CN107878372A - 一种乘用车的后保险杠及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种乘用车的后保险杠及其制造方法，所述后保险杠为型材，截面形状为一个日字形结构，包括外围矩形材料和中部加强筋，其为一钢板由两端向一侧多次弯折、焊接而成；且，所述型材纵向弯曲。本发明采用辊压型材结合在线双激光焊接工艺，保证产品结构的完整性和稳固性；后保险杠辊压型材因质量好，工艺合理，一件替代原有多件结构，实现轻量化和功能化的集成。

Description

一种乘用车的后保险杠及其制造方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件生产，特别涉及一种乘用车的后保险杠及其制造方法。

背景技术

一直以来，传统乘用车的后保险杠所用的型材结构基本都是通过点式焊接或高频焊接而成，这主要是因为传统辊压型材成形和焊接工艺水平的限制，也因为乘用车的后保险杠属安全件，其力学性能是其关键因素，对操作工时和零件重量并不敏感。而该类点焊型材由于生产技术门槛低，采购方便且价格便宜，故对成本控制有一定好处。

近年来，随着国家节能减排政策的不断推行，车辆轻量化法规愈发严苛，传统的点焊钢型材已经不再适应于乘用车的轻量化要求和成本控制要求，这就促进采用高强钢甚至超高强钢作为其产品的原材料，再通过结构优化设计制造，以达到材料轻量化和结构轻量化的双重效果。

另外，随着国民经济的发展，我国的劳动成本也逐年提升，传统的劳动密集型产业正被先进的自动化集成生产替代。而国内乘用车近几年来正全速与国际同行业接轨竞争，为达到减轻车身重量、降低劳动成本、提高产品质量和稳定性的目的，乘用车身对能将结构件与功能件相结合为一体的轻量化精密异型材的呼声越来越高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种乘用车的后保险杠及其制造方法，采用辊压型材结合在线双激光焊接工艺，保证产品结构的完整性和稳固性；特别是，所述后保险杠辊压型材由一件替代原有多件结构，实现轻量化和功能化的集成。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种乘用车的后保险杠，其为型材，其截面形状为一个日字形结构，包括外围矩形材料和中部加强筋，其为一钢板由两端向一侧多次弯折、焊接而成；且，所述型材纵向弯曲。

优选的，所述日字形结构为钢板由一侧多次弯折形成口字形结构，另一侧多次弯折并与口字形结构焊接形成闭合型日字结构截面。

本发明所述的乘用车的后保险杠的制造方法，其包括如下步骤：

1)按照后保险杠辊压型材的厚度选择带钢的厚度，按照后保险杠辊压型材的横截面展开长度选择带钢的宽度；

2)矫平，对带钢进行矫平，消除带钢残余应力，提高带钢平整度；

3)冲孔，按照后保险杠成品所需的各类孔，矫平后的带钢经导辊导向进入冲床的冲孔区域由冲头在带钢的不同位置进行冲孔；

4)前道序粗轧，采用上、下成对的变形轧辊，辅以立辊和斜插辊，通过多道次辊压成形，将带钢横截面成形为“C”字形，直至“6”字形结构；道次间辅以左、右成对的立辊作为过渡辊；

5)第一道激光焊接，通过CO₂激光焊接，配合挤压轧辊和辅助工装，将“日”字形型材中部加强筋与外围矩形材料焊接；

6)后道序粗轧，采用上、下成对的变形轧辊，辅以立辊和斜插辊，通过多道次辊压成形，将带钢横截面成形为“日”字形；道次间辅以左、右成对的立辊作为过渡辊；

7)第二道激光焊接，通过CO₂激光焊接，配合挤压轧辊，将“日”字形型材外围矩形材料焊接，闭合型材截面；

8)精整，对激光焊接后的后保险杠辊压型材进行精整，通过辊弯设备和模具，将后保险杠辊压型材纵向弯曲成形，最终与产品纵向设计要求相等。

优选的，步骤2)矫平采用21辊精密矫平工序，对带钢进行矫平，在21道次上下错位的轧辊作用下，带钢产生波浪式上下反复弯曲，进行矫平。相比于传统5辊或7辊的矫平工序，21辊精密矫平能够几乎完全消除带钢的残余应力，而残余应力是造成大多数辊压成形缺陷的根本原因，所以21辊精密矫平工序是精密辊压成形得以实现的基础。

本发明所述后保险杠辊压型材产品截面形状近似为一个“日”字形结构，通过双激光焊接将产品中部的加强筋与外围矩形材料结合，增加产品的强度和刚度，从而满足在保证本产品的结构强度和安装功能的前提下，进一步减薄降重，降本增效。

本发明有益效果是：

传统乘用车的后保险杠辊压型材，例如本发明产品所替代的原有零件结构，采用DP780或DP980级别的钢材原料，在辊压成形后，通过点式焊接或高频焊接而成，原规格为120*68*2.0*1169mm的方矩形管，现采用本发明产品后，其效果如下：

