国产轿车用冷轧钢板的科学使用

0I:10133745isml001-0x2000L02 第22卷第1期 北京科技大学学报 VoL22 No.1 2000年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2000 国产轿车用冷轧钢板的科学使用 初元璋 黄玲 北京科技大学材科科学与工程学院，北京100083 摘要详细介绍了2种实现国产轿车冲压件用冷轧钢板对路供应的方法，并对这2种方法 的优缺点进行了分析，提出了改进的思路 关键词冷轧钢板：轿车冲压件：科学使用：对路供应 分类号TG386.41 现行深冲压用冷轧薄钢板和钢带国家标准 限，选取不同的n值系列m,,,得到相应的成形 GB5213一85将钢板按拉延级别分为ZF,HF,F 极限.将测量到的零件的应变值放在不同的成 3级，这种分级方法不够科学，也造成用户无法 形极限中，得到不同的变形安全裕度：对不同n 选择最合适的材料.因此，对轿车冲压件用冷轧 值的安全裕度进行比较，选择安全裕度最低的 钢板的科学使用的研究被列为国家九五科技 n值（必须安全裕度≥5%），此n值对应的材料将 攻关课题，以实现钢板的对路供应和轿车用钢 是最经济的材料，因为，此材料既能满足冲压成 国产化的目标.本文是课题组在对CA7220轿车 形的性能要求，又是冲压成形材料中性能要求 和富康轿车冲压件进行实冲应变研究的基础 最低、最经济的. 上，提出了2种科学使用材料的方法，并对它们 例如用St13,St14,BIF3,XES板冲压富康轿 的优缺点进行了分析，提出了改进的办法， 车后盖板右上流水槽，冲压成形前，在原始钢板 上印上边长为2.5mm的方网格：冲压成形后， 1典型零件试冲和应变分析预测选 用ASAME系统对变形的网格进行测量分析， 材 得到后盖板右上流水槽的应变测试结果，用成 形极限图表示，图1为后盖板右上流水槽外形 武钢钢研所和东风汽车公司工艺研究所联 及测试区域示意图，图2、图3为St14,XES的合 合对富康轿车的典型零件进行了应变分析，提 成成形极限图， 出科学选材的思路是： 在4种材料冲压后盖板右上流水槽的FLD (1)选用几种典型钢板（如国产St14,St16和 合成图中，应变值均在成形极限以下，变形安全 相应的国外牌号XEX钢板)冲压同一零件，并 裕度最小为88%，说明用这几种材料冲压后盖 进行应变分析，得到成形极限图 板右上流水槽都还有一定的安全裕度，可用冲 (2)对零件的成形极限图进行分析，找出其 压级别低的钢板来替代，由于几种材料冲压后 危险点和最小安全裕度：实际应用时要求变形 盖板右上流水槽的应变值非常接近，可用上面 安全裕度≥5%，因此，安全裕度稍大于5%，则 认为选材合适，若安全裕度过大或小于5%，则 认为选材不合适， (3)对于安全裕度不够或过高的材料，其优 化选材的方法是，对FLD的成形极限进行移动， 由于成形极限主要与值和板厚有关，而板厚是 一定的，变动n值就可以得到不同n值的成形极 图1后盖板右上流水槽外形及测试区域示意图 199906-29收稿初元璋男，53岁，副教授 Fig.1 Outline of 'cover plate and upper right flume'and 国家九五攻关资助课题No.95-527-0104-01) testing region

DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2000．01．042

Vol.22 No.1 初元璋等：国产轿车用冷轧钢板的科学使用 ●63* 的方法进行科学选材，经迭代试验，发现n值为 度为5.5%和6.6%，合乎要求.另外2种材料的 022时，条件最符合.图4和图5为将St14和 冲压应变值经迭代试验，其安全裕度为6.5%和 XES的冲压应变值和n为0.22的成形极限放在 6.2%,也合乎要求.