摘 要：綜述了車身輕量化的要求、熱壓成型的原理以及在車身上的應用，以某款 SUV車型B柱加強闆為例，分别采用熱壓成型方案和冷壓成型方案對側面碰撞安全性能進行 分析對比，結果表明，熱壓成型技術方案較冷壓成型方案側面碰撞安全性能得到了較大提升，且車身兩側B柱加強闆的品質減少了6.018 kg。
關鍵詞：輕量化；B柱；熱壓成型；側面碰撞安全性能
1引 言
SUV（Sport Utility Vehicle），即運動型多用途汽車，近年來國内發展迅猛，每年都保持很高的增長率，特别是城市型SUV車型。此類車型不僅具備轎車的舒适性，而且兼具越野車的運動性能。是以，SUV車型的車身設計尤為重要，既要確定有足夠的剛強度和安全性能，又不能使車身品質較重。
研究資料表明：汽車的燃油消耗與汽車的自身重量成正比，汽車品質每減輕1%，燃油消 耗就降低0.6%-1.0%，進而提高汽車的動力性，降低燃油消耗，減少排氣污染。是以減輕汽車自身重量成為提高節能環保性能的有效途徑。而白車身作為車身骨架一般占整車品質的2%-25% ，使 其輕量化對減輕整車品質的意義重大。
本文以B柱加強闆為例，該零部件是車身重要的立柱之一，需要足夠的剛度和強度來滿足整車要求和車門裝配需求，同時又是側面碰撞的主要支撐部件，需要在碰撞過程中很好的傳遞力，并被車體吸收。通過CAE分析對比研究，和冷壓成型相比較，采用熱成型工藝，不僅能夠確定整車性能和安全性能滿足要求，而且能使車身達到輕量化的目的。
2 高強度鋼熱壓成型技術
為實作汽車車身輕量化，除了許多輕質材料 （如鋁合金，鎂合金，工程塑膠等）外，主要的還是采用超高強度鋼，按照抗拉強度的不同，抗拉強度低于210 MPa的稱為普通鋼；抗拉強度在 210-550 MPa之間的稱為高強度鋼，抗拉強度超過50 MPa的稱為超高強度鋼 。
對于抗拉強度較低的普通鋼闆通常采用冷壓 成型方法，然而對于高強度鋼和超高強度鋼采用冷沖壓成型過程中會伴随出現開裂，過量回彈等現象，影響車身後續的裝配。為避免此類不利因 素，熱壓成型技術應運而生。
與傳統的冷成型工藝相比，熱成型工藝的特點是在闆料上存在一個不斷變化的溫度場，如圖1所示，在溫度場的影響 下，闆料的基體組織和力學性能發生變化，導緻闆料的應力場也随之發生變化，同時闆料的應力場反作用于溫度場，是以熱成型工藝就是闆料内 部溫度場與應力場共存且互相耦合的變化過程。
高強度鋼闆熱沖壓成型工藝是将常溫下強度為500-600Mpa的硼合金鋼闆加熱到880-950 ℃，使之均勻奧氏體化，然後送到内部帶有冷卻系統 的模具内沖壓成型，最後快速冷卻，将奧氏體轉化成馬氏體，使沖壓件得到硬化，大幅度提高制件的強度。
在實際生産過程中，熱成型工藝又分為直接工藝和間接工藝，如圖2所示，直接工藝（圖2（a））即下料後直接将鋼闆加熱後沖壓成型，其優點是闆料在一套模具中進行成型及淬火，節省了預成型的模具費用并加快了生産節奏，主要應用于形狀簡單且變形程度相對較小的 零件;對于形狀複雜或拉深深度較大的零件則需要采用間接工藝（圖2（b）），即先将落料後的鋼 闆進行預成型，然後再加熱實施熱沖壓工藝。
熱沖壓成型技術作為一種零件沖壓強化的有 效途徑，在汽車上有很大的應用前景，可應用到 B柱、A柱、邊梁、保險杠、門梁及側梁等重要結構件中，熱成型件在不少車型上都有應用，例如 AD的A3和A4L，BC的S-Class和C-Class等，其中 DZ率先采用了熱成型超高強鋼件，基于最新 PQ46平台的MT轎車車身使用的超高強度鋼熱成型 鋼闆達到12%（高強鋼共占有79%），xc60車身結 構中超高強鋼占11%，并規定後續生産的新車型 中，熱沖壓零件的使用比例為35%以上。
3 某SUV車型B柱采用冷壓成型和熱壓成型的對比分析
3.1 冷壓成型與熱壓成型方案
