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2.3 激光拼焊毛坯成形技術(shù)
拼焊板是指將不同厚度或不同材質(zhì)或不同強(qiáng)度或不同性能的平板材料焊接在一起形成的平板坯料。對(duì)拼焊板進(jìn)行沖壓成形使之成為所需零件，稱為拼焊板沖壓成形技術(shù)。基于能源和環(huán)境因素的考慮，車身輕量化已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的必由之路。激光拼焊成形技術(shù)能夠顯著減輕車身重量，提高汽車安全性和降低制造成本。
2.3.1 拼焊板的應(yīng)用
激光拼焊板沖壓成形技術(shù)是根據(jù)車身不同部位的性能要求，選擇鋼材牌號(hào)、種類、等級(jí)和厚度不同的鋼板，通過(guò)激光裁剪和拼焊技術(shù)將車身某一部位如側(cè)圍、底板、車門(mén)內(nèi)門(mén)、支柱等拼焊起來(lái)再?zèng)_壓成形的制造方法，也可將具有表面涂鍍層的金屬板焊在一起，然后再進(jìn)行沖壓。
在車身設(shè)計(jì)、制造與生產(chǎn)等方面，激光拼焊板的應(yīng)用具有巨大優(yōu)勢(shì)：①提高部件和零件裝配精度，增加車身的剛度；②在撞擊過(guò)程中, 可以控制吸收更多的能量, 從而增加安全性；③減輕車身重量，提高板料利用率；④減少零件裝配數(shù)量, 縮減工模具處理和安裝過(guò)程，從而簡(jiǎn)化流程；⑤降低成本，縮短設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)周期；⑥對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者而言拓寬了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性。
全球拼焊板產(chǎn)量逐年上升，增長(zhǎng)勢(shì)頭十分強(qiáng)勁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年全球生產(chǎn)了1.6億件激光拼焊件，目前全世界有300余條激光拼焊線。2004年全球的激光拼焊板產(chǎn)量為1.8億件，2005年增長(zhǎng)到2.5億件，2006年為2.8億件。在北美、歐洲和日本，已采用拼焊板技術(shù)的汽車企業(yè)每年對(duì)拼焊板需求漲幅在25％～30％左右。
2.3.2 激光拼焊毛坯制備技術(shù)
為了獲得優(yōu)質(zhì)的拼焊板，目前世界上先進(jìn)的拼焊板生產(chǎn)工藝流程是板料精切→激光焊接→精度檢驗(yàn)。將兩張或多張不同厚度或不同材質(zhì)的板料精切后，經(jīng)過(guò)激光器的高速焊接再進(jìn)行焊縫處理后，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)，檢測(cè)其精度。
拼焊板常用焊接工藝有激光焊、氬弧焊、滾壓電阻焊、電渣焊、感應(yīng)焊、等離子弧焊、電子束焊、電阻對(duì)焊、火花焊等，應(yīng)用最多的是激光焊、滾壓電阻焊和電子束焊。
2.3.3 拼焊板沖壓成形工藝及設(shè)備
對(duì)于不同厚度或不同強(qiáng)度的母材組成的拼焊板, 沖壓過(guò)程中不可避免地存在焊縫移動(dòng)。目前, 控制焊縫移動(dòng)的工藝方法主要有改變壓邊圈形式、設(shè)置拉延筋、合理布置焊縫初始位置、設(shè)計(jì)特殊裝置抑制焊縫在成形中的移動(dòng)以及采用先進(jìn)成形工藝等。
2.3.4 激光拼焊板沖壓成形的數(shù)值模擬
目前，針對(duì)拼焊板的有限元模擬技術(shù)主要是研究數(shù)值模擬中焊縫及熱影響區(qū)的處理方式。通常, 焊縫模型的建立有兩種方法：第一種方法是精確地建立焊縫的模型。第二種方法是忽略焊縫類型，只考慮焊縫位置。目前，第二種方法在成形模擬過(guò)程中經(jīng)常使用。
2.4 汽車超高強(qiáng)鋼板熱沖壓成形技術(shù)
汽車領(lǐng)域?qū)Ρ”诮Y(jié)構(gòu)件的輕量化、整體化、精品化及安全性的需求，使許多特種難成形板材如超高強(qiáng)鋼板、鋁合金等日益受到重視，但這類材料在室溫下成形性能差，而在熱環(huán)境下成形是有效手段之一。
近年來(lái)，世界各大汽車廠逐步增加了高強(qiáng)鋼的使用量。鋼鐵業(yè)在高強(qiáng)鋼方面的研發(fā)投入也有較大增長(zhǎng)。目前，對(duì)抗拉強(qiáng)度達(dá)到1500MPa的超高強(qiáng)度鋼板，已開(kāi)始利用熱成形及同時(shí)淬火的熱成形技術(shù)方法（簡(jiǎn)稱熱沖壓成形技術(shù)），這代表了目前超高強(qiáng)度鋼在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的最高水平，國(guó)內(nèi)寶鋼正在研發(fā)類似鋼種。
2.4.1 關(guān)于板材熱沖壓成形技術(shù)
