1.防氧化加热炉2.高速传送装置3.高速液压机4.水冷热冲压模具
1.节能型环式转底加热炉
加热炉为电气混合环式转底方式加热, 采用膨胀率极低的耐高温特殊材料作为充有防氧化气体高温加热炉的核心主轴。炉体设计过程利用红外温度测试、热电偶温度测试等技术, 分析了加热炉内部的空载温度分布, 确保满载温度分布达到最优。为了保证加热炉的可靠性, 还针对炉内关键耐热部件的耐高温性能、热疲劳性能进行测试和验证, 同时进行加热炉整体运行状态下可靠性试验, 确保了加热炉在大批量生产线上的可靠性。加热炉内部结构如图3所示, 其主要性能指标见表1。
2.高速传送装置
高速传送装置 (见图4) 采用直线往复的复合运动机构, 简单、灵活、可靠, 更便于不同产品的更换。夹持器的控制系统采用高可靠、稳定的PLC设备, 对外关联设备均通过Modbus协议, 使用通信的方式进行控制与连锁。针对不同尺寸、形状和重量的汽车结构件, 设计和制造了耐高温的端拾器。该端拾器与高速智能传送装置相配合, 在满足工艺要求的前提下, 完成高温钢板的抓取和传送工序。为实现可靠的大批量生产, 在中央控制系统下, 建立了高速智能传送装置的控制系统, 以及附带于传送装置上的温度监测装置。此温度监测装置与模具温度监控装置等综合在一起, 形成生产线上的温度采集系统, 用于在生产的同时记录温度工艺参数, 从而便于根据实际生产数据进行工艺优化、钢板性能预测、模具疲劳性能预测等。
3.高速热冲压液压机
高速热冲压液压机主机结构利用计算机模拟分析, 对整机、模具和冲压件的之间的耦合刚度进行分析, 使主机能够在强度、刚性、寿命等方面充分满足要求。液压缸密封设计采用“斯特封—Y形圈—导向环”密封组合方式, 确保液压机在高速运转下密封效果, 压力保持平稳。液压系统采用块位置的精确闭环控制、压力闭环比例控制等控制技术, 实现了比例调压、四角比例调压、压边比例滑块四角调压、变压力控制等功能。利用速度比例控制技术, 有效减少了速度转换时的冲击。高速热冲压液压机可实现滑块的运动压力、位移、速度可任意设定, 具有数显、数控功能, 滑块运行的重复控制精度达到±0.1mm。高速热冲压液压机如图5所示, 其主要性能指标见表2, 其中特殊要求为, 送料机构是能够与加热炉料片出炉节拍匹配的高速运动智能控制送料机构。
4.热冲压成形专用水冷模具
依次对冷却速度与模面温度的关系特性, 批量生产中模具表面在冷热交变条件下的疲劳破坏机制, 提高模具使用寿命的制造工艺技术, 水冷模具材料研制以及水冷管系成型新技术进行了研究, 形成了具有内部冷却水道的热成形模具结构。对腔内壁的管路进行了优化设计, 如沿热冲压件形状均匀分布的冷却水道管系等。开发出了冷却管系成形的新技术, 可使管系制造成本降低, 模具寿命提高, 冷却水流通顺畅、温度场分布均匀, 模内淬火马氏体化均匀。热冲压成形模具材料采用导热率高、热稳定性好的材料, 模具型面冷却速度≥100℃/s, 寿命达20万次以上。
生产线水平对比
所开发的设备已在长春伟孚特汽车零部件有限公司进行了试用, 效果良好。与国外同类产品相比, 开发生产线主要性能指标已达到发达国家先进产品的技术水平, 甚至在某些指标上已超出国外产品。表3为本生产线与国外生产线的性能对比。
结语
汽车构件 篇5
1 实验材料与实验方法
实验选用宝钢生产的热轧态汽车结构件用钢B340LA作为实验材料, 化学成分如表1所示:
冷轧前板材厚度为5mm, 经过五道次轧制后得到1mm后的冷轧板材, 将冷轧后的板材在NH7732B-G电火花数控线切割机上切割成标准拉伸试样 (图1所示) 和15×10×1mm金相组织观察试样。将样品封装在石英管中, 在不同温度下 (650℃, 700℃及750℃) 分别保温10min, 30min, 60min, 然后空冷。
热处理后的样品经精抛后用4%的硝酸酒精溶液在室温下进行腐蚀。在LEICADMI5000m金相显微镜观察合金显微组织;在WDW3100微机控制电子式万能试验机进行拉伸试验;利用HVS-30型维氏硬度计硬度测试样品宏观硬度, 测试面为试样的10mm×15mm表面, 载荷为29.42N, 保压时间为10秒。每个试样测5次, 取平均值。
2 实验结果及分析
图2为冷轧B340LA钢板在650℃, 700℃及750℃下保温10m in后的显微组织, 650℃退火10m in后显微组织中发现有少数晶粒出现, 还是以变形带为主, 说明冷轧钢板在650℃保温10min后就开始再结晶。700℃退火10min后显微组织中发现有较多细小晶粒, 变形带比650℃时减少, 但是仍然清晰可见。而750℃退火10min后显微组织中已发现大量晶粒, 并且有长大的晶粒, 变形带已经变得很模糊, 说明再结晶基本完成。
