汽車車身新技術(shù)論文(2)
汽車車身新技術(shù)論文篇二
汽車車身鋼板加工新技術(shù)
摘要：本文介紹了現(xiàn)今常用的汽車車身鋼板加工技術(shù)，對(duì)其加工性能進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。同時(shí)針對(duì)加工技術(shù)總結(jié)了其技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和缺陷，為實(shí)際應(yīng)用提供一定的參考意見。
關(guān)鍵詞：車身鋼板;激光焊接技術(shù);加工性能
1前言
車身的制造需要同時(shí)考慮技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)周期等特定要求。產(chǎn)品品質(zhì)、制造周期和制造成本是衡量車身制造水平的主要指標(biāo)。在汽車制造企業(yè)中,最為核心的生產(chǎn)流水線是車身生產(chǎn)流水線。歷經(jīng)上百年的發(fā)展,通過長期的生產(chǎn)實(shí)踐積累,沖壓、焊接和涂裝等車身制造技術(shù)已基本成熟。國外汽車企業(yè)在車身設(shè)計(jì)制造方面廣泛采用最先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)進(jìn)行全新開發(fā)和超前開發(fā),使得創(chuàng)新車型越來越多，車身開發(fā)周期越來越短。輕量化設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)和綠色設(shè)計(jì)是車身設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，而智能化、精密化和敏捷化是車身制造技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。
2我國車身制造技術(shù)
我國汽車工業(yè)隨著多年發(fā)展已形成相當(dāng)規(guī)模,汽車車身生產(chǎn)制造水平也有了極大的提升,但與世界先進(jìn)水平相比還有很大的差距。國內(nèi)汽車車身覆蓋件沖壓工藝尸和沖壓件成型過程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)目前已經(jīng)開始推廣,但與國際先進(jìn)水平相比還存在明顯差距在我國僅有少數(shù)企業(yè)在成型過程模擬做了初步嘗試，還沒有進(jìn)行深入系統(tǒng)的開發(fā)而國內(nèi)開發(fā)的模具設(shè)計(jì)和成型過程模擬軟件的實(shí)用性較差。
在焊裝技術(shù)和涂料方面, 雖然有些企業(yè)也采用了一些當(dāng)今國際先進(jìn)水平的新設(shè)備,但總體僅相當(dāng)于歐美年前的水平。激光焊接等先進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備幾乎全部依靠進(jìn)口。涂裝技術(shù)與國際水平的差距在不斷縮小,但發(fā)展很不均衡。就涂裝質(zhì)量的保證而言,幾大轎車生產(chǎn)企業(yè)雖然已經(jīng)達(dá)到國際水平,但綜合比較仍有較大的差距,主要體現(xiàn)在清潔生產(chǎn)技術(shù)方面就汽車涂裝生產(chǎn)關(guān)鍵裝備技術(shù)而言,我國可能在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)主要依賴進(jìn)口。
