CN1180899C - 激光拼焊板成形中的焊缝移动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种控制激光拼焊板成形过程中焊缝移动量的方法及其装置，主要用于应用激光拼焊板来冲压成形车身覆盖件的场合。本发明采用三种方法来控制激光拼焊板冲压成形过程中的焊缝移动：1)组合式的压边圈和凸模的成形部分带有台阶面，使激光拼焊板薄侧板料有足够的压边力而使焊缝移动量减少；2)利用氮气缸所产生的夹紧力，在激光拼焊板冲压成形过程中将焊缝夹紧以减少焊缝移动量；3)在模具压料面上合理布置拉延筋，控制激光拼焊板厚薄侧板料的变形流动情况。应用本方法和装置可以很好地控制成形过程中焊缝移动以及由此造成的板料破裂和起皱现象。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工领域，特指激光拼焊板成形中焊缝移动控制的方法，主要用于应用激光拼焊板来冲压成形车身覆盖件的场合。采用本方法及其装置可以很好控制成形过程中焊缝移动以及由此造成的板料破裂和起皱现象。
背景技术
传统上汽车车身覆盖件有两种冲压成形方法：分离成形和整体成形。分离成形方法灵活易行，但零件数量多，增加了冲压成本和车身的重量；整体成形方法得到的覆盖件刚性好，但造成某些部位的选材过度并导致车身重量和成本的增加，而且成形难度大。激光拼焊板冲压成形方法继承了传统分离成形方法和整体成形方法的优点，同时克服了两者的缺点，在车身覆盖件制造领域得到越来越密切的重视和日益广泛的应用。
所谓激光拼焊板是由两块或两块以上的板料在落料后、冲压成形前即焊接在一起。这些板料可能完全相同，也可能具有不同的厚度、机械性能和电镀类型。
使用激光拼焊板不仅可以减少零件数目，而且可以提供许多额外的好处，包括降低车身重量，提高结构整体性和刚性，改善尺寸精度，提高部件和子装配精度；减少冲压零件、工模具数目和工步，减少点焊量，简化输给系统，从而简化制造过程，大大降低成本；在撞击过程中，可以控制更多的能量得到吸收，从而增强耐撞性能；避免使用一些诸如加强筋之类的结构和夹具，简化车辆整体结构；通过将加强件整体化避免了搭接接头，从而提高了抗腐蚀性能；采用激光焊接可以减少设计边角料，并将废料回收进行后续冲压成形，从而节约材料；为汽车制造者提供更大的车身设计灵活性，为顾客提供低燃耗和性能优良的更轻便、更坚固的汽车，处于环保时代这一点非常重要。
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，其中最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。拼焊板的成形极限应变与母材相比下降50％以上。由于车身覆盖件冲压成形是一个几何非线性、材料非线性、工艺边界条件非线性的大变形力学问题，激光拼焊板的应用，增加了问题的复杂性，加大了成形的难度。其中，焊缝位置移动所造成的冲压成形性能的下降是激光拼焊板面临的主要问题。由于拼焊板母材厚度不等，所用模具对薄侧板料没有压紧而发生板料起皱现象。当采用带台阶面的组合式刚性压边圈时，焊缝向薄侧材料移动时会造成薄侧板料破裂，焊缝向厚侧板料方向移动时会造成板料起皱。
美国西北大学Jian Cao和Brad L. Kinsey在1999年向美国专利局申请了专利“Adaptive method and apparatus for forming tailor welded blanks”(专利号5,941,110)，该专利采用液压缸来提供焊缝夹紧力。通过压力传感器和位移传感器产生的信号，由计算机控制液压方向阀和伺服阀来改变油缸压力，从而产生拼焊板成形过程中凸模不同位置所需要的焊缝夹紧力。Jian Cao的专利的优点是能够提供凸模不同位置的焊缝夹紧力，缺点是压料面和凸模型面没有设置台阶面，导致拼焊板薄侧板料没有压紧而发生起皱。
Werner Munzen在1997年向美国专利局申请了专利“Stretch controlledforming mechanism and method for forming multiple gauge welded blanks”(专利号5,600,991)，其焊缝夹紧力由聚氨酯橡胶压缩产生，方法比较简单实用，但夹紧力大小难以调整，而且随着聚氨酯橡胶压缩量的增加，夹紧力由小变大，这与板料成形所需要的起始夹紧力大、随后逐渐减小的要求正好相反。
Youngmoo Heo等人采用布置拉延筋的方法来控制激光拼焊板冲压过程中的焊缝移动，具体方法主要是通过改变拉延筋的长度和截面尺寸来控制焊缝移动量(Youngmoo Heo，Youho Choi，Heon Young Kim，Daegyo Seo，Characteristics ofweld line movements for the deep drawing with drawbeads of tailor-welded blanks，Journal of Materials Processing Technology 111(2001)：164-169)。由于激光拼焊板母材有厚度差(1.6mm×0.8mm，1.2mm×0.8mm)，该方法所用模具对薄侧板料没有压紧而发生板料起皱现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效控制激光拼焊板冲压成形中焊缝移动的方法和装置，以克服激光拼焊板冲压成形中焊缝移动所造成的成形性下降问题。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