因此，用n=0.22的钢板冲压 一起的预测成形极限图，从图中看出，安全裕 后盖板右上流水槽将是最佳的选择 10004 00010012000 8% E/% 图2合成成形极限图（对应St14板，图中黑点为实验点） 图3合成成形极限图（对应XES板，黑点同图2） Fig.2 Composite FLD of St14 sheet Fig.3 Composite FLD of XES sheet 40 心3020-1003 -10-30201001020040 /% E% 图4预测成形极限图（对应S14板，黑点同图2） 图5预测成形极限图（对应XES板，黑点同图） Fig.4 Forecasting FLD of St14 sheet Fig.5 Forecasting FLD of XES sheet 2轿车冲压件成形分类选材 没有必要采用成形性能更高的材料，故可用 St14"05"板冲制该种零件. 长春汽车材料研究所对CA7220轿车薄板 又如，富康轿车上的通道内板，根据其应变 冲压件进行了成形分类试验研究. 分布图（见图6），该零件应属于深拉延成形类， 将CA7220轿车薄板冲压件的成形工艺划 所要求的薄板性能指标是：r≥1.8，n≥0.23，o 分为深拉延成形类、胀形-深拉成形类、浅拉延 ≤170MPa,L-≥43%.Stl6板能够满足这些指 成形类、弯曲成形类和翻边成形类5大类，提出 标要求，故用St16板能够顺利冲制出该零件， 了不同成形类别的零件对材料性能指标的要 而St13,St14的力学性能达不到这些要求，冲压 求，如表1所示. 过程中会出现破裂.武钢钢研所和东风汽车公 冲制零件时，可根据零件所对应的成形类 司工艺研究所轿车通道内板的使用的实际冲压 别确定所需的材料性能指标，进而根据这些指 结果证实了St13板成形能力低，不符合要求. 标，挑选合适的材料. 如浅拉延成形类零件对材料的要求是：屈 3关于2种科学选材方法的讨论 服伸长=0，a≤200MPa,0m≥38%，“05”表面. 上述的一些基本性能指标一般St14都能达到， 综合比较这2种方法，可看到其各有优缺

一 初 元璋 等 国产轿车 用冷轧钢 板 的科学使用 的方 法进行 科 学 选材 ， 经迭代试验 ， 发现 值 为 时 ， 条件 最 符合 图 和 图 为将 和 的冲 压应变值和 为 的成 形 极 限放 在 一起 的预 测 成 形 极 限 图 ， 从 图 中看 出 ， 安全 裕 度 为 和 ， 合 乎 要 求 另 外 种材 料 的 冲 压 应变值经 迭代试验 ， 其安全 裕度为 和 ， 也 合 乎 要 求 因 此 ， 用 的钢 板冲 压 后 盖 板 右 上 流 水槽将 是 最 佳 的选 择 一门 仪以 入 雀叻 斑神 、 ‘ 丈妙 一 ‘ 甘 ‘ 产 产 尹 一 血交 ‘ 一 各 叙 一 二〔， 二零 书 负 图 合成成形极 限 图 对应 板 ，图 中黑 点 为 实验 点 · 图 合成 成形极 限 图 对 应 板 ，黑 点 同 图 · 、 钟 、 、 口 、 后 产 洲沪 护 沪 户 价 、 调趁句一 明卜 ， 飞雄 奋 么 二川 诵 ￡彤 次必月偏 上 、 带 “ 一 一 一 氛 〔 溉 从、 今以 ，」 图 预 测 成 形极 限 图 对应 板 ，黑 点 同 图 · 轿 车 冲压 件成形 分 类选材 长春 汽 车 材料 研 究所对 轿 车 薄 板 冲 压 件进行 了 成 形 分 类 试验 研 究 将 轿 车 薄 板冲 压 件 的成 形 工 艺 划 分 为深 拉 延 成形 类 、 胀 形一深 拉 成 形 类 、 浅 拉延 成 形 类 、 弯 曲成 形 类和 翻 边成 形 类 大类 ，提 出 了 不 同 成 形 类 别 的零 件 对 材 料 性 能 指 标 的要 求 ， 如表 所 示 ‘ ， 冲 制 零 件 时 ， 可 根据 零 件所 对 应 的成 形类 别 确 定所 需 的材 料 性 能指标 ， 进而 根据 这 些 指 标 ， 挑选合 适 的材料 如 浅 拉 延 成 形 类零 件对材 料 的要 求 是 屈 服伸 长 ， 氏 毛 ， 氏。 。 ， “ ” 表面 上 述 的一 些 基 本性 能指 标 一 般 都 能达 到 ， 图 预 测 成 形极 限 图 对 应 板 ，黑 点 同 图 · 没 有 必 要 采 用 成 形 性 能 更 高 的材 料 ， 故 可 用 ” ” 板冲 制该 种零件 又如 ， 富康轿车上 的通道 内板 ， 根据其应变 分 布 图 见 图 ， 该 零件应属 于 深拉 延 成形 类 ， 所 要 求 的 薄 板 性 能 指 标 是 ， ， 簇 ， 嘛 二 ， 板 能够满足 这些指 标要 求 ， 故用 板 能够 顺 利 冲 制 出该零件 而 ， 的力 学性 能 达不 到 这 些要 求 ， 冲 压 过 程 中会 出 现 破裂 武钢 钢 研所和 东风 汽 车公 司 工 艺 研 究所轿车通道 内板 的使用 的实 际冲压 结果 证 实 了 板成 形 能 力低 ， 不 符合 要 求 关 于 种 科 学选 材 方 法 的讨论 综 合 比较这 种 方 法 ， 可看 到其 各 有优缺

·64 北京科技大学学报 2000年第1期 表1轿车薄板冲压件成形类别和对应的薄板性能指标 Table 1 Group of punch-formed sheet car component and corresponding performance indexes of sheet 成形类别 性能指标 表面结构粗糙度R。 表面质量 备注 r≥1.8 n20.23 深拉延成形类 平均值 g,≤170Ma 0.8-1.8μm dL0≥43% r≥2.0 n≥0.24 胀形-深拉成形类 平均值0.7-1.3m部分件要求“05表面部分件系指前后 ,s160 MPa 或0.8-1.8μm 钢板，即正面无缺陷 翼子板 i-0≥43% 屈服伸长0 “05”表面 无屈服伸长是为了 浅拉延成形类 ,≤200MPa 平均值0.7-1.3μm 即正面无缺陷 防止产生"滑移线 6L-m≥38% r≥2.0 弯曲成形类 n≥0.21 平均值 o,≤200MPa 0.8-1.8μm d-m≥38% n≥0.20 翻边成形类 a,≤210MPa 平均值0.8-1.8m 6L-0238% 对材料的成形性能要求稍低一些，若还按照这 些指标选择材料，安全裕度就会过大，应考虑选 6o 用成形能力低·些的材料. 50 若能将上述2种方法结合起来使用，材料 的科学使用问题将会得到较好的解决，这首先 需要对轿车冲压件的分类工作进一步地深入研 究，根据冲压件的成形工艺、应变分布、外形特 点和对材料的性能要求等将上述5大类细化， 以期每一类冲压件与薄板性能指标的对应更为 准确，并提出与之相对应的薄板性能指标要求， 403020.100102)30 在此基础之上，选择几种典型零件进行试冲，用 e,/% 合成的成形极限图进行分析，判断根据这些性 图6富康轿车通道内板应变分布 Fig.6 Strain distribution of 'internal channel plate' 能指标选用材料是否合适，若不合适，则根据武 点.武钢钢研所和东风汽车公司工艺研究所的 钢钢研所等提出的优化方法重新选择材料，提 方法需要对每个冲压件试冲，根据合成的成形 出更合理的薄板性能指标.从而可以认为：(1)运 用网格自动应变测量系统(ASAME0可以实现 极限图判断选材是否合适，该方法是比较准确 的，但较为繁琐.根据轿车冲压件成形分类试验 材料的科学使用，但该法较繁琐，工作量大：(2) 根据轿车冲压件的成形分类可以实现材料的科 选材，这种方法简单，但由于汽车冲压件种类繁 学使用，但该法不够准确：(3)将上述2种方法结 多，即使是属于同一类成形方式的零件，其相互 合起来使用会取得较好的效果， 之间的差别也是很大的.用该法所确定的一些 性能指标未必适合所有该类的零件，对有的零 参考文献 件，这些指标刚好合适，根据这些指标选用的材 1李立军，解德.东汽8t平头柴油车底壳应变分析与选 料冲制零件，安全裕度能满足要求，不存在材料 材预测.钢铁研究学报，1998,10(6)：134 的成形性能过高或不足的情况：而另一些零件 2黄铃国产轿车用钢板冲压级别评定和性能研究：[学 位论文].北京：北京科技大学材料学院，1999

