1、問(wèn)題的提出
一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝人員遇到下列情況時(shí)，都會(huì)涉及材料選用問(wèn)題。
a．設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)，就要根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、對(duì)零部件的作用、受力情況和工作條件以及工藝要求選用材料。
b.改進(jìn)產(chǎn)品或仿制產(chǎn)品時(shí)，可在原產(chǎn)品和仿制品的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)方案，根據(jù)改制和仿制的要求選用合適的材料。
c.進(jìn)口產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化時(shí)，要對(duì)其樣品進(jìn)行技術(shù)分析和性能試驗(yàn)，提出性能與之相當(dāng)?shù)男虏牧稀?
d.改變工藝流程時(shí)，原材料難于適應(yīng)而進(jìn)行材料代用。在生產(chǎn)過(guò)程中，采用新材料、新工藝、新技術(shù)和節(jié)支降耗都涉及材料的變更問(wèn)題。
e.原材料供需發(fā)生問(wèn)題時(shí)，為確保生產(chǎn)的順利進(jìn)行，需要進(jìn)行臨時(shí)的或長(zhǎng)久的材料變更。
因此，為產(chǎn)品合理選用材料，選擇適用性的材料是保證產(chǎn)品使用性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)。據(jù)德國(guó)統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)1輛汽車(chē)的費(fèi)用按比例分配為原材料占53％、制造占30％、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)占5％、其他占12％ 。由此可以看出，原材料的選擇直接決定了汽車(chē)性能和經(jīng)濟(jì)性。
汽車(chē)生產(chǎn)中采用了大量的冷沖壓工藝，該工藝不僅生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而且非常適合汽車(chē)工業(yè)多品種、大批量生產(chǎn)的需要。在中、重型汽車(chē)中，大部分覆蓋件如車(chē)身外板等，及一些承重和支撐件如車(chē)架、車(chē)廂等零部件都是沖壓件。用于冷沖壓的鋼材主要是鋼板和鋼帶，占整車(chē)鋼材消耗量的72.6％,,冷沖壓材料與沖壓生產(chǎn)的關(guān)系十分密切，材料的好壞不僅決定產(chǎn)品的性能，更直接影響到?jīng)_壓工藝的過(guò)程設(shè)計(jì)，影響到?jīng)_壓產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、使用壽命和生產(chǎn)組織，因此合理選用汽車(chē)沖壓件材料是一個(gè)重要而復(fù)雜的工作。
在汽車(chē)沖壓件中，一部分沖壓件經(jīng)沖壓后直接成為汽車(chē)零部件，另一部分沖壓件經(jīng)沖壓后還需經(jīng)過(guò)焊接、或機(jī)械加工、或油漆等工藝加工后才能成為汽車(chē)零部件。因此，沖壓材料的選用既要符合產(chǎn)品使用性能的要求，也要滿(mǎn)足沖壓工藝要求及后續(xù)加工（如焊接、機(jī)械加工等）要求。
通常在選擇沖壓材料時(shí)應(yīng)遵循以下原則：
a.所選材料首先應(yīng)滿(mǎn)足零件的使用性能要求；
b:所選材料要有較好的工藝性能；
c.所選材料要有較好的經(jīng)濟(jì)性。
下面從零件使用性能、不同加工工藝對(duì)汽車(chē)沖壓材料的要求來(lái)試論述沖壓件選材的原則及注意事項(xiàng)。
2、汽車(chē)沖壓件的使用性能對(duì)沖壓材料性能的要求
所謂使用性能，是指機(jī)械零件在服役條件下所表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能。使用性能是選材時(shí)要考慮的最主要因素。不同的零件所要求的使用性能也不一樣，在選材時(shí)，首要的任務(wù)就是準(zhǔn)確地判定零件所要求的主要使用性能。