對某款SUV車型B柱采用不同的成型方案，冷壓成型方案是将B柱上下闆采用焊接工藝,将不同厚 度的上闆(件1)和下闆(件4)雷射拼焊在一起，由于采 用的材料是B340LA，屈服強度在340 Mpa左右，強度較低，需貼合内部焊接一B柱加強闆（件2）以保證B柱強度如圖3（a）。而熱成型方案B柱隻采用一塊BR1500HS鋼闆一體沖壓而成，如圖3（b）所示。
3.2 品質對比
冷壓成型與熱成型方案的B柱品質對比見下表 1。
由圖2和表1可知，較冷壓成形方案相比，熱 成型方案取消了B柱加強闆（件2）和（件3），件1材料由B340LA改為BR1500HS，上端厚度由原來 的2.0mm改為1.4mm，下端厚度由原來的1.6mm降為1.4mm，由表1資料可知，采用熱成型後，左、右兩側B柱品質比冷壓成型方案減輕6.018kg，而且左、右B柱各省了2個模具。
由圖3(a)中可知，B柱加強闆（件2）和（件3）拉伸深度較大，形面複雜，采用冷壓成型所需的沖壓力較大，極易開裂，同時成型後零件的回彈增加，導緻零件尺寸和形狀的穩定性較差，而且冷壓成型方案所需的工序較多，生産周期較長。
3.3 剛度和模态的對比分析
B柱采用不同成型方案扭轉工況下，帶有玻璃 的白車身Z向變形圖如圖4、5所示。
由上圖資料可計算出白車身的扭轉剛度，采 用冷壓成型方案的帶有玻璃的白車身扭轉剛度為 14 316.4 N·m/°，采用熱壓成型方案的帶有玻璃的白車身扭轉剛度為14 114.3 N·m/°，扭轉剛度 降低1.4%，降低較小，滿足要求。B柱采用不同成型方案，帶有玻璃的白車身模 态如圖6、7所示。
由上圖資料可知白車身的扭轉模态，采用冷壓成型方案的帶有玻璃的白車身扭轉模态為34.65HZ，采用熱壓成型方案的帶有玻璃的白車身扭轉模态為34.39 HZ，扭轉模态降低0.75%，降低較小，滿足要求。
3.4 側碰性能對比分析
對某款SUV車型B柱加強闆采用冷壓成型和熱 成型兩種不同方案進行仿真對比分析。由于汽車 B柱闆直接影響側碰性能，在相同邊界條件下，仿真分析這兩種成型方案在側碰時的Y向侵入量和侵入速度。下圖4為建立某SUV車型的側碰模型，圖 5為B柱對應假人部位的參考點。
由仿真分析得到不同成型方案B柱假人對應部位參考點的侵入量曲線如下表2所示。由仿真分析得到不同成型方案B柱假人對應部位參考點的侵入速度曲線如下表3所示。由表2、3資料分析可知，與冷壓成型方案，采用熱沖壓成型方案B柱對應假人部位參考點的最大侵入量和最大侵入速度均有部分改善，說明熱成型 方案完全可以替代冷壓成型的方案提高側碰性能。
4 總結與讨論
通過對熱壓成型闆的應用研究，介紹了熱壓 成型的理論基礎以及該技術在車型的應用狀況，對比分析了某款SUV車型B柱加強闆采用冷壓成型方案和熱成型方案下的側面碰撞安全性能，結果表明，熱壓成型技術方案不僅可以節省模具，減少工序，而且B柱一側品質減少了3.009kg，且模态和 剛度變化較小，但側面碰撞安全性能卻有部分提 升。
是以采用熱壓成型方案既提高了側面碰撞安全性能，又能夠為車身的輕量化做出較大的貢獻。
但熱成型工藝也存在着零件成型後冷卻速度和保壓時間較難控制，冷卻過程中，冷卻速度的 不同導緻零件的嚴重變形影響零件的尺寸精度等問題，是以在熱沖壓模具的設計中，充分考慮鋼闆的熱脹冷縮效應，采取有效的補償方案，模具内部冷卻回路的設計（冷卻孔徑的間距與布置方式、冷卻孔徑的大小以及冷卻水的流動方式等） 以及模具冷卻水洩漏的解決途徑等問題，而且， 熱沖壓生産線的固定投資較大，但從長遠利益來看，熱壓成型闆以其高減重潛力、高碰撞吸收能、高疲勞強度、高成型性等優勢将成為實作車身輕量化，提高汽車安全的有效途徑。
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