我國汽車車身制造技術(shù)的差距主要表現(xiàn)為生產(chǎn)設(shè)備的落后,先進(jìn)的沖壓、焊接和涂裝工藝所需的關(guān)鍵設(shè)備基本上都依賴于進(jìn)口。而研發(fā)投入不足、研發(fā)人才缺乏等因素造成的汽車車身制造裝備自主開發(fā)能力薄弱是其主要原因。針對(duì)我國汽車車身制造技術(shù)方面存在的差距和問題,汽車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該采取"學(xué)習(xí)跟隨一吸收消化一局部超越"的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)策略,時(shí)刻跟隨前瞻性技術(shù)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài),掌握技術(shù)發(fā)展的主動(dòng)權(quán)[1]。
3激光焊接技術(shù)
車身激光拼焊工藝具有下列優(yōu)點(diǎn)：第一,減少了結(jié)構(gòu)件質(zhì)量及材料消耗;第二,減少了零件數(shù)量,特別減少了墊板及其他一些加強(qiáng)元件;第三,提高了車身尺寸精度,簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)件及裝配件的幾何形狀,使得可以對(duì)其制造公差進(jìn)行優(yōu)化;第四,提高了車身質(zhì)量穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)可靠性,因?yàn)檫@種車身能輕松地使車身在靜態(tài)負(fù)荷、沖擊負(fù)荷及變荷下保持強(qiáng)度均衡;第五,減少了連接密封處理工作量,因?yàn)閭鹘y(tǒng)搭疊焊接方式點(diǎn)焊及斷續(xù)焊已經(jīng)被拼焊所取代;第六,極大地提高了車身部件及整個(gè)車身的耐腐蝕能力;第七,在改善車身質(zhì)量的前提下,減少了裝配工作量,而且還減少了成型工具、沖壓機(jī)的工裝投資以及運(yùn)輸、儲(chǔ)存金屬材料的費(fèi)用。圖1所示為汽車車身中的各種激光拼焊板，焊接生產(chǎn)步驟[2]如下：
1. 第一步根據(jù)車身不同部位的性能要求,設(shè)計(jì)車身部件或拼板,以使車身各個(gè)主要截面區(qū)保持均衡的強(qiáng)度,合理地使用薄板材料的物理--化學(xué)性能,使焊縫位置適當(dāng)并使它在沖壓時(shí)受到的拉力最小,力求最經(jīng)濟(jì)裁料、以提高金屬材料的總使用率, 減少材料浪費(fèi)。
2. 第二步選擇拼板材料。
3. 第三步,把金屬板材或者金屬帶材裁剪成預(yù)定尺寸及形狀的板件。
4. 第四步,激光拼焊。
5. 第五步, 檢驗(yàn)拼焊板。
6. 第六步, 沖壓拼焊板, 制成汽車車身成品件。
4高強(qiáng)度鋼加工性能
汽車車身用高強(qiáng)度鋼及其他材料主要是通過沖壓成形、焊接組裝成車身。因此，高強(qiáng)度鋼的沖壓成形性、焊接性等加工性能也是評(píng)價(jià)汽車車身用高強(qiáng)度鋼的主要依據(jù)。在此，通過與普通低碳鋼(Mild Steel)對(duì)比，對(duì)強(qiáng)度較高、碳當(dāng)量較高的兩種具有代表性的汽車車身用高強(qiáng)度鋼板(780 MPa級(jí)DP鋼和980 MPa級(jí)TRIP鋼)的沖壓成形性、焊接性進(jìn)行分析與探討。
1. 高強(qiáng)度鋼板的沖壓成形性。成形極限被認(rèn)為是材料的成形性能指標(biāo)。圖2顯示了普通低碳鋼、780 MPa級(jí)DP鋼、980 MPa級(jí)TRIP鋼的成形極限曲線。
由圖2可見，與普通低碳鋼相比，兩種高強(qiáng)度鋼的成形極限相對(duì)較低，可其絕對(duì)值仍然較高。由于在實(shí)際運(yùn)用中，大部分成形復(fù)雜的拉伸件、脹形件一般采用IF鋼或BH鋼。所以這樣的成形極限足可保證其具有良好的成形性。因?yàn)槌邚?qiáng)度鋼(590 MPa級(jí)以上)的強(qiáng)度很高，導(dǎo)致出現(xiàn)沖壓成形后回彈較大、零件精度較低的問題。最近，針對(duì)超高強(qiáng)度鋼的復(fù)雜成形提出了溫間沖制工藝，即含碳量約0.25%的超高強(qiáng)度鋼板沖壓成形時(shí)，進(jìn)行900 ℃加熱，等材料完全奧氏體化后再?zèng)_壓成形，然后在沖模中冷卻、淬火使其產(chǎn)生馬氏體。利用溫間沖制工藝可獲得1 500 MPa以上強(qiáng)度的尺寸合格的零件。當(dāng)然，隨著1000 t以上超大型壓力機(jī)的使用，超高強(qiáng)度鋼的沖壓加工將會(huì)更加容易。
