拼焊板技術(shù)在汽車覆蓋件中的應(yīng)用

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1、第27卷第1期河南科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版Vol.27No.12006年　2月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology:NaturalScienceFeb.2006文章編號(hào):1672-6871(2006)01-0027-04拼焊板技術(shù)在汽車覆蓋件中的應(yīng)用1211張彥敏,張繼宏,楊永順,郭俊卿(1.河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,河南洛陽(yáng)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(diǎn)而符合國(guó)內(nèi)外汽車工業(yè)

2、發(fā)展的方向。對(duì)拼焊板的焊接方法、材料應(yīng)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(jìn)行了綜述。針對(duì)我國(guó)汽車工業(yè)拼焊發(fā)展現(xiàn)狀,提出了當(dāng)前需要解決的主要問(wèn)題。關(guān)鍵詞:金屬薄板;汽車覆蓋件;焊接;成型中圖分類號(hào):U465;TG47文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0　前言處于對(duì)環(huán)保、能源和安全問(wèn)題的考慮,汽車減重是國(guó)內(nèi)外汽車工業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)。針對(duì)美國(guó)提出的新一代轎車概念,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(jì)劃。要減輕車重除了結(jié)構(gòu)優(yōu)化外,新型超輕材料(如

3、鎂鋁合金)和成形新工藝的應(yīng)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(gè)簡(jiǎn)單單元分別沖壓成形然后再焊接,形成一個(gè)復(fù)雜的目標(biāo)零件,其優(yōu)點(diǎn)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(jí)、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(jī))和裝配成本(需要焊接),另外對(duì)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(jí)、鍍層和厚度的板料一次同時(shí)成形多個(gè)簡(jiǎn)單單元,這種方法可以減少模具和壓機(jī)數(shù)量、降低裝配成本、消除多個(gè)單元裝配所需形狀配合問(wèn)題;其

4、主要缺點(diǎn)是從適于簡(jiǎn)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(guò)度浪費(fèi)并導(dǎo)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(shù)是先將兩塊或兩塊以上的板料焊在一起,然后再進(jìn)行沖壓成形。這些板料可以是具有不同的厚度、強(qiáng)度或涂層的材料,每塊板料都對(duì)應(yīng)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(diǎn)。另外根據(jù)汽車結(jié)構(gòu)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(shí)該技術(shù)可使車身整體剛度增加,抗沖擊、吸震能力更強(qiáng),車身更輕也使得汽車的操作更靈活、更安全?；?/p>

5、于此,近20年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)拼焊板成形技術(shù)的研究已成為新的熱點(diǎn)。本文對(duì)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(wèn)題進(jìn)行了綜述,并對(duì)當(dāng)前狀況和需要解決的問(wèn)題闡述了自己的觀點(diǎn)。1　拼焊板應(yīng)用范圍拼焊板在汽車上的應(yīng)用如圖1所示。在國(guó)外,日本豐田汽車公司自1985年起開(kāi)始應(yīng)用拼焊板,每年用于60個(gè)沖壓件的拼焊板的消耗量約為基金項(xiàng)目:河南科技大學(xué)科研基金項(xiàng)目(2004ZY009)作者簡(jiǎn)介:張彥敏(1970-),女,河北無(wú)極人,講師,博士生.收稿日期:2005-04-15·28·河南科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科

6、學(xué)版2006年[3][4]360萬(wàn)張;美國(guó)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(wàn)張拼焊板被用于車身制造,2000年拼焊板使用量已達(dá)到5000萬(wàn)張。根據(jù)VIL公司的預(yù)測(cè),目前世界范圍內(nèi)每年生產(chǎn)車輛大約5000萬(wàn)～6000萬(wàn)輛,若每輛車包含3～5塊拼焊板,在[4]接下來(lái)的5～10年里每年拼焊板需求量將達(dá)到1.5億張。隨著拼焊技術(shù)的日趨成熟和在汽車行業(yè)的顯著效果,其應(yīng)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(hù)鎢極電弧焊、壓平縫焊等。激[6]光焊由于焊接過(guò)程中熱量集中,熱影響區(qū)小,焊后變形和殘余應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn),在拼焊板中應(yīng)用最廣泛,但是激光拼焊對(duì)對(duì)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(shí)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(duì)激光高速拼焊的焊縫質(zhì)量影響很大,進(jìn)而會(huì)影響拼焊板的沖壓成形性能。保護(hù)氣體在激光拼焊過(guò)程中也起著重要作用,因此對(duì)于不同材料、不同厚度的板料進(jìn)行激光拼焊時(shí)需確定最合適的焊接參數(shù)。文獻(xiàn)[7]比較了激光焊、滾壓電阻焊和氬弧焊工藝對(duì)拼焊板

8、塑性變形性能的影響,認(rèn)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(qiáng)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(qiáng)度鋼板拼焊成形得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,目前應(yīng)用的高強(qiáng)度鋼主要有烤漆硬化