汽车车身覆盖件的冲压方法及压成形

汽车车身覆盖件具有尺寸大、形状复杂、多为空间曲面的特点，因此一个覆盖件的拉延成形往往由多个简单成形单元(检拉单元、检压单元、母压单元等)组成。传统上常用两种方式冲压覆盖件：分离成形和整体成形。分离成形方法是将多个简单单元分别进行冲压然后焊接在一起形成一个复杂的目标零件。它的主要优点是对每一个单元而言增加了板料选择的灵活性(板料等级、镀层类型、板料厚度……。但是，分离成形方法增加了冲压和模具成本(需要   多数量的模具和压机)、装配成本(需要焊接单个零件)、零件形状要求(零件装配所需形状)和车身质量(焊接零件所需搭接边缘)。

整体成形方法是使用一张同样等级、镀层和厚度的板料一次同时成形多个简单单元。主要优点是可以减少模具和压机数量、降低装配成本、多个单元装配所需形状配合问题。它的主要缺点是必将从原来简单单元所用板料中选择具有厚度和成形性能的板材，造成某些单元的选材过度并导致车身质量和成本的增加，增加了成形的难度。应用拼焊板来冲压车身覆盖件能兼有分离成形方法和整体成形方法的优点，同时又能克服两者缺陷的新的冲压方法。

拼焊板是将两块或两块以上具有不同机械性能、镀层和厚度的板料焊接在一起所的具有理想强度和刚度的轻型板料。拼焊板焊接方式主要有激光焊、滚压电阻缝焊、电子束焊接、感应焊、等离子焊和气体保护钨极弧焊等等。其中激光焊适用于钢板和铝板，滚压电阻缝焊适用于钢板，而气体保护钨极弧焊适用于铝板。

拼焊板除了成形性能下降以外，具有许多优点：减少车身覆盖件零件数量；省去加强板而简化车辆整体结构；减少工模具数量和工序，简化车身制造过程；减少点焊量；降低车身质量；提高部件和子装配精度，增加车身的刚度；减少废料产生并可利用废料，提高板料利用率；降低成本，缩短设计和周期；将不同性能、镀层和厚度的板料裁剪在一起，提高覆盖件设计的灵活性。拼焊板的优点已在通用汽车公司凯迪拉克轿车和沃尔沃850车型上了体现。1998年3月，在日内瓦汽车展览会上展出的超轻型车身(ULSAB)，使用了18张拼焊板—相当于当前普通车型使用量的四倍，与当前普通四门中型轿车相比，车身质量降低了25%，抗扭刚度提高了65%，振动特性35%，并且增加了弯曲刚度。4拼焊板的冲压成形性研究4.1拼焊板成形性研究概况拼焊板的使用尽管带来了诸多好处，但也出现了许多技术上难以解决的问题，其中   主要的是由焊缝区组织变化和焊缝移动等因素所造成的成形性能下降。拼焊板的成形   应变与母材相比下降50%以上。德国的斯图加学为了评价拼焊板的成形性能进行了一系列的基础实验研究，并在此基础上设计了一套适用于拼焊板成形的分段模具结构。通用汽车公司、丰田研究中心和实验室、俄亥俄州立大学工程研究中心亦利用一些实验手段，如单向拉伸实验、液压深拉延成形实验等对拼焊板的机械特性和冲压特性进行了研究，并对拼焊板在车身零件中的实际应用进行了实验分析。用100mm半球形拱顶拉伸试验和单向拉伸试验来评价拼焊板的成形性能，认为拼焊板成形性能主要受4种焊接参数影响：板材厚度差、保护气体、焊缝位置和板材表面质量。采用标准尺寸试件和小尺寸试件进行试验，研究了实现拼焊板成形的多种技术，发现焊缝移动距离主要取决于焊缝两侧材料强度比和焊缝位置，与焊缝方式和焊缝宽度关系不大。拼焊板的成形性能主要取决于焊缝移动距离、焊缝移动影响变形方式、应变和破坏位置。焊缝移动主要取决于母材性能和边界约束力，通过减除作用于母材上的力而计算得出作用于焊缝上的力。

拼焊板焊缝移动控制研究

由于焊缝移动是影响拼焊板冲压成形性的重要原因，主要从改变拉延筋、调整压边力、应用焊缝夹紧装置等方面来控制焊缝移动量。

1、应用拉延筋来控制焊缝移动针对钢板使用不同的厚度组合(0.8/1.2mm和0.8/1.6mm、不同的焊缝距工件中心距离(0，12和24mm)来研究拉延筋对焊缝移动量的控制。对于板厚0.8/1.2mm、焊缝距离工件中心12mm时的拼焊板冲压成形，焊缝移动距离在有筋时为1.2mm，无筋时为2mm。这说明布置合理的拉延筋对减少焊缝移动量是的。另外他们还研究了拉延筋截面尺寸对焊缝移动的影响。

2、改变压边力来控制焊缝移动改变压边力的形式有三种：采用带台阶面的刚性压边圈、可变形的压边圈和组合式压边圈。针对不同厚度的拼焊板，采用带台阶面压边圈可以较好地控制不等厚拼焊板的焊缝移动量，满足成形需要(否则薄侧板料未压紧势必产生起皱)。焊缝移动量只能减小而不能，所以需要设置一个合理宽度的移动空隙，来满足厚侧板料不会由于向薄侧移动受阻而使薄侧板料拉裂。由于焊缝移动的存在，当焊缝向薄侧板料移动时，会造成薄侧板料撕裂；而当焊缝向厚侧板料移动时，会造成薄侧板料起皱。

3、通过焊缝液压夹紧装置来控制焊缝移动采用液压夹紧装置对拼焊板的焊缝移动进行控制。实验结果表明该方法可以明显焊缝移动程度.使得焊缝移动量减少72.6%84.9%。这种方法允许焊缝处于冲压件曲率的任何位置，不必局限于凸模的顶点。