傳統(tǒng)工藝中汽車(chē)車(chē)身零件有兩種成形方法：分離成形和整體成形。分離成形方法是將大型零件分成小型單個(gè)件分別成形，然后焊接成部件，其優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)各部位的要求選擇不同材質(zhì)、不同厚度的材料；缺點(diǎn)是需要更多的工裝模具和設(shè)備的投入，制造成本較高，同時(shí)焊接總成的配合精度和整車(chē)質(zhì)量也有所下降。整體成形法是用整體板料直接成形大型零件。主要的優(yōu)點(diǎn)是工裝模具和設(shè)備的投入大大減少，制造成本相對(duì)較低，產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高；缺點(diǎn)是必須對(duì)零件所有部位采用相同材質(zhì)和相同厚度的材料，難以很好的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的需要。

激光拼焊板技術(shù)

激光拼焊板技術(shù)是基于成熟的激光焊接技術(shù)發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代加工工藝技術(shù)，是通過(guò)高能量的激光將幾塊不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層的鋼材焊接成一塊整體板再?zèng)_壓生產(chǎn)，以滿足零部件不同部位對(duì)材料不同性能的要求。拼焊板工藝的出現(xiàn)解決了由傳統(tǒng)單一厚度材料所不能滿足的超寬板及零件不同部位具有不同工藝性能要求的工藝問(wèn)題。圖1為分別成形、整體成形和激光拼焊成形生產(chǎn)轎車(chē)側(cè)圍外板的示意圖。

圖1 轎車(chē)側(cè)圍外板成形方法比較

激光拼焊板的優(yōu)勢(shì)

采用激光拼焊板有著巨大的優(yōu)勢(shì)，可以給汽車(chē)制造業(yè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，主要體現(xiàn)在：使整車(chē)零件數(shù)量大大減少，簡(jiǎn)化了點(diǎn)焊工藝，提高了車(chē)身尺寸精度減少了質(zhì)量問(wèn)題，材料厚度的可變性保證了對(duì)重要位置的強(qiáng)化等方面。

圖2所示為東風(fēng)中型車(chē)駕駛室整體頂蓋采用激光拼焊板成功進(jìn)行生產(chǎn)的實(shí)例，圖3所示為東風(fēng)重型車(chē)分離成形后焊接的頂蓋總成示意圖。拼焊整體沖壓比分件沖壓取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益：模具投資由原先的490萬(wàn)元減少到360萬(wàn)元；減少了設(shè)備占用面積和操作人員數(shù)量；零件重量由于搭接面的減少而降低了0.55kg，材料利用率達(dá)到了相對(duì)最高的76.8%，材料消耗減少了5.33kg/輛。

圖2 中型車(chē)一排半駕駛室整體頂蓋#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

圖3 重型車(chē)標(biāo)車(chē)前后頂總成

激光拼焊板的沖壓成形工藝性

拼焊板使用的技術(shù)問(wèn)題，最主要的是由焊縫區(qū)組織變化所造成的成形性能下降和焊縫移動(dòng)等因素引起的工裝制造難題。

1.拼焊板的沖壓成形性能

對(duì)拼焊板成形性能的研究表明：

（1）激光焊接后的焊接接頭部位強(qiáng)度比母材部分有一定程度的提高，厚度比率的變化對(duì)強(qiáng)度的影響沒(méi)有材料等級(jí)比率變化影響大，不同等級(jí)材料的焊接接頭強(qiáng)度主要取決于低強(qiáng)度等級(jí)的材料。

（2）焊接接頭部位成形性能比母材有一定程度的降低，隨拼焊厚度差異和強(qiáng)度差異的增加，成形性能降低。

（3）對(duì)于不等厚拼焊板，拉伸方向與焊縫方向相同時(shí)，拼焊板塑性變形能力明顯降低，薄側(cè)比例越小則降低越多。

（4）拼焊板的拉伸破壞方式一般有兩種：一是當(dāng)焊縫與拉伸方向一致時(shí)，由于焊縫的塑性比母材低，焊縫部位往往被拉斷；二是當(dāng)焊縫與拉伸方向垂直時(shí)，薄側(cè)母材容易產(chǎn)生過(guò)量減薄而拉裂。

此外，拼焊板在實(shí)際使用中不僅要關(guān)注其成形性能，還要考慮到其不同的料厚差異對(duì)后續(xù)工序的影響，如料厚差異較大或者性能差異較大的焊縫線應(yīng)避免穿過(guò)小孔沖壓位置（易導(dǎo)致小孔折彎或斷裂）等。

2.拼焊板的焊縫移動(dòng)及其工藝對(duì)策

焊縫移動(dòng)是拼焊板區(qū)別于普通整板生產(chǎn)的根本因素，也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝分析是否成功的根本。根據(jù)拉延工藝?yán)碚摵拖嚓P(guān)的實(shí)驗(yàn)論證可以得出以下結(jié)論：焊縫移動(dòng)方向和移動(dòng)距離主要取決于焊縫兩側(cè)材料強(qiáng)度比、焊縫位置以及拉伸壓邊力分布等。

由于焊縫移動(dòng)量只能減小而不能消除，這就需要在焊縫處不等厚模面?zhèn)纫欢ǚ秶鷥?nèi)設(shè)定料厚空開(kāi)面?？臻_(kāi)面向料薄一側(cè)空開(kāi)，壓料面區(qū)域空開(kāi)相應(yīng)較大，凹模凸模對(duì)應(yīng)處相應(yīng)較小。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

采用夾緊裝置可以明顯改善焊縫移動(dòng)程度，使得焊縫移動(dòng)量減少72.6%～84.9%。實(shí)際的車(chē)身覆蓋件設(shè)計(jì)中，也可以在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可能的情況下，在靠近焊縫處設(shè)計(jì)合理的加強(qiáng)筋等結(jié)構(gòu)，通過(guò)模具結(jié)構(gòu)先成形焊縫部位從而控制焊縫的移動(dòng)。

除采取必要的工藝措施控制和減少焊縫移動(dòng)之外，還應(yīng)該在焊縫移動(dòng)區(qū)對(duì)模具結(jié)構(gòu)采用合金鑲塊等措施控制型面的磨損和拉毛。

3.焊縫移動(dòng)的CAE分析

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)能夠應(yīng)用CAE手段對(duì)拼焊板的焊縫移動(dòng)規(guī)律進(jìn)行更為準(zhǔn)確的分析，這為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了合理的依據(jù)，也為制造工藝的合理化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。圖4為中型車(chē)側(cè)圍內(nèi)板拼焊生產(chǎn)的CAE分析結(jié)果，它清晰的反映了各部位的焊縫移動(dòng)量及整體拉延狀況等。

圖4 拼焊板整體沖壓CAE分析結(jié)果