采用激光焊的行李箱外板上段沖壓工藝研究

采用激光焊的行李箱外板上段沖壓工藝研究

摘要：行李箱外板上段與下段采用激光焊結(jié)構(gòu)，對成形制件搭接邊的表面質(zhì)量及尺寸精度要求較高，由于翻邊深度較深，翻邊時產(chǎn)生坑包波浪且回彈嚴(yán)重，針對翻邊后回彈及表面質(zhì)量缺陷等問題，從制件結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計兩方面進(jìn)行優(yōu)化，提高成形制件尺寸精度及面品質(zhì)量，縮短模具調(diào)試、整改周期，降低整車制造成本，提高市場競爭力。關(guān)鍵詞:行李箱外板；表面質(zhì)量；壓料翻邊；毛刺；激光焊；引言：近年來，隨著汽車行業(yè)在中國的快速發(fā)展，特別是國外汽車公司不斷進(jìn)入中國市場，使得汽車行業(yè)的競爭越來越激烈，這將導(dǎo)致消費者的消費觀念越來越成熟，對汽車產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高，其中，汽車的外觀質(zhì)量是一個非常重要的方面。汽車生產(chǎn)廠商為了在激烈的市場競爭中立于不敗之地，對模具廠家提出了更高的要求。由于受到設(shè)備及成本限制，模具結(jié)構(gòu)也相應(yīng)趨于復(fù)雜化，以實現(xiàn)低成本下的高質(zhì)量、高效益產(chǎn)出。各種斜楔、吊楔、開花斜楔、旋轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)等被廣泛應(yīng)用在沖壓模具中。1行李箱外板上段結(jié)構(gòu)及幾何尺寸公差要求行李箱外板結(jié)構(gòu)如圖1所示，上、下段采用激光焊工藝，采用激光焊工藝對成形制件的尺寸精度要求比點焊工藝高，如圖1(a）所示，l～m區(qū)域為行李箱外板上下段搭接處，當(dāng)長度L≤300mm時，平行差為0.3mm，當(dāng)長度L>300mm，平行差為0.5。行李箱外板上段與下段搭接位置的翻邊高度一般為60～70mm，如圖1(b）所示，上、下段搭邊值≥10mm，如圖1(c）所示。2沖壓工藝傳統(tǒng)成形工藝采用6道工序：(1)拉深→(2)修邊、沖孔→(3)翻邊、側(cè)修邊→(4)翻邊→(5)側(cè)整形→(6)側(cè)修邊。2.1表面質(zhì)量缺陷及解決措施行李箱外板上段成形過程中產(chǎn)生的表面質(zhì)量缺陷主要為翻邊波浪、修邊毛刺以及沖擊線。翻邊波浪問題及解決方法。由于受造型限制，行李箱外板上段為多料翻邊，翻邊過程中會產(chǎn)生翻邊波浪，在工藝設(shè)計時，采用壓料翻邊，即翻邊時用上、下壓料板夾料翻邊，能解決翻邊波浪問題。但由于夾料翻邊過程中，板料會產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致輪廓附近出現(xiàn)翹曲變形，無法保證成形制件尺寸精度的要求，而且后期現(xiàn)場調(diào)試階段，只能通過調(diào)整翻邊間隙的方法進(jìn)行優(yōu)化，無法徹底消除翹曲變形。翻邊工序前進(jìn)行粗修邊，翻邊后再精修到位，目的是將修邊高度增高，夾料翻邊時使側(cè)翹曲變形區(qū)域在修邊線之外，保證了成形制件的精度，縮短了整改周期。行李箱外板上段翻邊高度一般為60～70mm，為保證成形制件的剛性，在翻邊面設(shè)計沉臺，但是在成形過程中由于材料流動不均勻，相應(yīng)位置表面及與行李箱外板下段搭接面位置會產(chǎn)生坑包波浪，導(dǎo)致尺寸精度難以保證。制件設(shè)計階段對沉臺的深度、形狀等提出以下要求：(1)沉臺最外側(cè)需要設(shè)計一個臺階，避免材料流動不均勻產(chǎn)生表面質(zhì)量缺陷；(2)沉臺深度≤3mm;(3)過渡區(qū)必須平緩均勻過渡，避免過渡急劇產(chǎn)生表面質(zhì)量缺陷；(4)沉臺外輪廓距離制件A面直線段距離≥10mm，避免壓不住料導(dǎo)致A面產(chǎn)生表面質(zhì)量缺陷。(5）修邊毛刺問題及解決方法。采用傳統(tǒng)成形工藝方案時，前、后工序沖壓方向必須一致，精修邊只能采用勾修，導(dǎo)致修邊毛刺集中在成形制件外表面，即與行李箱外板下段搭接表面，為保證激光焊質(zhì)量，需進(jìn)行手工修件，浪費人力和物力。針對出現(xiàn)的問題，通過改變前后工序沖壓方向，精修工序的沖壓方向相對于拉深工序繞X軸旋轉(zhuǎn)46°，采用側(cè)修工藝方案代替原來的勾修工藝方案，使修邊毛刺分布在成形制件內(nèi)表面，保證了行李箱外板上段與下段的搭接位置的精度要求，滿足激光焊對成形制件的精度要求。(6）沖擊線問題及解決方案。