冷轧B340LA钢板650℃, 700℃及750℃下保温30min后的显微组织如图3所示, 观察发现, 650℃保温30min后变形组织很明显, 发现比较多的小晶粒, 说明样品仍处于再结晶阶段;700℃时, 已经可以看到明显的晶粒边界, 变形带基本消失, 晶粒细化;750℃时, 晶粒清晰可见, 看不到变形带, 说明再结晶已经完成。
图4为冷轧B340LA钢板在650℃, 700℃及750℃下保温60m in后的显微组织。温度为650℃时, 条带组织清晰可见, 但可以清楚看到许多再结晶晶粒, 说明仍然处于再结晶阶段, 随着温度的升高, 700℃时, 组织发生明显的再结晶, 铁素体沿流线的分布趋势减弱, 组织均匀程度提高, 组织粒状化趋势增强, 可以看到明显的晶界, 但没有完全再结晶。当温度升高到750℃时, 此时已经发生完全再结晶, 且结晶均匀, 可以明显看见晶界, 晶粒尺寸也明显变大, 已经处于再结晶晶粒长大阶段。可初步说明再结晶温度为750℃左右。
图5为热处理样品抗拉强度、屈服强度、断面收缩率、伸长率随再结晶温度及保温时间的变化规律, 图6为热处理样品硬度值随再结晶温度及保温时间的关系曲线。由图可以看出, 冷轧B340LA钢板经700~750℃保温30~60min后抗拉强度均大于440MPa, 屈服强度均大于340MPa, 伸长率大于24%, 硬度值大约在220Hv, 符合产品要求。
随退火温度的增加及保温时间的延长抗拉强度、屈服强度、硬度值降低, 断面收缩率和延伸率增加, 尤其在700℃相比650℃硬度值有较大幅度下降, 然后趋于平稳。这是由于冷轧B340LA钢板冷轧后, 轧制压力所作之功, 除消耗于成型中摩擦阻力以及工件变形时的发热外, 尚有一小部分 (约占总功2~10%) 存储在变形晶体中, 这种储能主要以位错的形式存在, 使体系自由能增加。根据热力学第一定律, 金属在变形后处于热力学不稳定状态, 有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下, 原子扩散能力小, 不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加, 原子迁移的结果导致金属内部缺陷数量减少, 储存能下降[14]。当加热到650℃时, 在原子扩散的同时在变形组织晶界处重新产生了无畸变的新晶粒, 并伴随着力学性能发生明显的变化—抗拉强度、屈服强度、硬度值降低, 断面收缩率及伸长率增加。
根据阿累尼乌斯 (Arrhenius) 公式[14]:
式中V再:再结晶速率;QR:再结晶激活能;A:比例常数;T:再结晶温度;R:气体常数。由公式可知相同条件下温度越高孕育期越短, 静态再结晶越快完成。在750℃保温30min后, 储存能完全释放, 出现细小的等轴晶, 再结晶完成。
3 结论
1) 冷轧汽车结构件用钢再结晶温度在700~750℃之间。
汽车构件 篇6
10 月26 日,由合肥合锻机床股份有限公司承担的高档数控机床专项“ 超高强度汽车结构件热冲压技术和装备生产线” 课题通过任务预验收。
验收会上,合锻股份、大连理工大学、吉林伟孚特轻量化技术股份有限公司、 济南铸锻所等4 家课题单位进行了课题总结及课题成果汇报, 验收专家认真审阅了相关技术资料,并进行了质询。 验收专家组认为:该课题的研究内容和考核指标符合任务合同书的要求; 研制的超高强度汽车结构件热冲压成套技术和装备生产线具有完全自主知识产权,自主创新成绩明显;在生产工艺数据库建设方面取得了一定成果, 为汽车车身制造轻量化成套装备的研发和制造积累了经验,并建议进一步加大课题成果产业化推广力度。
通过课题的实施, 开发的系列高速冲压液压机快降速度达到800mm/s,工作速度达到46-250mm/s,回程速度达到550mm/s, 速度为目前国内先进快速液压机的2 倍以上,满足了高速冲压的需要,具有装机功率小,节能等特点,出口到澳大利亚、韩国等发达国家;掌握了节能型多用途分体旋转式加热炉、 自动化生产线的设计和制造技术以及随型水道专用水冷模具的镶块设计和制造技术; 通过自主开发的KMAS热分析软件,实现了高强度钢板热冲压过程的仿真分析与性能优化, 而且能够得到精度高于国外软件的分析优化结果,经过多年的积累,搭建了国内第一个热成形专家数据库。 在以上装备和技术的基础上,合锻股份通过基于中央控制的集成技术, 自主创新研制了超高强度钢板热冲压自动化生产线,并经过长期综合性能测试,展现出国产热冲压生产线的可靠性和稳定性均达到国际先进水平, 完全可以替代进口,且具有明显的性价比优势。