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熱成形——車身輕量化的秘籍
你知道什么是金屬熱成形嗎？
金屬熱成形，就是將一種特殊鋼板經(jīng)過(guò)950°C的高溫加熱后，進(jìn)行一次液壓成形，在成形的同時(shí)迅速冷卻，得到一種超高強(qiáng)度零件的工藝技術(shù)。
經(jīng)熱成形處理的材料，一平方厘米大小，就能承受10噸以上的重力，是目前國(guó)際各大整車企業(yè)達(dá)到歐洲NCAP五星級(jí)碰撞測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的核心手段，而且零件輕量化貢獻(xiàn)能達(dá)到30%以上。這樣的關(guān)鍵技術(shù)曾長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷。
無(wú)懼困難！東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)有限公司從熱成形工藝突破開(kāi)始，以高強(qiáng)度、輕量化為發(fā)展方向，走出了一條從無(wú)到有、從弱到強(qiáng)的持續(xù)突破之路。
➤ 從零起步，自主攻關(guān)打破技術(shù)壟斷
當(dāng)前，汽車產(chǎn)業(yè)輕量化、電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的“五化”趨勢(shì)不可阻擋，h事業(yè)部正是東風(fēng)集團(tuán)旗下的高端能源汽車項(xiàng)目，將在2020年發(fā)布其備受關(guān)注的第一款高端電動(dòng)車H97。據(jù)悉，東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)獲得了此款高端車熱成形供貨單元的絕大多數(shù)訂單。
5月25日，h事業(yè)部相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)在參觀完?yáng)|風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)熱成形生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)后，表示雙方建立穩(wěn)定深入的長(zhǎng)期戰(zhàn)略合作關(guān)系。
▲ 2013年?yáng)|風(fēng)武漢實(shí)業(yè)首條熱成形生產(chǎn)線投產(chǎn)
那么，為什么承載著東風(fēng)高飛夢(mèng)想的新事業(yè)平臺(tái)如此看重?zé)岢尚喂に嚠a(chǎn)品呢？
研究數(shù)據(jù)顯示，若汽車整車重量降低10％，燃油效率可提高6％-8％。而熱成形工藝與傳統(tǒng)的冷沖壓相比，零部件強(qiáng)度提高3倍多，而減重能力則可以達(dá)到30%-35%，是實(shí)現(xiàn)車身輕量化的一條絕佳途徑。對(duì)于電動(dòng)車而言，車身的輕量化能夠大大延長(zhǎng)續(xù)航里程，提高實(shí)用性。
要知道，在十年前，金屬熱成形技術(shù)還被外資企業(yè)壟斷。當(dāng)時(shí)的東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)就已經(jīng)敏銳地意識(shí)到，必須跳出傳統(tǒng)冷沖壓的束縛，走輕量化的創(chuàng)新道路。
在東風(fēng)實(shí)業(yè)公司的領(lǐng)導(dǎo)下，東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)開(kāi)始啟動(dòng)金屬熱成形自主攻關(guān)。從進(jìn)口設(shè)備的選型集成，到專用模具的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、材料的選擇應(yīng)用……幾乎所有技術(shù)研發(fā)，都經(jīng)歷了從零到有的過(guò)程。
▲ 激光切割機(jī)
2013年，東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)首條熱成形生產(chǎn)線順利投產(chǎn)，成功地打破了外資壟斷局面，且在短期內(nèi)迅速開(kāi)拓眾多優(yōu)質(zhì)客戶。國(guó)外資本的在熱成形領(lǐng)域的技術(shù)封鎖，從此成為歷史。
2015年6月，東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)的汽車高強(qiáng)度鋼板熱成形生產(chǎn)線項(xiàng)目，作為全國(guó)唯一的汽車行業(yè)金屬熱成形技術(shù)專項(xiàng)，獲得國(guó)家專項(xiàng)資金支持。
➤ 0.2mm+35%——為輕量化找出關(guān)鍵方案
“2015年，客戶要求我們生產(chǎn)0.8mm厚度的側(cè)圍內(nèi)上板。”技術(shù)人員說(shuō)到這里還有些后怕，他說(shuō)，最初在做基礎(chǔ)熱成形產(chǎn)品時(shí)，產(chǎn)品厚度僅能維持在1.06mm到2.36mm之間。因?yàn)椴牧显奖∩嵩娇�，散熱過(guò)快會(huì)導(dǎo)致材料溫度分布不均，無(wú)法達(dá)到熱成形的技術(shù)要求，導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度不足，可以說(shuō)難度大，風(fēng)險(xiǎn)更大。
