CN112059548B - 一种超高强度商用车前下防护的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高强度商用车前下防护的制造工艺。它包括以下步骤：先把前下防护横梁分成两半，采用热成型钢分别冷冲压成形，然后焊接形成热成型钢型材；在横梁型材上焊接左右两个连接支架；加装支撑夹具在两个连接支架之间；将前下防护焊接总成零件放入加热炉中加热至880～930℃，并保持5～7min进行均匀奥氏体化；将加热后的前下防护零件在10s内由加热炉转移到冷却水槽中，淬火前零件温度不低于650℃，冷却水对零件进行淬火冷却且至常温后取出，冷却速率大于100℃/s以上保证完全马氏体化；将支撑夹具从总成零件上分离，即得。本发明提高碰撞性能，轻量化，减少成本。
Description
技术领域
本发明属于汽车前下防护技术领域，具体涉及一种超高强度商用车前下防护的制造工艺。
背景技术
现有的前下防护结构普遍存在重量重、成本高且抗冲击力差的问题，导致车辆油耗大、用户购车成本及使用成本高的缺陷，而采用传统高强度钢的型材已无法满足轻量化要求。
目前下防护横梁结构多为矩形管状结构，两端依整车下部曲线而折弯，通常采用辊压整体成型的制备工艺。对于复杂的高强管件采用常规辊压技术，容易造成折弯过渡部分的内壁发生起皱、外壁出现开裂且回弹较大，造成成形的下防护横梁不符合产品要求。
中国专利申请公布号为CN111203686A，申请公布日为2020年5月29日的发明专利，公开了一种超高强度车辆骨架型材的制备工艺，虽然该发明能够得到超高强度的骨架型材并控制变形，但其仍存在以下缺陷：1、该方法的保温时间长，生产效率低；2、支撑钢型材嵌合后难以取出，批量生产难度大；3、若在已经得到马氏体组织的横梁上后焊接支架，导致焊缝处马氏体晶粒回火为铁素体组织，引起焊缝强度大幅度降低，此专利没有解决超高强钢在辊压型材上焊接困难的问题。
中国专利申请公布号为CN209700590U，申请公布日为2019年11月29日的发明专利，公开了一种基于高强度板的轻量化商用车前下防护横梁，存在以下缺陷：1、采用DP980冷冲压或辊压成形困难，回弹大，零件成形合格率和尺寸精度都不易控制；2、未采用更高强度级别的材料实现最大程度的轻量化效果。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述现有技术中下防护横梁的矩形管状结构在加工过程中存在的缺陷，提供一种超高强度商用车前下防护的制造工艺。
本发明采用的技术方案是：一种超高强度商用车前下防护的制造工艺，所述前下防护总成包括下防护横梁和固定在下防护横梁上用于连接车身前下部的两个支架，工艺包括以下步骤：
(1)、先把前下防护横梁分成两半，采用热成型钢分别冷冲压成形，然后焊接形成热成型钢型材；
(2)、在横梁型材上焊接左右两个连接支架；
(3)、为控制连接支架变形，加装支撑夹具在两个连接支架之间；
(4)、将前下防护焊接总成零件放入加热炉中加热至880～930℃，并保持5～7min进行均匀奥氏体化；
(5)、将加热后的前下防护零件在10s内由加热炉转移到冷却水槽中，淬火前零件温度不低于650℃，冷却水对零件进行淬火冷却且至常温后取出，冷却速率大于100℃/s以上保证完全马氏体化；
(6)、将支撑夹具从总成零件上分离，即得。
进一步地，所述下防护横梁的前后侧钢板上分别设置轴向的加强槽。
进一步地，所述前下防护总成采用热成型钢材料22MnB5。
进一步地，所述夹具材料采用耐热钢Cr25Ni20。
本发明的制备工艺采用耐热钢制备的支撑夹具，可以避免连接支架在冷却过程中扭曲变形、回弹和焊缝开裂，从而制备得到满足尺寸精度要求的商用车前下防护总成零件。
商用车轻量化是市场的趋势，也是体现商用车车型竞争力的一个重要指标。在限载的强制法规下，目前减重100kg可给用户带来3000-5000元/年的经济效益，因此轻量化材料的应用前景广阔，但轻量化材料的应用往往出现零件结构变化、零件受力变化和耐久性可靠性的变化。与现有技术和设备相比，本发明的有益效果为：
1、由于重型商用车底盘和车辆前部结构形式所限，传统前下防护的横梁截面多采用为矩形管状结构，材质主要是Q235、DL510、QSTE700、DP980等强度不超过1000MPa级别的型材，制造工艺通常采用辊压整体成形。本发明的前下防护横梁结构设计及其制造工艺，攻克材料替换后出现的刚度不足，制备工艺难度大、成本高等的技术难点，使轻量化后的前下防护的碰撞性能不低于甚至超越原零件的性能，其制造工艺成本低于原零件的工艺成本，可以在有抗碰撞性能要求的安全零件上推广应用。
2、本发明所替代的原有前下防护横梁为120*110*3*2102mm的矩形结构，横梁加强板材料为5mm厚的DL510，连接支架3mm厚的DL750材料；采用本发明的前下防护结构后横梁为120*80*2.3*2102mm的加筋刚性结构，横梁加强板材料为3mm厚的热成型钢材料，连接支架2.3mm厚的热成型钢材料，总重减少9kg，减重20％以上，达到预期轻量化效果。