采用带台阶面的组合式压边圈和凸模，其特征在于压边圈、凸模的一部分做成可拆卸式，可根据激光拼焊板不同母材厚度调整台阶面的高度差；并设有利用氮气缸压强产生夹紧力的焊缝夹紧装置；在凹模压料面上布置不同的拉延筋，对不同板料产生不同的拉延阻力。
实现本发明所述的激光拼焊板成形过程中的焊缝移动控制方法的装置，包括带台阶面的组合式压边圈和凸模、凸模垫板、压边圈垫板以及放置激光拼焊板的凹模，其特征为凸模、压边圈的一部分为可拆卸式，由凸模左和凸模右组成凸模，压边圈左和压边圈右组成压边圈，在垫板下设有压边圈台阶面高度差调节片、凸模台阶面高度差调节片；设置焊缝夹紧装置直接限制焊缝移动，夹紧杆前端敷一层聚氨酯橡胶以提高摩擦系数，产生更大的摩擦力；在模具压料面上布置高度可调的拉延筋。
台阶面高度差可根据激光拼焊板不同母材厚度进行调整，使厚侧和薄侧板料得到各自所需的压边力，来控制厚侧和薄侧母材变形情况而控制焊缝移动量；通过氮气缸产生的夹紧力，在激光拼焊板成形过程中将焊缝夹紧，以减小焊缝移动量，氮气缸压强可调以产生不同的夹紧力；拉延筋的布置可使薄侧板料较厚侧板料受到更大的拉延阻力而促使薄侧板料流入量减小、厚侧板料流入量增大，从而控制焊缝移动量的大小。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1)使用有台阶面的组合式凸模和压边圈，可以同时满足不同厚度板料的压紧要求，既控制焊缝移动，又防止板料起皱；
2)使用氮气缸来提供焊缝夹紧力，夹紧力大而且实现恒定；
3)使用拉延筋可以方便地对激光拼焊板厚薄侧板料的变形流动情况进行控制，对氮气缸、组合式凸模和压边圈的焊缝移动控制功能进行补充调节。
附图说明
图1激光拼焊板成形过程中的焊缝移动控制方法及其装置示意图
1凸模左 2凸模垫板 3压边圈垫板 4压边圈台阶面高度差调节片 5凸模台阶面高度差调节片 6凸模右 7压边圈右 8拼焊板薄侧 9拉延筋 10凹模 11氮气缸 12焊缝夹紧杆 13拼焊板厚侧 14压边圈左
具体实施方式
该发明用于单动压机成形，也可用于双动压机成形。下面以双动压机冲压成形为例，结合附图1说明本发明提出的焊缝移动控制方法与装置的细节。模具安装在双动压机上，由凸模、凹模10、压边圈、凸模垫板2、压边圈垫板3、焊缝夹紧装置、拉延筋9等零部件组成，其中凸模由凸模左1、凸模右6和凸模台阶面高度差调节片5组成，压边圈由压边圈左14、压边圈右7和压边圈台阶面高度差调节片5组成，焊缝夹紧装置由焊缝夹紧杆12和氮气缸11组成；由厚侧13和薄侧8焊接而成的激光拼焊板放在凹模10上。
凸模左1和凸模右6之间的工作型面上有台阶面存在，压边圈左14和压边圈右7之间的工作型面上也有台阶面存在，台阶面高度差取决于激光拼焊板厚侧13和薄侧8的厚度差，由压边圈台阶面高度差调节片4和凸模台阶面高度差调节片5进行调节。焊缝夹紧杆12的夹紧力由氮气缸11提供压力，氮气缸压力大小可根据需要调节。拉延筋9根据激光拼焊板和成形零件形状布置，拉延筋高度可以调节。
本发明工作过程为：
1)将激光拼焊板放在凹模10上，板料根据厚薄情况进行定位；
2)压边圈7和14下行，与凹模10接触，将激光拼焊板夹紧并发生压边圈成形，同时凹模10上的拉延筋与压边圈7和14上的限流槽对拼焊板成形进行金属流动控制；
3)凸模1和6开始下行，与焊缝夹紧杆12接触，焊缝夹紧杆12将焊缝压紧在凸模左1上；
4)凸模继续下行，在焊缝被夹紧的状态下完成激光拼焊板的冲压成形；
5)凸模上行，先与激光拼焊板分离；
6)压边圈上行，与激光拼焊板分离；
7)冲压件顶出，冲压过程结束。
本实施例仅用于说明本发明，而不进行限制。
Claims (3)
1激光拼焊板成形过程中的焊缝移动控制方法，采用带台阶面的组合式压边圈(14、7)和凸模(1、6)、凸模垫板(2)、压边圈垫板(3)以及放置激光拼焊板的凹模(10)，其特征在于压边圈、凸模的一部分做成可拆卸式，可根据激光拼焊板不同母材厚度调整台阶面的高度差；工作过程为：
1)将激光拼焊板放在凹模(10)上，板料根据厚薄情况进行定位；
2)压边圈(7、14)下行，与凹模(10)接触，将激光拼焊板夹紧并发生压边圈成形，同时凹模(10)上的拉延筋与压边圈(7、14)上的限流槽对拼焊板成形进行金属流动控制；
3)凸模(1、6)开始下行，与焊缝夹紧杆(12)接触，焊缝夹紧杆(12)将焊缝压紧在凸模左(1)上；
4)凸模(1、6)继续下行，在焊缝被夹紧的状态下完成激光拼焊板的冲压成形；
5)凸模(1、6)上行，先与激光拼焊板分离；
6)压边圈(7、14)上行，与激光拼焊板分离；
7)冲压件顶出，冲压过程结束。
2根据权利要求1所述的激光拼焊板成形过程中的焊缝移动控制方法，其特征在于设有利用氮气缸压强产生夹紧力的焊缝夹紧装置。
3根据权利要求1或2所述的激光拼焊板成形过程中的焊缝移动控制方法，其特征为在凹模压料面上布置不同的拉延筋，对不同板料产生不同的拉延阻力。
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