拼焊板技術在汽車覆蓋件中的應用

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1、第27卷第1期河南科技大學學報:自然科學版Vol.27No.12006年　2月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology:NaturalScienceFeb.2006文章編號:1672-6871(2006)01-0027-04拼焊板技術在汽車覆蓋件中的應用1211張彥敏,張繼宏,楊永順,郭俊卿(1.河南科技大學材料科學與工程學院,河南洛陽471003;2.廣州羊城汽車有限公司制造部,廣東廣州510415)摘要:拼焊板成形汽車覆蓋件具有安全、節(jié)能、減重等優(yōu)點而符合國內(nèi)外汽車工業(yè)

2、發(fā)展的方向。對拼焊板的焊接方法、材料應用、沖壓成形性能分析、拼焊板成形極限圖的建立方法和有限元分析焊縫建模方式進行了綜述。針對我國汽車工業(yè)拼焊發(fā)展現(xiàn)狀,提出了當前需要解決的主要問題。關鍵詞:金屬薄板;汽車覆蓋件;焊接;成型中圖分類號:U465;TG47文獻標識碼:A0　前言處于對環(huán)保、能源和安全問題的考慮,汽車減重是國內(nèi)外汽車工業(yè)發(fā)展的主要目標。針對美國提出的新一代轎車概念,工業(yè)發(fā)達國家正在研制每百公里油耗3L的轎車,日本也制定了到2025年研制出每[1]百公里耗油2L的轎車的計劃。要減輕車重除了結(jié)構優(yōu)化外,新型超輕材料(如

3、鎂鋁合金)和成形新工藝的應用是最主要的減重方法。汽車覆蓋件傳統(tǒng)上分為整體成形和分離成形。分離成形是將多個簡單單元分別沖壓成形然后再焊接,形成一個復雜的目標零件,其優(yōu)點是增加了板料選擇的靈活性,可以根據(jù)不同單元的要求選擇板料等級、鍍層類型、板料厚度;但分離成形卻增加了沖壓和模具成本(需要更多的模具和壓機)和裝配成本(需要焊接),另外對零件形狀要求很高,累積誤差使得車身質(zhì)量不易保證。整體成形是使用同樣等級、鍍層和厚度的板料一次同時成形多個簡單單元,這種方法可以減少模具和壓機數(shù)量、降低裝配成本、消除多個單元裝配所需形狀配合問題;其

4、主要缺點是從適于簡單單元所用板料中選擇具有最大厚度和最[2]佳成形性能的板材,造成某些單元的選材過度浪費并導致車身質(zhì)量和成本的增加,并增加成形難度。拼焊板(TWB)技術是先將兩塊或兩塊以上的板料焊在一起,然后再進行沖壓成形。這些板料可以是具有不同的厚度、強度或涂層的材料,每塊板料都對應于所要求的位置,因此拼焊板成形兼有分離成形和整體成形的優(yōu)點。另外根據(jù)汽車結(jié)構和受力情況,合理使用不同厚度、不同材料的拼焊板有利于降低車重,降低油耗,同時該技術可使車身整體剛度增加,抗沖擊、吸震能力更強,車身更輕也使得汽車的操作更靈活、更安全。基

5、于此,近20年來國內(nèi)外對拼焊板成形技術的研究已成為新的熱點。本文對拼焊板的焊接方法、拼焊板材料、沖壓成形性能、拼焊板成形極限圖的建立及數(shù)值模擬等問題進行了綜述,并對當前狀況和需要解決的問題闡述了自己的觀點。1　拼焊板應用范圍拼焊板在汽車上的應用如圖1所示。在國外,日本豐田汽車公司自1985年起開始應用拼焊板,每年用于60個沖壓件的拼焊板的消耗量約為基金項目:河南科技大學科研基金項目(2004ZY009)作者簡介:張彥敏(1970-),女,河北無極人,講師,博士生.收稿日期:2005-04-15·28·河南科技大學學報:自然科

6、學版2006年[3][4]360萬張;美國通用、福特、克萊斯勒三大汽車公司在1994-1997年間拼焊板的使用迅速增加;1993[5]年在歐洲大約有300萬張拼焊板被用于車身制造,2000年拼焊板使用量已達到5000萬張。根據(jù)VIL公司的預測,目前世界范圍內(nèi)每年生產(chǎn)車輛大約5000萬～6000萬輛,若每輛車包含3～5塊拼焊板,在[4]接下來的5～10年里每年拼焊板需求量將達到1.5億張。隨著拼焊技術的日趨成熟和在汽車行業(yè)的顯著效果,其應用前景將更加廣泛。2　拼焊板的焊接方法[4]拼焊板生產(chǎn)的焊接方法主要有激光焊、非真空電子束

7、焊、氣體保護鎢極電弧焊、壓平縫焊等。激[6]光焊由于焊接過程中熱量集中,熱影響區(qū)小,焊后變形和殘余應力小等優(yōu)點,在拼焊板中應用最廣泛,但是激光拼焊對對接材料的邊部質(zhì)量要求很高,一般要采用高精度剪切、激光切割或精沖的方法等,同時激光拼焊的工藝參數(shù)如激光模式、激光功率、焊接速度、離焦量、輔助吹氣、間隙等對激光高速拼焊的焊縫質(zhì)量影響很大,進而會影響拼焊板的沖壓成形性能。保護氣體在激光拼焊過程中也起著重要作用,因此對于不同材料、不同厚度的板料進行激光拼焊時需確定最合適的焊接參數(shù)。文獻[7]比較了激光焊、滾壓電阻焊和氬弧焊工藝對拼焊板

8、塑性變形性能的影響,認為三者均適用于拼焊板的焊接。3　拼焊板材料汽車用拼焊板主要采用低碳鋼板、高強度鋼板和鋁合金板。低碳鋼板包括冷軋板、深沖板、鍍層板等在車身制造中占較大比例,而且焊接性很好。隨著汽車性能的不斷提高,高強度鋼板拼焊成形得到了越來越廣泛的應用,目前應用的高強度鋼主要有烤漆硬化