一汽轿车奔腾B50轻量化技术 汽车轻量化是现代汽车的主要发展趋势之一，为此世界各国纷纷开展汽车轻量化项目研 究。本文介绍了一汽轿车奔腾B50的轻量化技术，主要包括高强度钢和激光拼焊、液压成形技 术的应用。 1 前言 新一代汽车的发展趋势是节能、降耗、环保和 安全。在降低油耗、减少排放的措施中，最有效措 施之一就是汽车轻量化。有资料表明，使用高强度 钢板，原厚度为1.0～1.2 mm的车身板可减薄至0.7 ～0.8 mm，车身质量减轻15%～20%，节油5%～ 8%。20世纪90年代起，全球开展了一系列汽车轻 量化的研究，包括新一代汽车伙伴计划(PNGV)、超 轻钢先进概念车（ULSAB-AVC）和超轻汽车项目 （SuperLight-Car）等。与参考车型相比，超轻钢 先进概念车减轻质量40 kg，实现减轻质量20%的目 标；用材中，强度高于500 MPa的材料占82.35%， 强度高于800 MPa的材料已占到61.68%。 2 奔腾B50轻量化技术概况 一汽轿车奔腾B50轻量化主要做了3个方面工 作。a.材料：采用高强度钢板和工程塑料。b.制造工 艺：激光拼焊、液压成形。c.工程：白车身应用了先 进的3H框架设计思想，优化前后端变形区，加强侧 面结构件。一汽奔腾B50碰撞试验达到了C-NCAP 4 星级标准。 下面主要对奔腾B50的高强度钢应用、激光拼焊 和液压成形技术进行介绍。 一汽轿车股份有限公司 王 彦 张晓胜 谢文才 马天流 机械工业第九设计研究院 陆振东 3 高强度钢的应用 高强度钢的主要强化机制有固溶强化、析出强 化、组织强化、烘烤硬化、细晶强化和形变强化等。 汽车用钢的分类方法主要有3种。第一种是以冶 金学特征来进行分类的，包括低强度钢（低碳钢和IF 钢）、高强度钢（C-Mn钢、高强度IF钢、BH钢、IS 钢、HSLA钢）和先进高强度钢（DP、CP、TRIP、 M）。第二种是以强度来划分的，如屈服强度在210 ～550 MPa和抗拉强度在270～700 MPa的钢为高强 度钢（HSS），而屈服强度大于550 MPa和抗拉强度 大于700 MPa的钢为超高强度钢（UHSS）。该分类 方法的局限性是有些强度变化较大的钢种覆盖了两 种甚至更多的钢种。第三种是根据不同的力学性能 和成形参数进行分类的，如断后伸长率、硬化指数 n 、扩孔率等。图1为不同冶金特征钢种的抗拉强度 与断后伸长率之间的关系，可以看出，随着强度的增 加，断后伸长率在下降。普通高强度钢与先进高强度 钢（AHSS）的主要区别是前者的组织是单一的铁素 铁，而后者是多相组织，如F、B、M、RA。另外后 者是通过不同比例、不同相的组合来达到独特力学性 能的目的，如超高强度、烘烤硬化性和高强度与较高 塑性的完美组合。 2 汽车工艺与材料 一汽轿车奔腾B50应用高强度钢的钢种有BH 钢、加P钢、高强度低合金钢、C-Mn钢、TRIP 钢、DP钢等。图2为奔腾B50白车身冲压件用钢比 例，其中HSS、AHSS应用比例47.63%。B50侧 围加强板焊接总成应用强度级别为590 MPa和780 MPa的TRIP钢。 除980 MPa级别DP钢为国外采购，一汽奔腾 B50白车身冲压件用钢板均为国内采购。图3为一汽 轿车奔腾B50采用980 MPa级别DP钢和冷冲压工艺成 形的B柱加强板。相对于软钢和普通高强度钢，先进 高强度钢的回弹更大，为此在该产品设计阶段对多处 结构进行了优化，采用4道工序冲压生产。生产所用 模具为一汽集团公司自主设计制造。 4 激光拼焊板应用 1985年，德国蒂森钢铁公司、日本丰 田公司开始应用激光拼焊板。1995年，宝 马公司开始大规模的使用激光拼焊板。美 国通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司在 1994年～1997 年间拼焊板的使用迅速增 加，门内板采用拼焊板成形的占40%。 激光拼焊可以采用熔化填料或无填料方法焊接。 无填料激光焊接对拼焊板拼焊边直线度、光亮带和毛 刺要求更高，焊缝宽度必须在小范围内波动，这对落 料质量或剪切质量提出了更高的要求。激光焊接分为 直线焊接和曲线焊接两种。 一汽奔腾B50共有16个零件采用激光拼焊技术， 这些零件分别为前纵梁内外板、地板纵梁、后边梁、 前后门内板、侧围内板和侧围加强板，如图4。 与奔腾B70相比，奔腾B50增加了激光拼焊侧围 内板前段，并提高了强度。B50侧围内板前段由5块 板激光拼焊而成，板的厚度分别为1.4、1.4、1.6、 1.2、1.0 mm。零件净重由整体结构的7.3 kg减轻到 拼焊的6.47 kg，消耗定额由30.55 kg减少到18.137 kg。B50侧围加强板由590 MPa、780 MPa强度级别 的钢板激光拼焊而成，该件的焊接包括直线焊接和曲 线焊接。表1为B50侧围加强板分析对照表，可以看 出，与整体结构和分体结构相比，采用拼焊结构对减 轻零件质量、降低材料消耗定额和降低模具投入具有 较大优势。 5 液压成形技术应用 管件液压成形是将管坯放入模具内，利用高 压液体充入管坯空腔，同时辅以轴压补料，使其直 径胀大至贴靠凹模的成形过程。由于使用的内部压 力可高达400 MPa，在欧洲又称为内高压成形技术 （IHPF），在美国则称为管件液压成形技术(TH)。与 传统冲压件相比，液压成形技术具有减轻质量、减少 零件数量、降低生产成本、提高焊接总成尺寸精度和 刚度等特点。 管件内高压成形适用于汽车领域的沿构件轴线 变化的圆形、矩形截面或各种异形截面空心构件。如 汽车排气系统的异形管件、非圆形截面，底盘系统空 心框架如副车架、散热器框架，仪表板支架、车身框 架，发动机和动力总成系统空心轴类件等。 管材内高压成形过程中主要的失效形式有3种， 分别是起皱、屈曲和破裂，如图5。 图6为一汽轿车采用液压成形技术生产的奔腾 B50副车架焊接总成的前副车架主体管。与采用分体 冲压件点焊组合的传统工艺相比，采用内高压成形技 术模具成本可降低60%，生产成本降低20%，减轻 质量30%。图7为一汽轿车采用液压成形技术生产的 奔腾B50排气系统总成的排气歧管。 6 今后的研究方向 a.随着汽车安全、节能、环保要求日益提高，应 重视汽车轻量化结构优化； b.实现高强度钢在轿车车身上的大量应用，推进 镁、铝合金及其复合材料、工程塑料等轻质材料在车 身、底盘、动力总成上的应用； c.掌握超高强度钢成形技术，镁/铝合金半固态 成形、热成形、连续变截面辊轧板应用技术等先进成 形技术。
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