拼焊板技术在汽车覆盖件中的应用

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1、第27卷第1期河南科技大学学报:自然科学版Vol.27No.12006年　2月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology:NaturalScienceFeb.2006文章编号:1672-6871(2006)01-0027-04拼焊板技术在汽车覆盖件中的应用1211张彦敏,张继宏,杨永顺,郭俊卿(1.河南科技大学材料科学与工程学院,河南洛阳471003;2.广州羊城汽车有限公司制造部,广东广州510415)摘要:拼焊板成形汽车覆盖件具有安全、节能、减重等优点而符合国内外汽车工业

2、发展的方向。对拼焊板的焊接方法、材料应用、冲压成形性能分析、拼焊板成形极限图的建立方法和有限元分析焊缝建模方式进行了综述。针对我国汽车工业拼焊发展现状,提出了当前需要解决的主要问题。关键词:金属薄板;汽车覆盖件;焊接;成型中图分类号:U465;TG47文献标识码:A0　前言处于对环保、能源和安全问题的考虑,汽车减重是国内外汽车工业发展的主要目标。针对美国提出的新一代轿车概念,工业发达国家正在研制每百公里油耗3L的轿车,日本也制定了到2025年研制出每[1]百公里耗油2L的轿车的计划。要减轻车重除了结构优化外,新型超轻材料(如

3、镁铝合金)和成形新工艺的应用是最主要的减重方法。汽车覆盖件传统上分为整体成形和分离成形。分离成形是将多个简单单元分别冲压成形然后再焊接,形成一个复杂的目标零件,其优点是增加了板料选择的灵活性,可以根据不同单元的要求选择板料等级、镀层类型、板料厚度;但分离成形却增加了冲压和模具成本(需要更多的模具和压机)和装配成本(需要焊接),另外对零件形状要求很高,累积误差使得车身质量不易保证。整体成形是使用同样等级、镀层和厚度的板料一次同时成形多个简单单元,这种方法可以减少模具和压机数量、降低装配成本、消除多个单元装配所需形状配合问题;其

4、主要缺点是从适于简单单元所用板料中选择具有最大厚度和最[2]佳成形性能的板材,造成某些单元的选材过度浪费并导致车身质量和成本的增加,并增加成形难度。拼焊板(TWB)技术是先将两块或两块以上的板料焊在一起,然后再进行冲压成形。这些板料可以是具有不同的厚度、强度或涂层的材料,每块板料都对应于所要求的位置,因此拼焊板成形兼有分离成形和整体成形的优点。另外根据汽车结构和受力情况,合理使用不同厚度、不同材料的拼焊板有利于降低车重,降低油耗,同时该技术可使车身整体刚度增加,抗冲击、吸震能力更强,车身更轻也使得汽车的操作更灵活、更安全。基

5、于此,近20年来国内外对拼焊板成形技术的研究已成为新的热点。本文对拼焊板的焊接方法、拼焊板材料、冲压成形性能、拼焊板成形极限图的建立及数值模拟等问题进行了综述,并对当前状况和需要解决的问题阐述了自己的观点。1　拼焊板应用范围拼焊板在汽车上的应用如图1所示。在国外,日本丰田汽车公司自1985年起开始应用拼焊板,每年用于60个冲压件的拼焊板的消耗量约为基金项目:河南科技大学科研基金项目(2004ZY009)作者简介:张彦敏(1970-),女,河北无极人,讲师,博士生.收稿日期:2005-04-15·28·河南科技大学学报:自然科

6、学版2006年[3][4]360万张;美国通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司在1994-1997年间拼焊板的使用迅速增加;1993[5]年在欧洲大约有300万张拼焊板被用于车身制造,2000年拼焊板使用量已达到5000万张。根据VIL公司的预测,目前世界范围内每年生产车辆大约5000万～6000万辆,若每辆车包含3～5块拼焊板,在[4]接下来的5～10年里每年拼焊板需求量将达到1.5亿张。随着拼焊技术的日趋成熟和在汽车行业的显著效果,其应用前景将更加广泛。2　拼焊板的焊接方法[4]拼焊板生产的焊接方法主要有激光焊、非真空电子束

7、焊、气体保护钨极电弧焊、压平缝焊等。激[6]光焊由于焊接过程中热量集中,热影响区小,焊后变形和残余应力小等优点,在拼焊板中应用最广泛,但是激光拼焊对对接材料的边部质量要求很高,一般要采用高精度剪切、激光切割或精冲的方法等,同时激光拼焊的工艺参数如激光模式、激光功率、焊接速度、离焦量、辅助吹气、间隙等对激光高速拼焊的焊缝质量影响很大,进而会影响拼焊板的冲压成形性能。保护气体在激光拼焊过程中也起着重要作用,因此对于不同材料、不同厚度的板料进行激光拼焊时需确定最合适的焊接参数。文献[7]比较了激光焊、滚压电阻焊和氩弧焊工艺对拼焊板

8、塑性变形性能的影响,认为三者均适用于拼焊板的焊接。3　拼焊板材料汽车用拼焊板主要采用低碳钢板、高强度钢板和铝合金板。低碳钢板包括冷轧板、深冲板、镀层板等在车身制造中占较大比例,而且焊接性很好。随着汽车性能的不断提高,高强度钢板拼焊成形得到了越来越广泛的应用,目前应用的高强度钢主要有烤漆硬化