中型車側圍內(nèi)板拼焊位置的確定及其對成本的影響

圖5為中型卡車駕駛室側圍示意圖，分別由料厚0.75mm的側圍角板和料厚1.6mm的側圍內(nèi)板組成，分界線為圖示的彎延曲線。最初工藝為兩個零件分別成形再焊接成整體。按該方案相應的沖壓排樣及材料利用效果如圖6所示?？梢钥闯鲈摲桨傅娜秉c是材料利用率極低，分別為36.2%和43.9%，同時零件生產(chǎn)工藝性也較差?？紤]到兩件的裝配關系，初步判斷如采用拼焊方式生產(chǎn)將有效改善產(chǎn)品工藝性和降低成本。

圖5 中型卡車駕駛室側圍

圖6 分件生產(chǎn)排樣及材料利用效果

1.焊縫位置的選擇

激光拼焊產(chǎn)品的設計意圖能否通過工藝得到最好的實現(xiàn)，其關鍵的環(huán)節(jié)就在于拼焊焊縫的位置選擇是否成功。焊縫位置的設定不僅要考慮產(chǎn)品功能和結構的需要，還要從沖壓工藝性的要求、成本的要求等方面綜合考慮，三者有機結合才會得到最優(yōu)的設計結構和整車質(zhì)量。

依據(jù)拉延理論和拼焊成形技術的研究成果等要求，可以得到以下選擇焊縫位置的基本原則：

1）焊縫的選擇首先要滿足產(chǎn)品結構和功能的要求。

（2）焊縫為直線，且最好保證在完成工藝排樣后為方形板料拼焊。

（3）焊縫應避免穿越產(chǎn)生拉延效果很大的區(qū)域，特別要防止焊縫平行穿越成形#p#分頁標題#e#R區(qū)域。

（4）由于不同料厚的沖裁間隙差異，要盡可能避免焊縫穿越小孔沖裁位置。

以圖5所示的側圍為例，產(chǎn)品最初設計結構為彎曲的折線。以該曲線為焊縫是拼焊技術目前所不能滿足的，同時該曲線在圖示A/B部位會由于拉延時焊縫的移動造成小孔處可能出現(xiàn)0.75mm、1.6mm兩種料厚，這容易導致小孔沖頭的彎曲或折斷，因而需要重新選擇焊縫位置。

按照焊縫設定原則（1）和（2）的要求首選的焊縫位置如圖5紅粗線所示。該焊縫的主要缺點在于拉延時焊縫向厚料移動仍會使A孔出現(xiàn)不同料厚，同時由于A處凸包起伏形狀較大，可能出現(xiàn)拉延開裂。結合圖5中A、C兩孔的位置關系將拼焊線調(diào)整至圖7所示位置，基本滿足了相關各項要求。

圖7 基本滿足相關要求的焊縫位置

2.成本因素對焊縫位置的影響

圖8所示為東風某車型側圍，初步設計階段的拼焊線如紅線所示。針對該方案的#p#分頁標題#e#CAE分析結果為焊縫沿線嚴重開裂（圖9）。其主要原因在于圖示A處靠近R角，變形劇烈。

圖8 某車型側圍及其拼焊線

圖9 初定焊縫位置CAE結果

考慮該件的造型特點，完全滿足工藝性的焊縫線如圖8藍線所示，CAE效果良好。對比圖8的兩條焊縫線可以看出，完全滿足工藝性的方案1.6mm厚料區(qū)明顯加大，因而零件重量加大、材料消耗也明顯增加，所以該方案也不是最佳的結果。

能否類比圖7的方式按圖10設定拼焊線呢？若按照該方案實施，將最大限度符合產(chǎn)品要求并大大減少厚料區(qū)域，從而降低產(chǎn)品成本。

工藝分析圖10方案最大的風險是臺階和斜面區(qū)域可能出現(xiàn)焊縫區(qū)開裂（CAE分析也印證了這一結果），需要對該區(qū)做相應設計更改。產(chǎn)品設計部門依據(jù)分析對相應區(qū)域做了斜面變緩和過渡處理，圖11所示為經(jīng)過產(chǎn)品優(yōu)化后滿足產(chǎn)品、工藝、成本諸因素的CAE分析結果。#p#分頁標題#e#

圖10 類比設定的拼焊線

圖11 優(yōu)化產(chǎn)品設計后滿足工藝及成本的CAE結果

結語

激光拼焊板作為一種新的工藝手段，給車身制造帶來新的產(chǎn)品解決方案，并給質(zhì)量提高和成本降低帶來了新的機遇。同時由于其工藝實施的特殊性，需要產(chǎn)品設計、沖壓工藝和模具制造等相關人員更為密切的配合，才能最終制造出既滿足結構和性能要求、工藝合理穩(wěn)定、成本最低的合格產(chǎn)品。