汽車(chē)沖壓件主要以車(chē)身覆蓋件、車(chē)架縱梁和橫梁、車(chē)廂、車(chē)輪及發(fā)動(dòng)機(jī)用的覆蓋件為主，還有一些支撐件與連接件。每個(gè)具體的汽車(chē)零部件的使用和工作條件不同，承受的負(fù)荷不同，因此對(duì)用材的要求也有很大的差異。
2．1汽車(chē)駕駛室零部件對(duì)材料性能的要求
汽車(chē)駕駛室零部件大都是覆蓋件，外形復(fù)雜，成形復(fù)雜，但受力不大，采用模具成形工藝，材料的成形性能就成了主要矛盾，因此要求材料具有成形性、張緊剛性、延伸性、抗凹性、耐腐性和焊接性等。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，通常根據(jù)板制零件受力情況和形狀復(fù)雜程度來(lái)選擇鋼板品種。一般選用拉延性能優(yōu)良的低碳冷軋鋼板、超低碳冷軋鋼板。近幾年，成形性?xún)?yōu)異、強(qiáng)度更高的含磷冷軋鋼板、高弓童度冷軋鋼板、冷軋雙相鋼板、烘烤硬化冷軋鋼板、超低碳鋼高強(qiáng)度冷軋鋼板以及其他種類(lèi)鋼板如涂鍍層鋼板、拼焊鋼板和TRIP鋼板等，也被大量應(yīng)用到車(chē)門(mén)外板、車(chē)門(mén)內(nèi)板、車(chē)門(mén)加強(qiáng)板、車(chē)頂蓋、行李箱蓋板和保險(xiǎn)杠等汽車(chē)車(chē)身零件上。東風(fēng)重型汽車(chē)車(chē)身目前常用的材料牌號(hào)及拉延級(jí)別如表1。
2.2汽車(chē)車(chē)廂零件對(duì)材料性能的要求
汽車(chē)車(chē)廂零件形狀不太復(fù)雜，大都采用輥壓成形工藝，對(duì)材料的成形性、剛性、耐腐蝕性和焊接性都有一定的要求。一般選用成形性能和焊接性較好的高強(qiáng)度鋼板。通常，采用強(qiáng)度級(jí)別為300-600 MPa高強(qiáng)度鋼板和超細(xì)晶粒鋼。東風(fēng)重型汽車(chē)車(chē)廂常用的材料牌號(hào)及強(qiáng)度要求如表2
2.2.3汽車(chē)車(chē)架零件對(duì)材料性能的要求
車(chē)架、車(chē)廂中板及一些用于支撐和連接的零部件，都是重要的承載件，大都采用模具成形工藝，要求材料有較高的強(qiáng)度和較好的塑性，以及疲勞耐久性、碰撞能量吸收能力和焊接性等。一般選用成形性能較好的高強(qiáng)度鋼板、超細(xì)晶粒鋼板（強(qiáng)度級(jí)別在300-610 MPa）和超高強(qiáng)度板（強(qiáng)度級(jí)別在610-1000 MPa）。東風(fēng)重型汽車(chē)車(chē)架及一些用于支撐和連接的零部件常用的材料牌號(hào)及強(qiáng)度要求如表3。
3.3.1沖壓工藝對(duì)沖壓材料性能的要求
沖壓工藝一般分為分離工序和成形工序，按加工工序沖壓件大致可分為沖裁件、彎曲件、拉延件、成形件和冷擠壓件。
沖壓件的結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同，對(duì)材料的力學(xué)性能要求是不同的，如表4。在選擇沖壓材料時(shí)，首先根據(jù)沖壓件類(lèi)型和使用特點(diǎn)，來(lái)選擇具有不同力學(xué)性能的金屬材料，以達(dá)到既能保證產(chǎn)品質(zhì)量，又能節(jié)約材料的目的。
3.1.1分離工序
分離工序一般包括剪裁、落料、沖孔、切邊和整修等，主要以沖裁件為主，沖裁件的材料主要以滿(mǎn)足使用要求為前提，工藝對(duì)材料沒(méi)有特別的要求。只是在采用抗拉強(qiáng)度大于600 MPa以上時(shí)要考慮模具的強(qiáng)度。
3.1.2成形工序
成形工藝主要以彎曲件、拉延件、成形件和冷擠壓件為主。
3.1.2.1彎曲件對(duì)材料的要求
彎曲件的材料主要以滿(mǎn)足使用要求為前提，工藝對(duì)材料一般有兩個(gè)要求。材料抗拉強(qiáng)度小于600 MPa時(shí)，可以垂直于軋制方向作180度彎曲或平行于軋制方向作90度彎曲；抗拉強(qiáng)度大于600 MPa以上時(shí)，應(yīng)盡可能采用垂直于軋制方向的壓彎方式，避免出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。
3.1.2.2拉延件對(duì)材料的要求
拉延件對(duì)材料的工藝性要求較高。一般汽車(chē)上使用的拉延件都是料厚在3.0 mm以下的冷軋鋼板，要求材料不僅要有良好的成形性能，同時(shí)要有良好的抗凹能力、足夠的結(jié)構(gòu)剛度及優(yōu)良的表面形貌，如表5.
