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中型車側(cè)圍內(nèi)板拼焊位置的確定及其對(duì)成本的影響

圖5為中型卡車駕駛室側(cè)圍示意圖，分別由料厚0.75mm的側(cè)圍角板和料厚1.6mm的側(cè)圍內(nèi)板組成，分界線為圖示的彎延曲線。最初工藝為兩個(gè)零件分別成形再焊接成整體。按該方案相應(yīng)的沖壓排樣及材料利用效果如圖6所示。可以看出該方案的缺點(diǎn)是材料利用率極低，分別為36.2%和43.9%，同時(shí)零件生產(chǎn)工藝性也較差。考慮到兩件的裝配關(guān)系，初步判斷如采用拼焊方式生產(chǎn)將有效改善產(chǎn)品工藝性和降低成本。

圖5 中型卡車駕駛室側(cè)圍

圖6 分件生產(chǎn)排樣及材料利用效果

1.焊縫位置的選擇

激光拼焊產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖能否通過(guò)工藝得到最好的實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就在于拼焊焊縫的位置選擇是否成功。焊縫位置的設(shè)定不僅要考慮產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)的需要，還要從沖壓工藝性的要求、成本的要求等方面綜合考慮，三者有機(jī)結(jié)合才會(huì)得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和整車質(zhì)量。

依據(jù)拉延理論和拼焊成形技術(shù)的研究成果等要求，可以得到以下選擇焊縫位置的基本原則：

1）焊縫的選擇首先要滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能的要求。

（2）焊縫為直線，且最好保證在完成工藝排樣后為方形板料拼焊。

（3）焊縫應(yīng)避免穿越產(chǎn)生拉延效果很大的區(qū)域，特別要防止焊縫平行穿越成形#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#R區(qū)域。

（4）由于不同料厚的沖裁間隙差異，要盡可能避免焊縫穿越小孔沖裁位置。

以圖5所示的側(cè)圍為例，產(chǎn)品最初設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為彎曲的折線。以該曲線為焊縫是拼焊技術(shù)目前所不能滿足的，同時(shí)該曲線在圖示A/B部位會(huì)由于拉延時(shí)焊縫的移動(dòng)造成小孔處可能出現(xiàn)0.75mm、1.6mm兩種料厚，這容易導(dǎo)致小孔沖頭的彎曲或折斷，因而需要重新選擇焊縫位置。

按照焊縫設(shè)定原則（1）和（2）的要求首選的焊縫位置如圖5紅粗線所示。該焊縫的主要缺點(diǎn)在于拉延時(shí)焊縫向厚料移動(dòng)仍會(huì)使A孔出現(xiàn)不同料厚，同時(shí)由于A處凸包起伏形狀較大，可能出現(xiàn)拉延開(kāi)裂。結(jié)合圖5中A、C兩孔的位置關(guān)系將拼焊線調(diào)整至圖7所示位置，基本滿足了相關(guān)各項(xiàng)要求。

圖7 基本滿足相關(guān)要求的焊縫位置

2.成本因素對(duì)焊縫位置的影響

圖8所示為東風(fēng)某車型側(cè)圍，初步設(shè)計(jì)階段的拼焊線如紅線所示。針對(duì)該方案的#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#CAE分析結(jié)果為焊縫沿線嚴(yán)重開(kāi)裂（圖9）。其主要原因在于圖示A處靠近R角，變形劇烈。

圖8 某車型側(cè)圍及其拼焊線

圖9 初定焊縫位置CAE結(jié)果

考慮該件的造型特點(diǎn)，完全滿足工藝性的焊縫線如圖8藍(lán)線所示，CAE效果良好。對(duì)比圖8的兩條焊縫線可以看出，完全滿足工藝性的方案1.6mm厚料區(qū)明顯加大，因而零件重量加大、材料消耗也明顯增加，所以該方案也不是最佳的結(jié)果。

能否類比圖7的方式按圖10設(shè)定拼焊線呢？若按照該方案實(shí)施，將最大限度符合產(chǎn)品要求并大大減少厚料區(qū)域，從而降低產(chǎn)品成本。

工藝分析圖10方案最大的風(fēng)險(xiǎn)是臺(tái)階和斜面區(qū)域可能出現(xiàn)焊縫區(qū)開(kāi)裂（CAE分析也印證了這一結(jié)果），需要對(duì)該區(qū)做相應(yīng)設(shè)計(jì)更改。產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門依據(jù)分析對(duì)相應(yīng)區(qū)域做了斜面變緩和過(guò)渡處理，圖11所示為經(jīng)過(guò)產(chǎn)品優(yōu)化后滿足產(chǎn)品、工藝、成本諸因素的CAE分析結(jié)果。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

圖10 類比設(shè)定的拼焊線

圖11 優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)后滿足工藝及成本的CAE結(jié)果

結(jié)語(yǔ)

激光拼焊板作為一種新的工藝手段，給車身制造帶來(lái)新的產(chǎn)品解決方案，并給質(zhì)量提高和成本降低帶來(lái)了新的機(jī)遇。同時(shí)由于其工藝實(shí)施的特殊性，需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)、沖壓工藝和模具制造等相關(guān)人員更為密切的配合，才能最終制造出既滿足結(jié)構(gòu)和性能要求、工藝合理穩(wěn)定、成本最低的合格產(chǎn)品。