汽车车身钢板加工新技术

摘 要：本文介绍了现今常用的汽车车身钢板加工技术,对其加工性能进行了简单介绍.同时针对加工技术总结了其技术的优势和缺陷,为实际应用提供一定的参考意见.

关 键 词：车身钢板；激光焊接技术；加工性能

1前言

车身的制造需要同时考虑技术可行性、经济性和生产周期等特定要求.产品品质、制造周期和制造成本是衡量车身制造水平的主要指标.在汽车制造企业中,最为核心的生产流水线是车身生产流水线.历经上百年的发展,通过长期的生产实践积累,冲压、焊接和涂装等车身制造技术已基本成熟.国外汽车企业在车身设计制造方面广泛采用最先进的设计制造技术进行全新开发和超前开发,使得创新车型越来越多,车身开发周期越来越短.轻量化设计、模块化设计和绿色设计是车身设计的发展方向,而智能化、精密化和敏捷化是车身制造技术的主要发展趋势.

2我国车身制造技术

我国汽车工业随着多年发展已形成相当规模,汽车车身生产制造水平也有了极大的提升,但与世界先进水平相比还有很大的差距.国内汽车车身覆盖件冲压工艺尸和冲压件成型过程的计算机模拟技术目前已经开始推广,但与国际先进水平相比还存在明显差距在我国仅有少数企业在成型过程模拟做了初步尝试,还没有进行深入系统的开发而国内开发的模具设计和成型过程模拟软件的实用性较差.

在焊装技术和涂料方面,虽然有些企业也采用了一些当今国际先进水平的新设备,但总体仅相当于欧美年前的水平.激光焊接等先进技术的关键设备几乎全部依靠进口.涂装技术与国际水平的差距在不断缩小,但发展很不均衡.就涂装质量的保证而言,几大轿车生产企业虽然已经达到国际水平,但综合比较仍有较大的差距,主要体现在清洁生产技术方面就汽车涂装生产关键装备技术而言,我国可能在今后相当长的时间内主要依赖进口.

我国汽车车身制造技术的差距主要表现为生产设备的落后,先进的冲压、焊接和涂装工艺所需的关键设备基本上都依赖于进口.而研发投入不足、研发人才缺乏等因素造成的汽车车身制造装备自主开发能力薄弱是其主要原因.针对我国汽车车身制造技术方面存在的差距和问题,汽车生产企业应该采取"学习跟随一吸收消化一局部超越"的技术竞争策略,时刻跟随前瞻性技术发展的最新动态,掌握技术发展的主动权[1].

3激光焊接技术

车身激光拼焊工艺具有下列优点：第一,减少了结构件质量及材料消耗；第二,减少了零件数量,特别减少了垫板及其他一些加强元件；第三,提高了车身尺寸精度,简化了结构件及装配件的几何形状,使得可以对其制造公差进行优化；第四,提高了车身质量稳定性及结构可靠性,因为这种车身能轻松地使车身在静态负荷、冲击负荷及变荷下保持强度均衡；第五,减少了连接密封处理工作量,因为传统搭叠焊接方式点焊及断续焊已经被拼焊所取代；第六,极大地提高了车身部件及整个车身的耐腐蚀能力；第七,在改善车身质量的前提下,减少了装配工作量,而且还减少了成型工具、冲压机的工装投资以及运输、储存金属材料的费用.图1所示为汽车车身中的各种激光拼焊板,焊接生产步骤[2]如下：

1.第一步根据车身不同部位的性能要求,设计车身部件或拼板,以使车身各个主要截面区保持均衡的强度,合理地使用薄板材料的物理--化学性能,使焊缝位置适当并使它在冲压时受到的拉力最小,力求最经济裁料、以提高金属材料的总使用率,减少材料浪费.

2.第二步选择拼板材料.

3.第三步,把金属板材或者金属带材裁剪成预定尺寸及形状的板件.