3.1.2.3成形件對(duì)材料的要求
汽車(chē)上使用的成形件大都以拉延成形、彎曲成形和翻邊成形等復(fù)合工藝為主。料厚為0.6~9.0 mm，有冷軋鋼板和熱軋板，要求材料具有以下條件。a.要有適宜的屈服強(qiáng)度，低的屈服強(qiáng)度可以保證零件成形后的彈性回復(fù)小和零件形狀穩(wěn)定性，但對(duì)于汽車(chē)梁類(lèi)零件需要采用高屈服強(qiáng)度的材料來(lái)保證零件有較高的安全預(yù)警性能。b.較好的伸長(zhǎng)率（一般A 20％）滿(mǎn)足順利成形的需要。c.低的屈強(qiáng)比（一般0.75），有利于沖壓成形，減少材料的起皺趨勢(shì)，提高極限變形程度。
3.2焊接工藝對(duì)沖壓材料的要求
金屬材料的焊接性主要決定于化學(xué)成分，也決定于焊接工藝條件及結(jié)構(gòu)的剛性。不同的焊接工藝對(duì)材料的性能及焊接規(guī)范有不同的要求。因此，對(duì)于需要進(jìn)行焊接加工的沖壓件選材時(shí)，應(yīng)考慮材料的焊接性。表6列出了幾種鋼材的焊接性及焊接規(guī)范。
表7列出了主要金屬材料常用的焊接方法，供產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝人員選擇時(shí)參考。
3.3機(jī)械加工工藝對(duì)沖壓材料性能的要求
汽車(chē)沖壓件中有少部分零件在沖壓成形以后還需要進(jìn)行機(jī)械加工，如傳動(dòng)軸上的儲(chǔ)油筒座、底盤(pán)．用的制動(dòng)盤(pán)以及發(fā)動(dòng)機(jī)上、用一些部件等，因此對(duì)這些零件選材時(shí)應(yīng)考慮機(jī)械加工對(duì)材料的要求。表8列出了常用材料的加工性能。
3.4涂漆工藝對(duì)沖壓材料的要求
汽車(chē)的涂裝質(zhì)量直接影響到汽車(chē)的外觀質(zhì)量和汽車(chē)產(chǎn)品檔次的提升，汽車(chē)的涂裝質(zhì)量除了涂裝材料本身的影響外，鋼板的涂裝性能也是涂裝工藝不可忽視的因素。一般來(lái)說(shuō)，影響鋼板涂裝性能的主要因素有鋼板表面狀態(tài)、鋼板清潔度和鋼板表面粗糙度。
鋼板表面狀態(tài)和鋼板清潔度的好壞直接影響到油漆的附著力和油漆外觀質(zhì)量，而鋼板的表面粗糙度主要影響其面的鮮映性。一般的汽車(chē)沖壓件涂漆要求鋼板表面無(wú)明顯劃傷、凹坑、麻點(diǎn)等表面缺陷，通常要求采用03表面的鋼板；車(chē)身外表面件要求鋼板表面均勻，不允許有氣孔、凹坑、劃傷影響使用的缺陷，通常要求采用05表面的鋼板，同時(shí)要求表面粗糙度Ra 0.5-1.2林m。
4、結(jié)束語(yǔ)
沖壓材料選擇的合理與否，直接影響到?jīng)_壓產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和制造成本，還決定沖壓工藝過(guò)程及繼續(xù)加工的復(fù)雜程度，所以合理選材是十分重要的。
通過(guò)對(duì)汽車(chē)沖壓件工作條件及不同加工工藝對(duì)材料性能的要求分析可以看出，在選擇汽車(chē)沖壓材料時(shí)一般應(yīng)遵循以下原則。
a.滿(mǎn)足零件的使用、沖壓工藝以及繼續(xù)加工的要求：材料應(yīng)具有光潔均勻、平整和無(wú)缺陷損傷的表面質(zhì)量；材料應(yīng)具有優(yōu)良的力學(xué)性能；材料應(yīng)具有良好的成形性、剛性、延伸性、抗凹性、耐腐性和焊接性等工藝性能；材料應(yīng)對(duì)機(jī)械結(jié)合及繼續(xù)加工如焊接、油漆、電鍍、機(jī)械加工和鉚接等有良好的適應(yīng)性能。
b.經(jīng)濟(jì)合理地選材，盡量減少品種規(guī)格，以便于組織生產(chǎn)