1、材料轻量化，本发明产品采用DP1180级别材料，实现产品厚度由2.0mm降低至1.4mm的减薄降重效果，同时应用首创的辊压+在线激光焊接工艺，实现DP1180级别材料的闭口型材产品的连续生产。

2、结构轻量化，本发明产品截面结构为“日”字形，中部的加强筋使产品在强度和刚度不降低的情况下实现进一步减薄降重，但是传统辊压行业都是采用高频焊接，只能进行边部拼焊，如图13所示，无法实现本发明产品截面所需的叠焊和角部焊，如图14、图15所示，所以本发明采用独创的精密辊压+双激光焊接工艺，克服生产复杂辊压闭口型材产品在焊接上的困难，满足本产品的可制造性。

3、质量稳定，传统工艺要实现相似的“日”字形结构，需要采用两个方矩管进行离线人工焊接，生产效率低、产品精度低、品质不稳定、外观质量差，同时本发明产品为保险杠，属于安装件，需要通过螺栓安装在车身后端，以保护车身及乘客人身安全，传统辊压工艺的安装孔需离线成形，精度和效率都较低。结构优化后产品多件合一，精简工序，能够实现全自动在线生产，生产效率高、安装精度高，外观效果好。

4、降本增效，本发明产品通过在线集成工艺，以辊压工序作为平台，将矫平、预冲孔、冲压、辊压、双激光焊接和精定尺集成在一条生产线进行自动化生产，降低人工费用，实现降本增效的效果。

综上，本发明产品零件原重5.90Kg/m，结构优化后总重4.82Kg/m，减重18％，达到优秀的轻量化效果。

本发明制造后保险杠辊压型材选用一种截面轻型薄壁钢材，也称为钢制辊压型材或辊压型材。它是以热轧或冷轧带钢为坯料经连续弯曲成型制成的截面形状为“日”字形尺寸的型钢，本发明工艺具有以下优点：

本发明工艺，在轧制变形之前，采用在线21辊精密矫平工序，消除带钢中残余应力，避免因产品截面的复杂性引起的缺陷，确保本产品的尺寸精度；

轧制变形过程中，型心逐步上移，保证底部圆弧成形过程中始终保持在一条水平线上，确保产品的尺寸精度和力学性能；

在粗轧阶段与精轧阶段之间，采用在线双激光焊接工艺，在产品成形过程中将两处焊缝分别焊接，保证产品结构的完整性和稳固性；

本发明通过在线集成工艺，以辊压工序作为平台，将矫平、冲孔、冲压、辊压、双激光焊接和精定尺集成在一条生产线，实现降本增效的效果；

本发明制成的后保险杠辊压型材因质量好，工艺合理，一件替代原有多件结构，实现轻量化和功能化的集成。

附图说明

图1为本发明后保险杠辊压型材的立体图；

图2为本发明后保险杠辊压型材的断面图；

图3～图12为本发明后保险杠辊压变形过程的示意图。

图13为与传统辊压工艺配合的焊接方法示意图。

图14、图15为本发明辊压工艺配合的焊接方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进一步详述。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。对于公知的组件、方法及过程，以下不再详细描述。

参见图1、图2，本发明提供的一种乘用车的后保险杠，其为型材，其截面形状为一个日字形结构，包括外围矩形材料1和中部加强筋2，其为一钢板由两端向一侧多次弯折、焊接而成；且，所述型材纵向弯曲。

进一步，所述日字形结构为钢板由一侧多次弯折形成口字形结构，另一侧多次弯折并与口字形结构焊接形成闭合型日字结构截面。

其中，外围矩形材料1主要作为承载件和装配件，起到保护乘客和连接车身的作用；中部加强筋2为承载件，主要用于增加产品的刚度和强度。所述外围矩形材料1和中部加强筋2由一带钢一体成型，其中，中部加强筋2经过两道在线激光焊接与外围矩形材料1进行焊接。

本发明所述保险杠辊压型材的制造工艺，包括如下步骤：

1)带钢选择阶段：按照后保险杠辊压型材的厚度选择带钢的厚度，按照后保险杠辊压型材的横截面展开长度选择带钢的宽度阶段；

本发明实施例的后保险杠辊压型材成品是：厚度＝1.4mm；圆弧半径＝6.4mm；后保险杠辊压型材总宽＝120mm，总高＝68mm；采用带钢规格为：1.4*436.5mm；材质为HC820/1180DP超高强钢，进行纵剪；

2)矫平，通过在线21辊精密矫平机，对带钢进行矫平，消除带钢参与应力，提高带钢平整度，避免辊压成形后产生扭曲、拱形等缺陷；具体操作为：带钢由开卷阶段展开后插入矫平机入口，并完成自动工装加持，随后在21道次上下错位的轧辊作用下，带钢产生波浪式上下反复弯曲，进行矫平；

3)通过在线CNC数控预冲孔，在带钢上成形产品所需的各类孔和切边，保证孔和切边的尺寸精度和位置度；经矫平后的带钢由CNC数控冲床入口，经导辊导向进入冲床的冲孔区域，由预设的特定冲头在计算机程序的控制下，在带钢的不同位置进行冲孔；

