一種輕量化材料QP980仿真分析與應(yīng)用

韋 佳

奇瑞汽車股份有限公司制造工程院（安徽蕪湖 241009）

1 引言

基于國家的能源戰(zhàn)略與環(huán)保要求的不斷提高，各主機(jī)廠都在研究新材料的開發(fā)與引入，提高自身產(chǎn)品的輕量化水平。在整車的重量配比中，車身重量達(dá)到了20%，在保證車身安全性能指標(biāo)的前提下，使用高強(qiáng)度鋼板提升性能、減輕重量被認(rèn)為是車身輕量化最重要的方向之一。

第一代及第二代高強(qiáng)度鋼板被廣泛的運(yùn)用到了車身結(jié)構(gòu)件之中，但是對于一些復(fù)雜形狀的零件要保證產(chǎn)品強(qiáng)度等級，沖壓條件受到了很多的限制。經(jīng)過鋼廠的多年研究，第三代高強(qiáng)度鋼板QP980應(yīng)運(yùn)而生。QP980鋼在保證了產(chǎn)品強(qiáng)度等級的同時(shí)，其成形性也得到了大幅提高（見圖1）。本文以一個(gè)項(xiàng)目為例，驗(yàn)證QP980材料在車身上的應(yīng)用。

圖1 QP980參數(shù)

2 QP980鋼的應(yīng)用

在某一款車型設(shè)計(jì)中進(jìn)行由于輕量化與性能提升的要求，將該車型的前縱梁后部本體材質(zhì)定義由原來的DP780材料的1.8mm料厚減少為QP980材料的1.6mm料厚，如圖2所示。

圖2 前縱梁后部本體

前期我司在A柱加強(qiáng)板上用過的最高的材質(zhì)是DP780的材料，在模具制造的過程中，由于材料強(qiáng)度越高，沖壓成形的難度就越大，產(chǎn)生了一系列的問題，如反弧、起皺、扭曲回彈等問題，如圖3所示，對于制件的交付花了很長時(shí)間的調(diào)試，最終才滿足裝車的需要。

圖3 A柱加強(qiáng)板780材質(zhì)現(xiàn)場問題

對于新材料QP980高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用，需要更加慎重，所以要對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的沖壓CAE的分析來確實(shí)其制造可行性。

3 CAE模擬分析

由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)了兩種材料，DP780材質(zhì)1.8mm料厚與QP980材質(zhì)1.6mm料厚，用CAE分別為需要這兩種材料進(jìn)行軟件分析對比。

3.1 成形對比

由于此件為較為規(guī)則且深度較深，采用OP10工序初步成形的工藝，OP20工序在對制件進(jìn)行整形的工藝進(jìn)行CAE設(shè)置，如圖4所示。

圖4 工序成形與整形設(shè)置

首先在軟件里面對，第一步對OP10工序初步成形進(jìn)行分析，并對他們的變薄率（見圖5）與FLD成形極限圖（見圖6）進(jìn)行對比。

圖5 OP10變薄率圖

圖6 OP10 FLD圖

結(jié)合變薄率與FLD成形極限圖可以分析得出結(jié)論，兩種材質(zhì)變薄率與FLD均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，滿足成形條件。

再次對OP20整形工序進(jìn)行分析，并且對其變薄率與FLD成形極限圖進(jìn)行對比，如圖7所示。

圖7 OP20變薄率與FLD圖

結(jié)合變薄率與FLD成形極限圖可以分析得出結(jié)論，兩種材質(zhì)變薄率與FLD均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，滿足成形條件。

成形結(jié)論分析：產(chǎn)品設(shè)計(jì)QP980材質(zhì)滿足成形條件，后期的制件的反彈與扭曲問題需要在模具設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行扣回彈處理。

3.2 重量對比

通過兩種材料的對比，對比兩種材質(zhì)料厚的減重效果，通過利用QP980材料沖壓進(jìn)行優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)單件0.49/kg的減重，整車0.98kg的減重，如表1所示。

表1 兩種材料重量對比

最終，由于CAE仿真結(jié)果合格且減重效果明顯，經(jīng)過綜合評價(jià)與判斷，此項(xiàng)目采用QP980材料進(jìn)行制造。

4 結(jié)束語

汽車產(chǎn)業(yè)輕量化已經(jīng)成為行業(yè)的一種趨勢，輕量化的綜合效應(yīng)是能夠使車身減重并進(jìn)一步提高燃油經(jīng)濟(jì)性，從而提高產(chǎn)品的競爭力，給用戶帶來用車成本的節(jié)約。新材料的導(dǎo)入也必將推動(dòng)整個(gè)汽車行業(yè)的發(fā)展，工藝可制造水平也能側(cè)面的反應(yīng)出一個(gè)汽車主機(jī)廠的制造水平，隨著輕量化的深入，高強(qiáng)度鋼板將越來越多應(yīng)用在車身設(shè)計(jì)上。