CN105033513B - 一种焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法，其特征在于包括如下步骤：将待加工的板材用夹具固定，按预设的参数调节焊接热源参数，利用焊接热源沿预定轨迹在板材表面进行堆焊，通过冶金反应改变材料局部特性，焊接完成后松开夹具；将焊后的板材送入冲压设备，将板材上的焊缝位置与相应模具和压头的位置对应放置，根据预设的工艺参数进行冲压成形，冲压结束后得到塑性成形结构件。本发明利用焊接热源对板材热作用的冶金反应，改变板材的局部性质，实现冲压精度的提高，从而提高结构件的成形精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种冲压成形技术，具体地说是一种焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法。
背景技术
目前，在汽车、飞行器、机床装备等工业产品生产中，薄板金属塑性成形(冲压成形、弯曲成形等)是重要的生产方法。以汽车制造为例，为了车体的美观设计，车身覆盖件拉延深度增大，很多产品会有筋线设计；同时为了提高车体安全性和降低重量，系列高强度钢材和轻质合金应用愈加普遍。这对复杂覆盖件的塑性成形带来了困难。
高强钢、高强铝合金、镁合金等材料由于硬度高或塑性较差等特点成形性较差。采用冷冲压时成形精度差，所需设备吨位大。热冲压技术通过加热板材提高塑性的方法增加精度并降低设备需求，然而长时间的加热和保温环节降低了生产效率。对此，国际上提出了系列局部加热的冲压技术，主要包括：
1)利用通电的方法加热冲压模具，使其对难成形的结构件局部温度升高增加成形性；2)利用火焰、激光、电磁等方法对板材局部加热后进行热冲压。
以上这些技术手段特点均是在冲压过程中利用提高板材温度的方法以增加精度和成形性。然而，这些技术却存在诸多实际应用难题：模具加热设备设计要求高，需要对加热的位置以及温度进行精确控制，整体工艺复杂度高，这限制了其在工业领域的应用范围。
一些较软的钢板、铝板同样存在复杂结构成形精度低的问题，流变行为难以控制，高回弹量大。对此，一些板材在轧制成形过程中通过轧辊的调节形成梯度硬度板材，以利于后期的塑性成形加工。然而，这类板材硬度可调节性差，实际复杂结构适应性低，限制了其工业应用范围。
发明内容
根据上述提出的薄板金属在塑性成形过程中对板材的温度控制、硬度调节等较难实施而导致的板材硬度差、成形性差的技术问题，而提供一种兼备高效率和高成形性的焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法。本发明主要通过焊接热源对板材热作用的冶金反应，即对焊缝部位进行处理，提高焊缝硬度，然后送入冲压设备进行塑性成形加工，从而得到成形精度较高的结构件。
本发明采用的技术手段如下：
一种焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、将待加工的板材用夹具固定，按预设的参数调节焊接热源参数，利用焊接热源沿预定轨迹在板材表面进行堆焊，通过焊接热源对板材热作用的冶金反应改变材料局部特性，即对焊缝部位进行热处理改变材料性质，焊接后焊缝温度可在较短时间内降低接近室温，焊接完成后松开夹具；
S2、将焊后的板材送入冲压设备，将板材上的焊缝位置与相应模具和压头的位置对应放置，根据预设的工艺参数进行冲压成形，冲压结束后得到塑性成形结构件。
进一步地，所述板材可选用钢材、铝合金、镁合金、钛合金和铜合金，但不局限于上述列举的几种金属。
进一步地，所述板材的厚度为0-5mm。
进一步地，所述焊接热源可选用电弧焊、等离子弧焊、激光焊、气焊等焊接方法。
进一步地，所述焊接热源参数包括电流、电压、焊枪高度、角度和移动速度等，具体参数根据实际情况而定。
进一步地，所述预定轨迹是指焊接前先在板材表面按照预设的焊接轨迹进行划线处理。
进一步地，对所述板材进行堆焊时，可采用带有视觉识别系统的机器人对划线处理部分进行自动化焊接。
本发明与现有技术相比具有以下区别点：
1)现有技术是使板材在冲压过程中保持较高的温度，从而降低塑性提高成形性，其冲压过程本质为热冲压或者温热冲压。本发明通过焊接热源对板材热作用的冶金反应改变材料局部特性，即对焊缝部位进行热处理改变材料性质，由于焊接热源能量集中、运动速度快，焊接后焊缝温度可在较短时间内降低接近室温，该塑性成形本质属于冷冲压。
2)现有技术均属通过升高金属温度，单方面的减小金属硬度、降低塑性提高成形性。本发明是可以通过不同焊接热源、焊接参数的调节对金属的硬度、塑性进行提高或降低，可以适用于不同冲压需求。例如当采用钨极氩弧焊时，高强钢在热影响的作用晶粒可以使粗大，焊后部位硬度下降；当采用激光焊接时，焊后晶粒细化，金属硬度增加。
3)现有技术是对板材进行整体加热，或者对板材局部区域的面加热；本发明根据工件结构进行设计，既可以对板材大面积的加热处理，也可以沿难变形轨迹进行复杂曲线的线加热改性，焊缝宽度最小可控制在1mm以下，适合于精密加工。
另外，本发明可形成机器人流水作业，前一个工位采用带有视觉识别系统的焊接机器人对规划路径进行焊接，随后搬运机器人将焊后板材输送至冲压工位，加工效率高。
