隨著(zhù)汽車(chē)行業(yè)規模的不斷擴大,很多和汽車(chē)制造相關(guān)的新技術(shù)進(jìn)入了國人視野,如激光拼焊板在車(chē)身上的應用、鋁材車(chē)身、連續焊接車(chē)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(chē)行業(yè)引進(jìn)的新技術(shù),其在不降低車(chē)身強度的前提下,大幅減輕了車(chē)身重量,降低了汽車(chē)油耗。但沖壓成形過(guò)程中激光拼焊板拉深工序的開(kāi)裂問(wèn)題一直困擾著(zhù)各主機廠(chǎng)。
激光拼焊板技術(shù)是利用激光能源將不同材質(zhì)、板厚、鍍層的板材拼合并焊接而形成一塊整體板材的技術(shù)。拼焊板技術(shù)的出現解決了超寬板及不同部位不同工藝性能要求的問(wèn)題,對減輕車(chē)身重量、降低整車(chē)成本、節能環(huán)保等都有著(zhù)重要的作用。
目前主要應用在側圍、門(mén)、縱梁、底板等車(chē)身部品上。國內主機廠(chǎng)內做的激光拼焊件基本都由板材廠(chǎng)家提供板材,激光拼焊廠(chǎng)進(jìn)行拼焊后送到主機廠(chǎng)進(jìn)行沖壓加工取得。日系整車(chē)企業(yè)的門(mén)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(kāi)裂問(wèn)題成因及解決方案
在使用激光拼焊板制作門(mén)內板時(shí),經(jīng)常在調試階段零件無(wú)開(kāi)裂情況,但在量產(chǎn)一段時(shí)間后頻繁出現拼焊部位開(kāi)裂的情況。此開(kāi)裂一般出現在拼焊線(xiàn)靠近薄板側2~3mm的區域,對材料及拼焊加工過(guò)程進(jìn)行調查都沒(méi)有發(fā)現問(wèn)題。但實(shí)際加工時(shí)開(kāi)裂現象時(shí)有發(fā)生,對比開(kāi)裂材和良材的性能數據也沒(méi)有存在差異較大的地方。零件在沖壓加工過(guò)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(dòng)化、設備等四個(gè)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(chǎn)一段時(shí)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(zhì)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(diǎn)是成形時(shí)有壓料,首先壓邊圈和凹模壓緊材料后,凸凹模進(jìn)行材料成形。普通材料在成形過(guò)程隨著(zhù)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(huì )由彈性變形進(jìn)入屈服塑性變形至均勻塑性變形個(gè)別甚至會(huì )出現頸縮(暗裂)及開(kāi)裂。
材質(zhì)理論分析。造成開(kāi)裂的主要原因是拼焊線(xiàn)部位的材質(zhì)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(shí)伸長(cháng)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(shí)伸長(cháng)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(chē)身冷沖壓零件的材料都是塑性材料。
在拉深成形過(guò)程中塑性材料產(chǎn)生塑性變形有一定延展伸長(cháng),脆性材料則基本無(wú)延展伸長(cháng)。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(xiàn)部材料為脆性材料基本無(wú)伸長(cháng),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(guò)程中焊縫外側薄板區域的材料受到應力伸長(cháng)時(shí),在焊縫側會(huì )產(chǎn)生明顯的延展阻斷,無(wú)法獲得原本應該來(lái)自焊縫側材質(zhì)的延展補充,從而造成了開(kāi)裂發(fā)生,這是在車(chē)型調試階段拼焊線(xiàn)部容易產(chǎn)生開(kāi)裂的原因。
拼焊線(xiàn)開(kāi)裂解決。從材料角度可以通過(guò)控制薄板側材料的材料性能來(lái)減少開(kāi)裂的發(fā)生。材料的屈服強度及伸長(cháng)率盡量選高值,這樣材料不容易出現開(kāi)暗裂示。但因廠(chǎng)家生產(chǎn)此鋼板的基板性能的不變,只能通過(guò)鍍鋅的過(guò)程進(jìn)行1%~2%調整。如果要求廠(chǎng)家材料伸長(cháng)率和屈服強度一定要達到某數值以上,會(huì )很大降低廠(chǎng)家材料的成品率,即廠(chǎng)家會(huì )有很多生產(chǎn)出來(lái)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(dòng)的R角進(jìn)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(jìn)去,減小拼焊線(xiàn)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(chēng)無(wú)時(shí)效,但在生產(chǎn)實(shí)踐中,如果長(cháng)期放置時(shí)還是會(huì )有時(shí)效性的影響。鋼材中碳原子在晶格會(huì )逐步擴散,這稱(chēng)作鋼板的固溶強化,鋼板硬度會(huì )略有提升,塑性會(huì )略有下降,這部分性能的變化對拼焊板的開(kāi)裂防止是有利的。當拼焊板的開(kāi)裂狀態(tài)處在臨界狀態(tài),板件長(cháng)期存放帶來(lái)性能上的輕微改變,造成了開(kāi)裂現象的消失。