超高強(qiáng)度板材熱沖壓成形主要針對(duì)強(qiáng)度高、塑性差以及形狀復(fù)雜等難變形材料，基于金屬在高溫狀態(tài)下塑性和延展性顯著提高、屈服強(qiáng)度顯著降低的特點(diǎn)，利用模具實(shí)現(xiàn)鈑金零件塑性變形。熱沖壓成形技術(shù)，一般是將板材加熱到再結(jié)晶溫度以上，內(nèi)部組織呈現(xiàn)出奧氏體態(tài)，此時(shí)板材的流動(dòng)應(yīng)力極大降低，然后進(jìn)行沖壓成形，從而提高板材的成形性和降低板材的回彈和成形力，沖壓后在合模狀態(tài)快速冷卻，使得板材內(nèi)部組織轉(zhuǎn)化為淬火態(tài)的馬氏體從而提高其強(qiáng)度。
與冷沖壓相比，板料的熱沖壓成形具有以下優(yōu)點(diǎn)：
① 材料塑性好、成形極限高；② 易于成形復(fù)雜零件，不易起皺和破裂；③ 板材成形后回彈��；
④ 由于材料的變形抗力降低，降低了模具的單位壓力，相應(yīng)地降低了對(duì)沖壓設(shè)備和模具的要求；⑤ 材料綜合機(jī)械性能得到了大幅度提高；⑥ 減少了成形的工序數(shù)量和零件的研制周期。
但是，熱沖壓成形工藝也有問(wèn)題需要解決：
① 對(duì)零件成形后的冷卻速度和保壓時(shí)間要進(jìn)行準(zhǔn)確控制；② 材料不同部位的冷卻速度難以準(zhǔn)確控制，易于導(dǎo)致零件發(fā)生嚴(yán)重的翹曲變形和回彈，從而影響成形零件的尺寸精度；③ 熱成形零件后續(xù)加工難度大；④ 熱成形模具容易失效，模具使用壽命降低；⑤ 熱沖壓成形設(shè)備除了壓力機(jī)，還包括加熱爐、模具流道循環(huán)冷卻裝置、板料快速傳送機(jī)構(gòu)、激光切割設(shè)備和去氧化皮設(shè)備，比冷沖壓成形裝備要復(fù)雜得多。
2.4.2 汽車用超高強(qiáng)度鋼板
與普通鋼板相比，高強(qiáng)度鋼板具有以下特點(diǎn)：①具有更高的屈服應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度；②硬化指數(shù)和厚向異性系數(shù)比較低，延伸率也較低；③在冷成形時(shí)產(chǎn)生了更大的彈性應(yīng)變，回彈幅度更大。
高強(qiáng)度鋼板的成形性能比普通鋼板要差，而且強(qiáng)度越高成形越困難。成形過(guò)程中高強(qiáng)度鋼板比普通鋼板更易產(chǎn)生破裂和起皺。此外，與普通低碳鋼板相比，由于回彈嚴(yán)重，增加了試模、修模工作量和成形后的校形工作量。
經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，高強(qiáng)度汽車鋼板大都已成系列產(chǎn)品，主要有烘烤硬化BH鋼、雙相DP鋼、含磷R(shí)P鋼、微合金MA鋼、高強(qiáng)度無(wú)間隙原子IF鋼以及相變誘導(dǎo)塑性TRIP鋼。Arcelor鋼鐵公司生產(chǎn)的冷卻硬化MS鋼22MnB5、30MnB5，冷卻后的強(qiáng)度極限可達(dá)1400MPa，采用此種鋼板生產(chǎn)的汽車零件可以使同等強(qiáng)度、剛度的零件減重50％以上。
2.4.3 高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形過(guò)程
1）成形關(guān)鍵工藝參數(shù)。主要有材料在高溫下的成形極限、成形時(shí)冷卻速度與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系、成形后保溫時(shí)間與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系。
2）生產(chǎn)周期。含成形時(shí)間和保壓降溫時(shí)間兩部分，保壓降溫時(shí)間對(duì)制品硬度和形狀尺寸精度影響較大�？s短生產(chǎn)節(jié)拍主要考慮盡可能提高冷卻速度。
3）氧化皮的清理。高溫狀態(tài)下鋼板表面氧化生成的的氧化皮對(duì)焊接性能和涂漆性能有不良影響，通常采用噴丸方式清除氧化皮。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了高溫狀態(tài)不產(chǎn)生氧化皮的表面處理鋼板，并已投入應(yīng)用。
4）二次加工。在精度要求高或出現(xiàn)凸緣飛邊的情況下，必須進(jìn)行二次加工。激光沖孔和修整毛刺的技術(shù)已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。
5）模具要求。模具材料要求具有良好的熱強(qiáng)度、熱硬度、高的耐磨性和疲勞性能，一般需要參考冷熱疲勞抗力和斷裂韌性均較高的熱作模具鋼；必須在考慮熱脹冷縮效應(yīng)的基礎(chǔ)上合理確定模具凸、凹模的尺寸；模具內(nèi)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要適合保證制件的強(qiáng)度，還要適合控制冷卻時(shí)間。
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