拼焊板成形性及其焊缝移动控制对策研究

论文摘要

基于未来汽车的环保和安全因素方面的考虑,除了发动机性能和汽车车身空气动力学特性的改善外,降低车身重量已经成为汽车制造业的重要发展目标,即在提高汽车结构安全性的同时降低车重,就这样一种结合传统材料和新型生产工艺的拼焊板冲压成形技术迅速地发展起来了。激光拼焊板是将两块或多块具有相同或不同厚度、机械性能、表面状态的钢板使用激光焊接的方法连接成毛坯件,然后进行整体冲压成形轿车结构件。拼焊板以其高质量、高效益、低成本倍受汽车和钢铁工业界的关注,并且被广泛应用于汽车工业。本文阐述了激光拼焊技术在轿车上的应用现状,并介绍了拼焊板冲压成形的发展、特点、优势及国内外研究现状,以及分析了对拼焊板成形性影响比较大的几个因素:不同的板厚差比、不同力学性能组合,拉延筋。针对汽车覆盖件形状复杂、成形性难以凭经验估计的问题,本文采用有限元数值模拟方法,运用有限元板料分析软件eta/Dynaform,对激光拼焊板拉深工序进行成形性预测。首先,以盒形件这一板材成形中的典型拉深冲压件为例进行拼焊板的拉深模拟,研究差厚拼焊板的成形性能和焊缝移动规律。作者运用有限元数值模拟软件Dynaform,研究了盒形件分别在有拉延筋和没有拉延筋两种情况下,相同材料不同板厚差、不同材料不同板厚差和相同板厚比不同强度组合对拼焊板盒形件成形性的影响,根据模拟试验结果建议薄板与厚板厚度比值取0.5以上,两侧材料强度比值大于3.0,拼焊板的成形极限趋于基本稳定。同时也分析了拉延筋对焊缝移动最大拱形高度以及对焊缝移动量的影响,焊缝移动最大拱形高度hmax随着拉延筋单边减少宽度w的增加而降低,w在[0,1.556]之间,为影响最敏感区,w在(1.556,8.556]之间,为影响不敏感区,w>8.556为影响较敏感区;拉延筋在很大程度上降低了拼焊板的成形性能,同时也减少了焊缝的移动量,盒形件法兰处相对于底部焊缝移动量减少明显。为此,提出了一种减少焊缝移动的新方法,即在垂直焊线方向布置一条加强筋能减少焊缝的移动。其次,把盒形件得到的结论应用于轿车拼焊板零件前地板的生产实践中,选择合理的板厚比和强度比,对拼焊板前地板拉深成形工序进行成形性预测和焊缝移动分析,并在垂直焊线方向设置一条加强筋,减少了焊缝的移动量。最后,研究了坯料平移法和曲线焊缝补偿法这两种方案,控制焊缝移动及保证最终零件焊缝线在整车装配中的装配位置。最终得到合格的拼焊板前地板零件。本文采用数值模拟仿真方法来研究形状复杂的轿车前地板,确保其装配位置的对策,不仅对生产具有指导意义,而且对提高我国汽车车身轻量化,促进国产激光拼焊板的推广应用也具有一定意义。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 拼焊板简介
• 1.1.1 拼焊板应用现状
• 1.1.2 影响拼焊板成形的主要因素
• 1.2 国内外对拼焊板冲压成形的研究现状
• 1.3 拼焊板成形的分析方法
• 1.3.1 拼焊板的理论与试验研究相结合法
• 1.3.2 拼焊板的有限元分析法
• 1.4 研究内容及目的
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究目的
• 1.5 研究的可行性
• 2 板料成形有限元分析理论
• 2.1 板料塑性有限元法
• 2.1.1 有限单元分析法的基本过程
• 2.1.2 金属板料塑性成形有限元分析基本理论
• 2.1.3 本构关系和屈服条件
• 2.2 板料有限元模拟仿真软件eta/Dynaform
• 3 拼焊板盒形件成形性及焊缝移动分析
• 3.1 引言
• 3.2 拼焊板成形工艺及其模具特点
• 3.3 拼焊板拉深成形有限元模型
• 3.3.1 几何模型
• 3.3.2 有限元建模
• 3.3.3 材料模型
• 3.3.4 边界条件
• 3.4 拼焊板盒形件的成形性能判据H/Rc
• 3.5 板厚差对成形性能的影响规律
• 3.5.1 模拟条件
• 3.5.2 模拟结果及讨论
• 3.6 不同力学性能搭配对拼焊板成形性能的影响规律
• 3.6.1 模拟试验条件
• 3.6.2 模拟结果及讨论
• 3.7 拉延筋对焊缝移动的影响
• 3.7.1 拼焊板焊缝移动基本原理
• 3.7.2 拉延筋对焊缝移动量影响
• max 影响'>3.7.3 拉延筋对焊缝移动最大拱形高度h_max影响
• 3.8 小结
• 4 轿车前地板的拼焊技术应用及模拟分析
• 4.1 引言
• 4.2 零件概况
• 4.3 由前地板零件数模生成模具型面
• 4.3.1 拉深方向的确定
• 4.3.2 工艺补充及压料面的生成
• 4.4 成形过程的模拟
• 4.4.1 有限元网格建立
• 4.4.2 模拟参数设置
• 4.4.3 模拟结果
• 4.5 实际焊缝移动量与模拟移动量比较
• 4.6 前地板产品及模具
• 4.7 小结
• 5 轿车前地板的焊缝移动控制方案
• 5.1 引言
• 5.2 采用平移法控制零件焊缝线位置
• 5.2.1 前地板平移法的数据处理
• 5.2.2 前地板平移法的模拟结果
• 5.3 采用曲线焊缝的补偿法控制焊缝线
• 5.3.1 前地板补偿法的数据处理
• 5.3.2 前地板补偿法的模拟结果
• 5.4 焊缝移动最大拱形高度hmax 控制
• 5.5 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要研究结论
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读学位期间发表的论文目录