4.第四步,激光拼焊.

5.第五步,检验拼焊板.

6.第六步,冲压拼焊板,制成汽车车身成品件.

4高强度钢加工性能

汽车车身用高强度钢及其他材料主要是通过冲压成形、焊接组装成车身.因此,高强度钢的冲压成形性、焊接性等加工性能也是评价汽车车身用高强度钢的主要依据.在此,通过与普通低碳钢（MildSteel）对比,对强度较高、碳当量较高的两种具有代表性的汽车车身用高强度钢板（780MPDP钢和980MPTRIP钢）的冲压成形性、焊接性进行分析与探讨.

1.高强度钢板的冲压成形性.成形极限被认为是材料的成形性能指标.图2显示了普通低碳钢、780MPDP钢、980MPTRIP钢的成形极限曲线.

由图2可见,与普通低碳钢相比,两种高强度钢的成形极限相对较低,可其绝对值仍然较高.由于在实际运用中,大部分成形复杂的拉伸件、胀形件一般采用IF钢或BH钢.所以这样的成形极限足可保证其具有良好的成形性.因为超高强度钢（590MP以上）的强度很高,导致出现冲压成形后回弹较大、零件精度较低的问题.最近,针对超高强度钢的复杂成形提出了温间冲制工艺,即含碳量约0.25%的超高强度钢板冲压成形时,进行900℃加热,等材料完全奥氏体化后再冲压成形,然后在冲模中冷却、淬火使其产生马氏体.利用温间冲制工艺可获得1500MPa以上强度的尺寸合格的零件.当然,随着1000t以上超大型压力机的使用,超高强度钢的冲压加工将会更加容易.

2.高强度钢板的焊接性[3].电阻点焊是汽车车身焊装的主要焊接方法,所以汽车车身用高强度钢板的点焊性是其重要性能之一.图3显示了1.0mm厚的普通低碳钢、780MPDP钢、980MPTRIP钢的可焊范围(Acceptableweldingrange).

由图3可见,两种高强度钢与普通低碳钢一样,其可焊范围随焊接时间的变化较小,但是当焊接电流变化时其可焊范围却显示出不一致性；两种高强度钢几乎与普通低碳钢一样,当焊接电流大于14.5kA时,因电极的主要成分铜与钢板发生冶金反应而造成电极头出现蚀坑、电极粘着（Pick-up）现象.根据焊接标准,可焊参数范围的上限是点焊时发生飞溅（Expulsion）所使用的参数,下限则是获得5t1/2mm（t为钢板厚度）的最小可接受溶核直径(Nuggetdiameter)时的焊接参数.虽然780MPDP钢板和980MPTRIP钢板的可焊范围上限（约8.6kA）与普通低碳钢的可焊范围上限（约11kA）相比较低；可是由于受材料的比热、电阻率、热传导系数等物理性质的影响,两种高强度钢在较低的焊接电流（约5.7kA）下能获得直径5mm的最小可接受溶核,使其可焊范围下限比普通低碳钢的低.

5结论

正是由于激光焊接工艺及金属加工技术的飞速发展,冶金公司同汽车制造商才一起找到了一条新的更有效降低汽车质量的途径.高强度钢拼焊板及铝拼焊板将是制造未来新型汽车超轻车身的基础材料.由亚、欧、美个冶金公司共同参与、业已完成的国际超轻车身联合开发项目已经取得巨大成果,所开发的超轻车身的质量比类似批量生产的车身轻,它所用的高强度钢已经超过,更重要的是,在这种车身上的结构件是用拼焊板冲压而成的.高强度钢板的使用,既可以保证汽车车身整体强度、安全性,又可以减轻汽车自身质量,节约能耗、降低排放并改善环境.目前,为了充分发挥材料的性能,根据零部件使用性能的要求,已研制出多种汽车车身用高强度钢,并由此推动新技术、新材料、新工艺和新产品的研发.