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 表 轿 车薄板 冲压 件 成 形 类别 和 对 应 的 薄板性能指 标 一 成 形类 别 性 能指 标 表 面 结 构粗糙度 表面质 量 备注 深 拉 延 成形类 全 之 氏 三 次 一 。 全 平 均值 一 通 胀 形一 深 拉 成形 类 全 全 氏 三 氏 之 屈 服伸 长二 氏 三 占 二，。 全 之 之 氏丛 瓦 之 之 氏 三 占 一 。 之 平 均值 住 一 脚 或 一 林 部分 件 要 求 ” “ 表 面 钢 板 ， 即 正 面 无缺 陷 部 分件 系指前后 翼子板 浅 拉延 成形类 平均值 一 娜 ，， ” 表 面 即 正 面无缺 陷 无 屈 服伸 长 是 为 了 防 上产生 ” 滑 移线 ” 弯 曲成形类 平 均值 一 卜 翻 边成形类 平均 值 一 阿 崔 ￡。 图 富康 轿 车 通 道 内板 应 变 分 布 ’ ， 点 武 钢 钢 研所 和 东 风 汽 车 公 司 工 艺 研 究所 的 方 法 需 要对每 个 冲 压 件 试冲 ， 根据 合 成 的成 形 极 限 图判 断选材 是 否 合 适 ， 该 方 法 是 比较准确 的 ， 但 较为 繁琐 根据 轿车冲 压件 成 形 分类试验 选材 ， 这种 方法简单 ， 但 由于 汽 车冲 压 件种类繁 多 ， 即使 是 属 于 同一类成形 方式 的 零件 ， 其相 互 之 间 的差 别 也 是 很 大 的 用 该法 所确 定 的一 些 性 能指 标 未必 适合所有 该 类 的零件 ， 对 有 的零 件 ， 这 些指 标 刚好合适 ， 根据 这些指标选用 的材 料冲制 零件 ， 安 全裕度 能满 足要 求 ， 不存在材料 的成 形 性 能 过 高或 不 足 的情 况 而 另 一 些零件 对 材料 的成 形 性 能要 求稍 低 一 些 ， 若还 按 照 这 些指标 选择 材料 ， 安全裕度就会 过大 ， 应考虑选 用 成 形 能 力低 一 些 的材料 若 能将 述 种 方法 结 合 起 来使 用 ， 材 料 的科 学使用 问题将会 得 到较好 的解 决 这 首 先 需 要 对轿车冲 压 件 的分类 工 作进 一 步地深入研 究 ， 根 据 冲 压件 的成 形 工 艺 、 应 变 分 布 、 外 形 特 点 和 对 材料 的性 能要 求 等将 上 述 大类 细 化 ， 以期 每一 类 冲压件 与薄板 性 能指 标 的对应 更 为 准确 ， 并提 出 与之 相 对应 的薄板 性 能指标要 求 在此基础之上 ， 选 择 儿种 典 型 零件进行试冲 ， 用 合成 的成 形 极 限 图进行 分 析 ， 判 断 根据 这 些 性 能指 标 选用 材 料 是 否 合适 ， 若不 合适 ， 则根据 武 钢 钢 研所 等提 出 的优化 方法 重 新选择材 料 ， 提 出更合理 的薄板性 能指标 从 而 可 以认 为 运 用 网格 自动 应 变 测 量 系统 可 以实现 材 料 的科学 使 用 ， 但 该 法较 繁 琐 ， 工 作 量 大 根据 轿车冲压件 的成形 分类可 以实现材料 的科 学使用 ， 但 该法不 够准 确 将 上 述 种 方法 结 合 起 来使 用 会 取 得较好 的效 果 参 考 文 献 李立 军 ， 解德 东汽 平 头 柴 油 车底 壳应变 分析 与选 材预 测 钢 铁研 究学报 ， ， 黄铃 国产轿车用 钢 板冲压级 别评 定 和 性 能研究 学 位 论 文 北 京 北 京科技大学材料 学 院

Vol.22 No.1 初元境等：国产轿车用冷轧钢板的科学使用 ·65· Scientific Application of Domestic Cold-rolled Sheet Steel Used for Car CHU Yuanzhang.HUANG Ling Material Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Two kind of the methods of realizing the corresponding supply of domestic cold-rolled sheet steel used for punch-formed car component were introduced,and