3、采用CAE对其理论强度进行分析，并通过台架试验对其强度进行验证，该轻量化前下防护满足GB 26511-2011《商用车前下防护要求》国家强制标准要求；本发明的热处理超高强度前下防护，单个零件制造成本降低30元，按照年产量10万件计算，降成本业绩300万元/年。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的横梁截面图；
图3是本发明的制造工艺流程图；
图4是本发明的淬火夹具结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，本发明所述前下防护总成包括下防护横梁1和下防护横梁1固定在车身前下部的两个支架2，两个支架2一左一右对称的布置在下防护横梁上，见图1；针对前下防护总成进行轻量化结构设计时，由于连接支架刚度满足要求，连接支架保持不变，即不改变总布置，仅对前下防护横梁结构进行轻量化设计，采用在下防护横梁1的前后侧钢板3上分别设置轴向的加强槽4，见图2。通过对前下防护横梁结构优化，增加产品截面系数，提高了产品的刚度，从而满足了在不降低刚度的情况下进一步减薄的要求，最大程度的实现轻量化效果。
所述的轻量化商用车前下防护总成采用热成型钢材料牌号为22MnB5，该材料抗碰撞性能优越，在乘用车上应用广泛。热成型钢在加热前的抗拉强度约为500～700MPa，强度与常规钢如DL510的强度相当，易于冷冲压或辊压成形；经过本发明的制备工艺加工之后获得的型材的强度可达到1300MPa～1600MPa。
参照图3所示，所述制造工艺包括以下步骤：
实施例1：
第一步：横梁制备，采用热成型钢材料先冷冲压成形成横梁的半体结构，然后通过CO2气体保护焊接方式将横梁的两个半体结构拼焊成整体横梁结构；
第二步，焊接支架，将横梁加强板冲压为U型结构，焊接至横梁对应位置处，将左右两个焊合的连接支架总成焊接至横梁加强板的中心位置，得到前下防护总成零件；
第三步，加装夹具，将左右两个连接支架之间加装淬火支撑夹具(图4所示)，通过卡槽部位与支架上端孔位处固定；
第四步，加热冷却，将前下防护焊接总成零件放入内部温度为880摄氏度的箱式加热炉中保温7分钟进行均匀奥氏体化，然后将加热后的前下防护零件在8s内由加热炉转移到冷却水槽中，淬火前零件温度不低于650摄氏度，零件的温度降至120摄氏度～180摄氏度，上述淬火冷却的速度大于100摄氏度每秒，以上保证完全马氏体化；
第五步，拆卸夹具，将淬火支撑夹具从总成零件上分离，即得到本设计的前下防护零件。
实施例2：
实施例2与实施例1基本形同，其不同之处在于：
第四步：加热冷却，将前下防护焊接总成零件放入内部温度为910摄氏度的箱式加热炉中保温6分钟进行均匀奥氏体化，然后将加热后的前下防护零件在10s内由加热炉转移到冷却水槽中，淬火前零件温度不低于650摄氏度，零件的温度降至120摄氏度～180摄氏度，上述淬火冷却的速度大于100摄氏度每秒，以上保证完全马氏体化。
实施例3：
实施例3与实施例1基本形同，其不同之处在于：
第四步：加热冷却，将前下防护焊接总成零件放入内部温度为930摄氏度的箱式加热炉中保温5分钟进行均匀奥氏体化，然后将加热后的前下防护零件在12s内由加热炉转移到冷却水槽中，淬火前零件温度不低于650摄氏度，零件的温度降至120摄氏度～180摄氏度，上述淬火冷却的速度大于100摄氏度每秒，以上保证完全马氏体化。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (3)
1.一种超高强度商用车前下防护的制造工艺，其特征在于：所述前下防护总成包括下防护横梁和固定在下防护横梁上用于连接车身前下部的两个支架，工艺包括以下步骤：
(1)、先把前下防护横梁分成两半，采用热成型钢分别冷冲压成形，然后焊接形成热成型钢型材；
(2)、在横梁型材上焊接左右两个连接支架；
(3)、加装支撑夹具在两个连接支架之间；
(4)、将前下防护焊接总成零件放入加热炉中加热至880～930℃，并保持5～7min进行均匀奥氏体化；
(5)、将加热后的前下防护零件在10s内由加热炉转移到冷却水槽中，淬火前零件温度不低于650℃，冷却水对零件进行淬火冷却且至常温后取出，冷却速率大于100℃/s以上保证完全马氏体化；
(6)、将支撑夹具从总成零件上分离，即得；
所述前下防护总成采用热成型钢材料22MnB5。
2.根据权利要求1所述的一种超高强度商用车前下防护的制造工艺，其特征在于：所述下防护横梁的前后侧钢板上分别设置轴向的加强槽。
3.根据权利要求1所述的一种超高强度商用车前下防护的制造工艺，其特征在于：所述夹具材料采用耐热钢Cr25Ni20。
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