▲ 熱成形沖壓
東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)決定冒險(xiǎn)攻關(guān)。“為了萬(wàn)無(wú)一失，我們將所有加熱和搬運(yùn)動(dòng)作參數(shù)從頭至尾調(diào)整了兩遍，力求做到極致，尤其對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行大膽優(yōu)化處理，使冷卻效率大幅提升，終于攻克了這個(gè)難題。”最后經(jīng)過(guò)客戶檢驗(yàn)，產(chǎn)品完全合格，減重能力達(dá)到30%以上。大家心里的石頭終于落了地！
▲ 加熱爐保證了產(chǎn)品的入模溫度
技術(shù)人員介紹說(shuō)，“之后，我們建立了更規(guī)范的熱成形生產(chǎn)體系，關(guān)鍵是產(chǎn)品厚度由1.0mm-2.3mm擴(kuò)大至0.8mm-3.0mm，大大拓展了產(chǎn)品范圍，讓我們?cè)谶@條突破和創(chuàng)新的道路上走得更加自信。”
據(jù)了解，目前，東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)熱成形業(yè)務(wù)已布局武漢、廣州、成都、天津、鄭州等五大城市，在工藝仿真、工裝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品驗(yàn)證能力等方面都處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
➤ 2300MPa——不斷挑戰(zhàn)強(qiáng)度極限
2019年5月19日，一輛雪鐵龍C4世嘉車行駛在杭瑞高速遵義市湄潭路段，因?yàn)槁坊�，加上速度太快，車輛失控，發(fā)動(dòng)機(jī)艙被撞得面目全非，但車輛A、B、C柱完好無(wú)損，完整空間有效保護(hù)了人員的生命安全。而世嘉車駕駛艙關(guān)鍵部位的B柱，正是東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)超高強(qiáng)鋼熱成形工藝的杰作，其強(qiáng)度是普通鋼板的3-5倍，無(wú)論是轎廂頂部受壓，還是側(cè)面遭受猛烈撞擊，都確保了駕乘人員安全堅(jiān)固的生存空間。
據(jù)相關(guān)人員介紹，熱成形產(chǎn)品之所以有如此優(yōu)秀的性能，主要得益于東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)熱成形產(chǎn)品強(qiáng)度可達(dá)2000MPa。目前除A B柱等傳統(tǒng)的熱成形產(chǎn)品外，中央通道、前后圍擋板、天窗加強(qiáng)梁等產(chǎn)品，均已實(shí)現(xiàn)熱成形替代技術(shù)的突破。
▲ 熱成形鋼在車身的廣泛應(yīng)用
2016年10月，東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)聘請(qǐng)中國(guó)工程院院士、東北大學(xué)教授王國(guó)棟擔(dān)任“首席科學(xué)家”，建立了“院士專家工作站”，在熱沖壓成形工藝技術(shù)、焊接、新型高強(qiáng)韌熱沖壓成形用鋼等方面取得了一系列科技創(chuàng)新成果。
2018年11月23日，在武漢市科技創(chuàng)新大會(huì)的主席臺(tái)上，東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)黨委書(shū)記、總經(jīng)理雷濤與王國(guó)棟院士現(xiàn)場(chǎng)簽約了《最強(qiáng)裝甲鋼東風(fēng)軍車產(chǎn)業(yè)化》項(xiàng)目，要將院士團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)的抗拉強(qiáng)度達(dá)到2300MPa的世界高強(qiáng)韌鋼鐵材料，在東風(fēng)軍車的制造上實(shí)現(xiàn)科技成果工業(yè)轉(zhuǎn)化。
憑借對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的不斷探索，東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)已經(jīng)參與編寫(xiě)了多項(xiàng)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
目前，東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)已獲得國(guó)家專利99項(xiàng)，其中發(fā)明專利9項(xiàng)，先后與多家業(yè)內(nèi)先進(jìn)企業(yè)開(kāi)展技術(shù)合作，與多家院校進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作。
從無(wú)到有，從弱到強(qiáng)，從自主起步跟隨，到書(shū)寫(xiě)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)勇立潮頭，敢為人先，堅(jiān)定地行進(jìn)在“高強(qiáng)度 輕量化”的科技創(chuàng)新道路上。