2. 高強(qiáng)度鋼板的焊接性[3]。電阻點(diǎn)焊是汽車車身焊裝的主要焊接方法，所以汽車車身用高強(qiáng)度鋼板的點(diǎn)焊性是其重要性能之一。圖3顯示了1.0 mm厚的普通低碳鋼、780 MPa級(jí)DP鋼、980 MPa級(jí)TRIP鋼的可焊范圍(Acceptable welding range)。
由圖3可見，兩種高強(qiáng)度鋼與普通低碳鋼一樣，其可焊范圍隨焊接時(shí)間的變化較小，但是當(dāng)焊接電流變化時(shí)其可焊范圍卻顯示出不一致性;兩種高強(qiáng)度鋼幾乎與普通低碳鋼一樣，當(dāng)焊接電流大于14.5 kA時(shí)，因電極的主要成分銅與鋼板發(fā)生冶金反應(yīng)而造成電極頭出現(xiàn)蝕坑、電極粘著(Pick-up)現(xiàn)象。根據(jù)焊接標(biāo)準(zhǔn)，可焊參數(shù)范圍的上限是點(diǎn)焊時(shí)發(fā)生飛濺(Expulsion)所使用的參數(shù)，下限則是獲得5t 1/2 mm(t 為鋼板厚度)的最小可接受溶核直徑(Nugget diameter)時(shí)的焊接參數(shù)。雖然780 MPa級(jí)DP鋼板和980 MPa級(jí)TRIP鋼板的可焊范圍上限(約8.6 kA)與普通低碳鋼的可焊范圍上限(約11 kA)相比較低;可是由于受材料的比熱、電阻率、熱傳導(dǎo)系數(shù)等物理性質(zhì)的影響，兩種高強(qiáng)度鋼在較低的焊接電流(約5.7 kA)下能獲得直徑5mm的最小可接受溶核，使其可焊范圍下限比普通低碳鋼的低。
5結(jié)論
正是由于激光焊接工藝及金屬加工技術(shù)的飛速發(fā)展,冶金公司同汽車制造商才一起找到了一條新的更有效降低汽車質(zhì)量的途徑。高強(qiáng)度鋼拼焊板及鋁拼焊板將是制造未來新型汽車超輕車身的基礎(chǔ)材料。由亞、歐、美個(gè)冶金公司共同參與、業(yè)已完成的國際超輕車身聯(lián)合開發(fā)項(xiàng)目已經(jīng)取得巨大成果,所開發(fā)的超輕車身的質(zhì)量比類似批量生產(chǎn)的車身輕,它所用的高強(qiáng)度鋼已經(jīng)超過,更重要的是,在這種車身上的結(jié)構(gòu)件是用拼焊板沖壓而成的。高強(qiáng)度鋼板的使用，既可以保證汽車車身整體強(qiáng)度、安全性，又可以減輕汽車自身質(zhì)量，節(jié)約能耗、降低排放并改善環(huán)境。目前，為了充分發(fā)揮材料的性能，根據(jù)零部件使用性能的要求，已研制出多種汽車車身用高強(qiáng)度鋼，并由此推動(dòng)新技術(shù)、新材料、新工藝和新產(chǎn)品的研發(fā)。
參考文獻(xiàn)：
[1]方海峰. 汽車車身制造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析 [J].制造技術(shù)與材料，2009，第28期：12-14.
[2]張少華. 激光焊接技術(shù)在汽車車身制造中的應(yīng)用 [J].汽車制造與裝備, 2005, 4: 59-62.
[3]李建軍, 邱然鋒. 汽車車身用高強(qiáng)度鋼及其加工性能的探討 [J]. 汽車工藝與材料, 2010, 第2期：49-52.
作者簡(jiǎn)介：丁磊，男，(1983-09)，工作單位：內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助理講師。
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