the metrics and faults of them were analyzed. The modification measure was offered. KEY WORDS cold-rolled sheet steel;punch-formed car component;scientific application;corresponding supply ※米米米米※米米*米米米米米米米米米※※米米米米米米*米※米米米米米米*米米米米米※米 科研成果介绍 长输管道腐蚀与控制方法的研究 本研究课题对长距离埋地输油管道特殊的腐蚀问题和腐蚀控制、评价、预测等方面进行了全 面系统的研究，不仅获得了基础理论研究成果，而且研究成果应用于实际生产后，创造了新增利税 200多万元的可观经济效益.专家鉴定认为：该项目研究已达到了国内领先水平，步入了国际先进 行列.其研究成果可以尽快推广.本研究课题主要研究内容和先进性表现在： 1.开发了微型腐蚀检测探头，对涂层加阴极保护条件下的管道局部腐蚀进行了研究，确立了 阴极保护死区形成的条件，提出了阴极保护死区腐蚀过程的自催化模型； 2在国内首次采用水压爆破实验对腐蚀后管道的剩余强度进行了评价研究，获得了管道承压 能力与理论计算的比较结果，指导了实际生产； 3运用聚类分析、模式识别技术，首次将土壤腐蚀性22种因素聚为7类，并确定了新的土壤腐 蚀等级的评价方法： 4.运用统计分布模型、灰色理论和多因子加权综合评价方法，建立了长输管道腐蚀状况评价 方法和腐蚀泄漏频率预测方法，经现场验证，预测值与实际值基本吻合： 5.利用研制的“埋地管道腐蚀管理、预测及评价计算机系统”，对鲁宁线输油管道部分管道的 腐蚀状况进行了评价预测，经管道超声波内检测器验证，评价预测结果准确率达94.4%以上

一 初 元璋等 国产轿车用冷轧 钢 板 的科 学使用 一 〔脚 儿 ， 〔无 ， 呢 ， ， 尸 刀 一 一 ， 乞 一 一 来 米 果 来 米 米 米 来 米 米 米 米 米 米 米 来 兴 米 米 米 来 米 米 兴 来 来 来 来 米 来 米 来 米 半 米 米 米 亲 米 兴 来 米 来 科研成果介绍 长输管道腐蚀 与控制方法 的研究 本研 究 课题对 长 距 离埋 地 输 油管道特 殊 的腐蚀 问题和 腐 蚀 控 制 、 评价 、 预 测 等方 面进 行 了全 面 系统 的研 究 ， 不 仅 获 得 了基础 理论研 究成 果 ， 而 且研 究成 果 应 用 于 实 际 生产 后 ， 创 造 了新增 利 税 多万 元 的可 观 经 济效益 专 家 鉴定 认 为 该 项 目研 究 己 达 到 了 国 内领先 水 平 ， 步入 了 国 际先 进 行 列 其 研 究成 果 可 以尽快 推 广 本研 究课题 主 要研 究 内容和 先 进性表 现在 开 发 了微 型 腐 蚀 检测 探 头 ， 对涂层 加 阴极 保护 条件 下 的管 道局 部腐 蚀进行 了研 究 ， 确 立 了 阴极保 护 死 区 形 成 的条 件 ， 提 出 了 阴极 保护 死 区 腐 蚀过程 的 自催 化模型 在 国 内首 次采 用 水 压爆破 实验 对腐 蚀 后 管 道 的剩 余 强 度 进行 了评价研 究 ， 获得 了管 道承 压 能 力与 理 论计 算 的 比较 结果 ， 指 导 了 实 际 生 产 运 用 聚类分 析 、 模式 识别技术 ， 首次将土壤腐蚀性 种 因 素聚 为 类 ， 并 确 定 了 新 的土壤腐 蚀 等 级 的 评 价 方法 ， 运用 统 计 分 布 模 型 、 灰色 理论 和 多 因子 加权综 合评价 方 法 ， 建立 了长输管道腐蚀状 况 评 价 方 法 和 腐蚀 泄 漏 频 率 预 测 方 法 ， 经 现场 验证 ， 预 测 值 与 实 际值基本 吻合 利 用 研 制 的 ” 埋 地 管道 腐 蚀 管 理 、 预 测 及 评 价 计 算机 系 统 “ ， 对鲁 宁 线 输 油 管道部 分 管道 的 腐 蚀 状况 进 行 了评 价预 测 ， 经 管 道超 声波 内检测 器验证 ， 评价 预 测 结 果 准 确 率达 以上