产品金属零件轻量化方法.pdf

本发明揭示了一种产品金属零件轻量化方法，包括以下步骤：1)确定板料厚度、强度；2)零件受力分析及安全系数校核；3)零件成形性仿真分析；4)零件试冲试验。本发明通过零件的成形性分析、静力学分析、模态性能分析，结合零件的试冲试验，能够提高量产零件轻量化成功的几率，提高工作效率，降低零件轻量化成本。

1.产品金属零件轻量化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定板料厚度、强度；
2)零件受力分析及安全系数校核；
3)零件成形性仿真分析；
4)零件试冲试验。
2.根据权利要求1所述的产品金属零件轻量化方法，其特征在于：所述产品金属零件为
汽车金属零部件，所述金属采用高强度钢。
3.根据权利要求2所述的产品金属零件轻量化方法，其特征在于，所述轻量化方法还包
括：
5)整车焊装试验；
6)零部件台架试验、整车碰撞、整车路试；
7)构成汽车零件轻量化零件轻量化方案。
4.根据权利要求3所述的产品金属零件轻量化方法，其特征在于：所述步骤2)至步骤
6)，若合格则进行下一步，若不合格则返回步骤1)。

产品金属零件轻量化方法

技术领域

本发明涉及产品轻量化领域，尤其涉及应用高强度钢进行汽车零件轻量化的方
法。

背景技术

汽车轻量化就是采用现代设计方法和有效手段对汽车进行优化设计，或使用轻量
化材料在确保汽车行驶的安全性、耐撞性、抗振性、舒适性等综合性能指标的前提下，尽可
能降低汽车产品自身重量，以达到减重、降耗、环保、安全的合指标。

应用轻量化材料降低车身重量的工艺方法主要有以下两点：

（1）以低密度材料替代钢铁材料，例如，使用低密度的铝、镁和塑料等；

（2）使用高强度材料降低钢板厚度规格。

采用高强度钢板可以降低零件的厚度，还可以提高零件的抗凹陷性和抗冲击强
度，增加了汽车零件的使用寿命和安全性。另外，相比铝、镁、碳纤维等低密度材料，高强度
钢板具有良好的经济型。从而使高强度钢得到了汽车制造商的广泛关注，汽车工业的轻量
化需求也促进了高强度钢的发展。近年来，高强度钢占汽车车身用钢的比重明显提升，为实
现汽车轻量化的过程中起到了重要的作用。

在现阶段，国内各大主机厂的量产车型中，依然有大量的汽车零件采用强度较低
的低碳软钢，如何应用高强钢替代低碳软钢实现量产车型的轻量化是汽车厂和钢厂都非常
关心的问题。但是，目前应用高强度钢进行量产车型零件轻量化主要依靠经验、零件试冲、
整车焊装试验、零部件台架试验、整车碰撞、整车路试等试验验证，根据试验结果确定轻量
化方案是否满足要求。

应用高强度钢进行量产车型零件轻量化的主要步骤如下：

（1）量产车型首先要保证生产、整车性能的稳定，可以根据需要适当的减薄零件厚
度，一般不允许更改零件的结构特征。零件厚度的减薄主要依靠经验，一般来讲，钢强度增
加30%～50%，一般设计中允许钢板厚度减少6%～15%，结合先进的结构设计，钢板厚度可减
少25%。

（2）根据经验确定零件轻量化用高强钢的厚度、强度，准备试冲试验用的板料。

（3）开展零件试冲试验，试冲合格，则根据情况开展整车焊装试验、零部件台架试
验、整车碰撞、整车路试等；零件试冲不合格，重新选定试模板料，开展零件试冲试验。

（4）零件通过所有的试验验证，表明零件轻量化方案可行；否则，重新挑选试模板
料，开展零件试冲试验。

如图1所示，由于应用高强度钢进行量产车型零件轻量化的方法存在试验周期长、
试验项目多，目前确定轻量化板料的方法单一，容易因为板料选择不合适造成工作效率低
下、轻量化成本提高、人力物力浪费等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种效率高、并能降低轻量化成本的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：产品金属零件轻量化方法，包括以
下步骤：1）确定板料厚度、强度；2）零件受力分析及安全系数校核；3）零件成形性仿真分析；
4）零件试冲试验。

所述产品金属零件为汽车金属零部件，所述金属采用高强度钢。

所述轻量化方法还包括：5）整车焊装试验；6）零部件台架试验、整车碰撞、整车路
试；7）构成汽车零件轻量化零件轻量化方案。

所述步骤2）至步骤6），若合格则进行下一步，若不合格则返回步骤1）。

本发明通过零件的成形性分析、静力学分析、模态性能分析，结合零件的试冲试
验，能够提高量产零件轻量化成功的几率，提高工作效率，降低零件轻量化成本。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为背景技术轻量化方法流程图；

图2为本发明轻量化方法流程图。

具体实施方式

本发明的目的是通过采用结构分析有限元软件，根据零件的受力对零件进行受力
分析，校核零件的安全系数，减少轻量化零件在台架试验、整车碰撞、整车路试等试验中出
现问题的几率；同时，采用成形分析软件，根据零件数模分析所选板料的成形性，提高板料
在试冲试验中合格的几率。

如图2所示，本发明以汽车金属零部件为例进行说明，具体包括以下步骤：

（1）根据经验，钢强度增加30%～50%，一般设计中允许钢板厚度减少6%～15%，结合
先进的结构设计，钢板厚度可减少25%，初步确定轻量化零件的强度、厚度；或者根据零件的
具体要求，初步确定轻量化零件的强度、厚度；

（2）采用结构有限元软件校核轻量化零件的安全系数，轻量化零件的安全系数不
能低于当前零件的安全系数；或者根据安全系数校核的一般原则，对塑性材料，安全系数为
1.5～2.0；

（3）采用成形分析软件，对通过步骤（2）校核的板料的成形性进行分析，要求轻量
化零件的成形性不低于当前零件的成形性；或者按照以下成形性要求判断轻量化零件是
否：零件的厚度减薄率≤25%，零件成形过程没有明显的起皱；

（4）准备试模板料，进行零件试冲试验，轻量化零件的成形性要与当前零件的成形
性相当，或者优于当前零件的成形性；零件试冲不合格，重新选定试模板料，开展零件试冲
试验。

（5）开展整车焊装试验、零部件台架试验、整车碰撞、整车路试等。

（6）零件通过所有的试验验证，表明零件轻量化方案可行；否则，重新确定零件轻
量化方案。

本发明提供的应用高强度钢进行量产汽车零件轻量化的方法，已在多款量产车型
零件的轻量化工作中应用，取得了良好的效果。发明中低合金高强钢的化学成分、热轧、冷
轧、连续退火工艺要求如下：

钢水的化学成分见表1，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

表1 实施例化学成分，wt%

钢水连铸后，经过热连轧、冷轧，再进行退火，生产出600MPa级高强度TRIP钢，其主
要工艺参数和最终力学性能见表2。

表2 生产工艺与产品力学性能

从上述实例可以看出，本发明所生产的钢，抗拉强度≥600Mpa，延伸率≥29%。说明
钢板在具有高强度的同时也有良好的冷成形性能及碰撞吸收能力。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式
的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改
进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。