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激光拼焊沖壓技術正在穩步推進
上海市模具技術協會-上海模具信息網 時間:2018/2/25 18:04:18
隨著這些年國內汽車保有量的迅猛增長,國家關于汽車環保的強制標準越來越嚴格,汽車的環保性要求隨之逐步提高。激光拼焊板、鋁合金材料的應用、樹脂外觀件等一批汽車輕量化技術必將獲得更廣泛應用,但這些新技術的應用也給量產穩定性帶來了極大挑戰,需要在生產中進行調查、解析、試驗、測試等相關工作,逐步摸索出對應的設備條件、調試方法、作業手法等內容。

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隨著汽車行業規模的不斷擴大,很多和汽車制造相關的新技術進入了國人視野,如激光拼焊板在車身上的應用、鋁材車身、連續焊接車身等一批新名詞逐漸被大家所熟知。其中激光拼焊板是最早被國內汽車行業引進的新技術,其在不降低車身強度的前提下,大幅減輕了車身重量,降低了汽車油耗。但沖壓成形過程中激光拼焊板拉深工序的開裂問題一直困擾著各主機廠。

激光拼焊板技術是利用激光能源將不同材質、板厚、鍍層的板材拼合并焊接而形成一塊整體板材的技術。拼焊板技術的出現解決了超寬板及不同部位不同工藝性能要求的問題,對減輕車身重量、降低整車成本、節能環保等都有著重要的作用。
目前主要應用在側圍、門、縱梁、底板等車身部品上。國內主機廠內做的激光拼焊件基本都由板材廠家提供板材,激光拼焊廠進行拼焊后送到主機廠進行沖壓加工取得。日系整車企業的門內板90%以上使用的是激光拼焊板。
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激光拼焊板拉深成形開裂問題成因及解決方案
在使用激光拼焊板制作門內板時,經常在調試階段零件無開裂情況,但在量產一段時間后頻繁出現拼焊部位開裂的情況。此開裂一般出現在拼焊線靠近薄板側2~3mm的區域,對材料及拼焊加工過程進行調查都沒有發現問題。但實際加工時開裂現象時有發生,對比開裂材和良材的性能數據也沒有存在差異較大的地方。零件在沖壓加工過程中出現了缺陷,一般查找方向為模具、材料(板材及拼焊)、自動化、設備等四個方面。
成形理論分析。模具穩定性是非常高的,拉深模具在調整好穩定生產一段時間后,零件出現批量性異常的情況比較少。但拼焊板因為特殊的物理性質導致了拉深加工的不穩定。
大家都知道拉延模區別于成形模的主要特點是成形時有壓料,首先壓邊圈和凹模壓緊材料后,凸凹模進行材料成形。普通材料在成形過程隨著閉合高度的降低,拉深力逐漸增大,材料內部應力也隨之變大,應變會由彈性變形進入屈服塑性變形至均勻塑性變形個別甚至會出現頸縮(暗裂)及開裂。
材質理論分析。造成開裂的主要原因是拼焊線部位的材質及工藝情況。我們知道材料分為脆性材料和塑性材料。脆性材料為斷裂時伸長率較小的材料,如建筑材料中磚瓦、玻璃、金屬材料中鑄鐵等,拼焊板焊縫屬于脆性材料。塑性材料為斷裂時伸長率及斷面收縮率均較大的材料,一般低碳鋼屬于塑性材料,車身冷沖壓零件的材料都是塑性材料。
在拉深成形過程中塑性材料產生塑性變形有一定延展伸長,脆性材料則基本無延展伸長。焊縫附近材料的物理特性為脆性材料和塑性材料相接,因拼焊線部材料為脆性材料基本無伸長,且其存在一定程度上阻斷了厚板材料的延展。使得拉深成形過程中焊縫外側薄板區域的材料受到應力伸長時,在焊縫側會產生明顯的延展阻斷,無法獲得原本應該來自焊縫側材質的延展補充,從而造成了開裂發生,這是在車型調試階段拼焊線部容易產生開裂的原因。
拼焊線開裂解決。從材料角度可以通過控制薄板側材料的材料性能來減少開裂的發生。材料的屈服強度及伸長率盡量選高值,這樣材料不容易出現開暗裂示。但因廠家生產此鋼板的基板性能的不變,只能通過鍍鋅的過程進行1%~2%調整。如果要求廠家材料伸長率和屈服強度一定要達到某數值以上,會很大降低廠家材料的成品率,即廠家會有很多生產出來的鋼板因性能不達標被轉用,造成成本上升和材料浪費。
通常采用的方法是將影響局部材料流動的R角進行拋光處理,盡量減小此處的摩擦力,使危險區域周邊的材料能夠盡快補充進去,減小拼焊線附近薄板材料受到的應力值。
拼焊部平面
測量部位

拼焊板的板材一般以冷軋板為母板,冷軋板雖然號稱無時效,但在生產實踐中,如果長期放置時還是會有時效性的影響。鋼材中碳原子在晶格會逐步擴散,這稱作鋼板的固溶強化,鋼板硬度會略有提升,塑性會略有下降,這部分性能的變化對拼焊板的開裂防止是有利的。當拼焊板的開裂狀態處在臨界狀態,板件長期存放帶來性能上的輕微改變,造成了開裂現象的消失。




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