本发明不仅适用于冲压，针对板材的折弯、管材的弯曲等工艺均具备可行性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明方法的工艺示意图。
图中：1、板材2、焊枪3、焊缝4、冲压设备5、塑性成形结构件。
具体实施方式
如图1所示，一种焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法，包括如下步骤：S1、将待加工的板材1用夹具固定，所述板材可选用厚度为0-5mm的钢材、铝合金、镁合金、钛合金和铜合金等金属，按预设的参数调节焊接热源参数(包括电流、电压、焊枪2高度、角度和移动速度等)，利用焊接热源沿预定轨迹在板材表面进行堆焊，通过焊接热源对板材1热作用的冶金反应改变材料局部特性，即对焊缝3部位进行热处理改变材料性质，焊接后焊缝3温度可在较短时间内降低接近室温，焊接完成后松开夹具，通过焊接冶金处理的方法使高强钢、铝合金、镁合金、钛合金等板材焊缝3部位性质发生改变：或者原有强化机制失效，发生软化、硬度降低；或者细化晶粒，焊缝硬度提高；所述焊接热源可选用电弧焊、等离子弧焊、激光焊和气焊等焊接方法，所述预定轨迹是指焊接前先在板材表面按照预设的焊接轨迹进行划线处理，即对拟成形结构件规划出难变形位置的轨迹；对所述板材进行堆焊时，可采用带有视觉识别系统的机器人对划线处理部分进行自动化焊接。
S2、将焊后的板材1送入冲压设备4，将板材1上的焊缝3位置与相应模具和压头的位置对应放置，根据预设的工艺参数进行冲压成形，冲压结束后得到塑性成形结构件5，通过以上焊接方法可以改变板材1局部的冲压变形能力，提高结构件的成形精度。
实施例1
采用本发明制备高强钢结构件，板材1厚度1mm，由于高强钢板硬度较高，因此变形边角部位难以成形，因此采用电弧焊接的方法使局部软化后再进行冲压，制备方法包括如下步骤：
S1、将待加工的板材1用夹具固定，在焊枪2行走机构中输入行走路径程序，并将焊枪2移动到焊接起始点位置；采用直流钨极氩弧焊的方法进行焊接，设置焊接参数如下：焊接电流60A，焊接电压10V，钨极高度2mm，焊枪垂直板材1表面；然后利用电弧焊沿预定轨迹在板材1表面进行堆焊，从而得到硬度低于板材1的焊缝3，焊接完成后松开夹具。
S2、将焊后的板材1送入冲压设备4，调整板材1位置，使焊缝3与相应模具和压头等位置对应放置，根据预设的冲压工艺参数进行冲压加工，冲压结束后得到塑性成形结构件5。
实施例2
采用本发明制备退火状态铝合金结构件，板材1厚度0.5mm，由于该铝合金板硬度较低，因此变形部位容易回弹，因此采用激光焊接的方法使局部硬化后再进行冲压，制备方法包括如下步骤：
S1、将待加工的板材1用夹具固定，在焊枪2行走机构中输入行走路径程序，并将焊枪2移动到焊接起始点位置；采用激光的方法进行焊接，设置焊接参数如下：激光功率1200W，离焦量-1mm，激光束垂直板材1表面；然后利用激光焊沿预定轨迹在板材1表面进行堆焊，从而得到硬度高于板材1的焊缝3，焊接完成后松开夹具。
S2、将焊后的板材1送入冲压设备4，调整板材1位置，使焊缝3与相应模具和压头等位置对应放置，根据预设的冲压工艺参数进行冲压加工，冲压结束后得到塑性成形结构件5。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、将待加工的板材用夹具固定，按预设的参数调节焊接热源参数，利用焊接热源沿预定轨迹在板材表面进行堆焊，通过焊接热源对板材热作用的冶金反应改变材料局部特性，使得板材的原有强化机制失效，发生软化、硬度降低；或者细化晶粒，焊缝硬度提高；焊接完成后松开夹具；
S2、将焊后的板材送入冲压设备，将板材上的焊缝位置与相应模具和压头的位置对应放置，根据预设的工艺参数进行冲压成形，冲压结束后得到塑性成形结构件。
2.根据权利要求1所述的焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法，其特征在于：所述板材可选用钢材、铝合金、镁合金、钛合金和铜合金。
3.根据权利要求2所述的焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法，其特征在于：所述板材的厚度为0-5mm。
4.根据权利要求1所述的焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法，其特征在于：所述焊接热源可选用电弧焊、等离子弧焊、激光焊和气焊。
5.根据权利要求4所述的焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法，其特征在于：所述焊接热源参数包括电流、电压、焊枪高度、角度和移动速度。
6.根据权利要求1所述的焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法，其特征在于：所述预定轨迹是指焊接前先在板材表面按照预设的焊接轨迹进行划线处理。
7.根据权利要求6所述的焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法，其特征在于：对所述板材进行堆焊时，可采用带有视觉识别系统的机器人对划线处理部分进行自动化焊接。
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