4)后保险杠辊压型材前道序粗轧：辊压变形过程共分为34道次，其中前道序粗轧阶段为第1道次至第22道次，前道序粗轧阶段中主要采用上、下成对的变形轧辊，并在部分道次中辅以立辊和斜插辊，并在道次间辅以6组左、右成对的立辊作为过渡辊，将带钢轧制为后保险杠辊压型材前道序截面的粗轧阶段；如图3所示；

5)通过辊压成形第1道次至第15道次，将带钢横截面成形为“C”字形(如图7所示)；

6)通过辊压成形第16道次至第22道次，将带钢横截面成形为“6”字形(如图9所示)；

7)第一道激光焊接：通过在线CO₂激光焊接工艺，配合第23道次的1组挤压轧辊和相关辅助工装，将“日”字形型材中部加强筋与外围矩形材料焊接；激光焊接位置如图9的A点位置；

8)后保险杠辊压型材后道序粗轧阶段：后道序粗轧阶段为第24道次至第30道次，后道序粗轧阶段中主要采用上、下成对的变形轧辊，并在部分道次中辅以立辊和斜插辊，并在道次间辅以3组左、右成对的立辊作为过渡辊，将后保险杠辊压型材前道序截面为后保险杠辊压型材后道序截面的粗轧阶段；通过辊压成形第24道次至第30道次，将带钢横截面成形为“日”字形(如图12所示)；

9)第二道激光焊接：通过在线CO₂激光焊接工艺，配合第31道次的3组挤压轧辊，将“日”字形型材外围矩形材料焊接，闭合型材截面；激光焊接位置如图12的B点位置：

10)后保险杠辊压型材精整：精整阶段为第32道次至第34道次，是对粗轧成形和激光焊接后的后保险杠辊压型材进行精整，使其达到各项精度要求；

第32道次、第33道次采用四辊分离式矫直头，以确保直边的平面度和直线度，以达到产品规定要求：

第34道次采用土耳其头矫直机，调整后保险杠辊压型材的扭曲度，以达到产品规定要求；

11)后保险杠辊压型材纵向辊压弯曲阶段：通过CNC数控三辊弯设备和模具，将后保险杠辊压型材纵向弯曲成形，最终与产品纵向设计要求相等(如图1所示)。

轧制变形过程每一阶段圆弧段逐步成形，即在第1道次至第34道次变形全部过程中，每一道次的轧辊圆弧半径R值由大变小，最终与产品截面设计要求相等。

产品型心在成形过程中逐步上升，在轧辊变形过程中，采用的是底线成型，即控制底平面高度不变，型心逐步上升。

Claims (4)

1.一种乘用车的后保险杠，其特征在于，所述后保险杠为型材，其截面形状为一个日字形结构，包括外围矩形材料和中部加强筋，其为一钢板由两端向一侧多次弯折、焊接而成；且，所述型材纵向弯曲。

2.如权利要求1所述的乘用车的后保险杠，其特征在于，所述日字形结构为钢板由一侧多次弯折形成口字形结构，另一侧多次弯折并与口字形结构焊接形成闭合型日字结构截面。

3.如权利要求1或2所述的乘用车的后保险杠的制造方法，其特征是，包括如下步骤：

1)按照后保险杠型材的厚度选择带钢的厚度，按照后保险杠型材的横截面展开长度选择带钢的宽度；

2)对带钢进行矫平，消除带钢残余应力，提高带钢平整度；

3)冲孔，按照后保险杠成品所需的各类孔，矫平后的带钢经导辊导向进入冲床的冲孔区域由冲头在带钢的不同位置进行冲孔；

4)前道序粗轧，采用上、下成对的变形轧辊，辅以立辊和斜插辊，通过多道次辊压成形，将带钢横截面成形为“C”字形，直至“6”字形结构；道次间辅以左、右成对的立辊作为过渡辊；

5)第一道激光焊接，通过CO₂激光焊接，配合挤压轧辊和辅助工装，将“日”字形型材中部加强筋与外围矩形材料焊接；

6)后道序粗轧，采用上、下成对的变形轧辊，辅以立辊和斜插辊，通过多道次辊压成形，将带钢横截面成形为“日”字形；道次间辅以左、右成对的立辊作为过渡辊；

7)第二道激光焊接，通过CO₂激光焊接，配合挤压轧辊，将“日”字形型材外围矩形材料焊接，闭合型材截面；

8)精整，对激光焊接后的后保险杠辊压型材进行精整，通过辊弯设备和模具，将后保险杠辊压型材纵向弯曲成形，最终与产品纵向设计要求相等。

4.如权利要求3所述的乘用车的后保险杠的制造方法，其特征是，步骤2)矫平采用21辊精密矫平工序，对带钢进行矫平，在21道次上下错位的轧辊作用下，带钢产生波浪式上下反复弯曲，进行矫平。