沖擊線是成形過程中板料通過凸圓角向內(nèi)流入產(chǎn)生的痕跡，為保證成形制件表面質(zhì)量，避免多料翻邊產(chǎn)生的回彈及翻邊波浪等表面缺陷，工藝補(bǔ)充設(shè)計時盡量減少后工序翻邊整形量，拔模角與沖壓方向的夾角一般為3°左右，同時為保證修邊，此處拉深深度較深，成形過程中板料流入量較大，沖擊線易進(jìn)入A面。為避免沖擊線不進(jìn)入A面，工藝設(shè)計階段，此處的工藝補(bǔ)充需要增加一個二層臺階，目的是控制板料的流入，且臺階距離A面盡量等深，既確保沖擊線不進(jìn)入A面，又解決了因材料流動不均勻?qū)е翧面出現(xiàn)波浪的問題，提高成形制件的表面質(zhì)量。2.2模具結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵問題(1）精準(zhǔn)定位。行李箱外板上段形狀主要是V形，前、后方向靠形狀定位，當(dāng)修邊、沖孔后，左、右方向無法靠形狀定位，因此在修邊、沖孔工序設(shè)計三角定位孔，用于翻邊、側(cè)修邊的定位。從工序(3)到工序(4)沖壓方向需要旋轉(zhuǎn)46°，由于成形制件的自重，僅靠形狀定位無法實現(xiàn)，設(shè)計邊定位的同時，增加2個托料塊。(2）側(cè)整形工序受空間限制，不能采用推拉器，只能采用旋轉(zhuǎn)器。在工藝設(shè)計階段，考慮退料的同時還需要考慮模具零件強(qiáng)度，最薄位置厚度≥10mm。3新工藝優(yōu)缺點改進(jìn)后的成形工藝與傳統(tǒng)工藝相比的優(yōu)點：(1)翻邊工序采用正翻邊，模具結(jié)構(gòu)簡單，模具零件強(qiáng)度高，(2)壓料翻邊后采用側(cè)修邊，修邊產(chǎn)生的毛刺僅在成形制件內(nèi)表面，不影響激光焊搭接面，滿足成形制件精度要求，而傳統(tǒng)工藝為滿足精度要求，也可以增加精修，但是只能采用勾修，在制件輪廓表面會留有毛刺，需要人工打磨后方可使用。缺點：改進(jìn)后的成形工藝前、后工序存在轉(zhuǎn)角問題，對量產(chǎn)節(jié)拍有一定影響，且要求設(shè)備具有前、后工序轉(zhuǎn)角功能，而傳統(tǒng)工藝方案前、后工序不需要轉(zhuǎn)角。激光拼焊板是指將具有不同的厚度、材料性能或表面涂層的板料，采用焊接的方式拼焊在一起而組成一種新型復(fù)合材料，可以滿足零件不同部位對板料性能差異化的需求。采用激光拼焊板技術(shù)可以減少車身沖壓件的數(shù)量，簡化工裝設(shè)備及制造工藝，在不影響車身強(qiáng)度的前提下有效降低整車的制造成本、物流成本、整車質(zhì)量、焊點數(shù)量、油耗和廢品率等，同時提升車輛的碰撞能力、沖壓成形率、抗腐蝕能力及環(huán)保性。此外采用激光拼焊技術(shù)的車身設(shè)計，可以增強(qiáng)鉸鏈等裝配區(qū)域的整體剛性，降低整車的配合公差。隨著激光拼焊技術(shù)與沖壓工藝的發(fā)展，激光拼焊板在汽車覆蓋件生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。受限于企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及模具設(shè)計制造精度的制約，拼焊板沖壓成形過程中焊縫易出現(xiàn)開裂，嚴(yán)重降低制件成形質(zhì)量并增加企業(yè)制造成本，該問題已成為各模具制造企業(yè)及主機(jī)廠共同面臨的問題。因此需要對激光拼焊板成形開裂問題進(jìn)行分析并制定有效的整改措施。現(xiàn)以某車型前門內(nèi)板為載體，從板料材質(zhì)及成形過程焊縫兩側(cè)金屬流動的角度分析焊縫開裂的失效機(jī)理，在此基礎(chǔ)上提出調(diào)整局部進(jìn)料阻力以平衡焊縫兩側(cè)金屬流動的優(yōu)化方案，并進(jìn)行實際生產(chǎn)驗證，以期為激光拼焊板的應(yīng)用及汽車覆蓋件沖模的設(shè)計提供借鑒。總結(jié)：行李箱外板下段搭接邊采用壓料正翻邊、側(cè)整形、側(cè)修邊等工序成形，保證了成形制件尺寸精度及表面質(zhì)量，雖然前、后工序需要轉(zhuǎn)角，但是模具結(jié)構(gòu)簡單，能保證模具零件強(qiáng)度，同時避免勾修導(dǎo)致成形制件毛刺的問題。參考文獻(xiàn)[1]陳科.王冀軍.汽車覆蓋件弧線翻邊回彈原理及控制[J].模具工業(yè),2019,45(1):37-41.[2]張海洲.崔禮春.余冰定某側(cè)圍外板沖擊線的優(yōu)化方案[J]鍛壓技術(shù),2019,44(1):43-47.[3]李鳳仙.汽車覆蓋件沖擊線的CAE識別方法及解決對策[J].模具工業(yè),2016,42(1):6-8,13.[4]陳煒.楊繼昌.林忠欽.拼焊板在車身覆蓋件制造中的應(yīng)用[J]汽車工程，2003,25(1):82-87.[5]朱潛軍.汽車激光拼焊門內(nèi)板焊縫問題分析[J].