汽车用激光拼焊板成形性能研究

摘要

激光拼焊板(Tailor-Welded Blanks，简称TWBs)是指把不同厚度、材料性能或表面涂层的板材，用激光焊接的方法拼焊在一起，重新组成的一种新型复合板材，它可以同时满足零件的不同部位对板料不同性能的要求。由于激光拼焊板具有焊接速度快、焊缝较窄、对基体金属的影响范围较小、减轻汽车重量、降低生产成本等优点，在汽车车身开发中已得到广泛应用。随着人们对汽车驾驶的安全性要求更好，节能和环保法规对汽车重量要求越来越严，因此汽车轻量化已成为降低油耗提高汽车安全性能的重要途径，激光拼焊技术得到了越来越多的重视。但由于激光拼焊板焊缝对母材性能产生较大影响，包含:料厚的阶梯差不同、焊缝材质的性能的变化，因此焊缝及焊缝周围板材在拉延成形过程中经常产生开裂、起皱、回弹较大等各种现象，因此研究激光拼焊板的材质变化及冲压成形性能有着十分重要的意义。
　　本文针对典型且常用的的拼焊板，利用杯突试验分析母材、焊缝移动对杯突高度IE的变化以及焊缝的强度。研究发现焊缝在越往厚度方向偏移，其焊缝移动量就越小;焊缝处及热影响区的强度总是大于母材强度。
　　以方盒型件激光拼焊为研究对象，建立单动拉延冲压成形数模，采用Autoform有限元软件进行数值模拟与研究。忽略焊缝及热影响区强度变化，视为刚性，这样建立的有限元相对简单，且可以准确模拟实际冲压成形运动过程及塑性变化过程。研究发现:方盒型件顶部的焊缝总是朝着板料厚度方向偏移，而在侧壁处逐渐过渡，朝着薄侧板料方向移动，在冲压件最外侧焊缝的偏移达到最大值。通过调节厚板料的比例、设置不同强度的拉延筋，以及设计不同厚薄激光拼焊板的方法，都能够有效控制焊缝的偏移问题。
　　通过某轿车激光拼焊车门内板，进行冲压成形性能仿真模拟研究，得出该零件在冲压成形过程中容易出现的缺陷问题，并通过设置合理的拉延筋位置和强度，使该冲压件冲压成形性能得到改善，并通过实际零件焊缝的移动与仿真模拟焊缝的移动进行对比，验证了焊缝的移动规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 激光拼焊板的研究现状

1．2．1 激光拼焊板存在的问题

1．2．2 激光拼焊板的研究现状

1．2．3 国外、内激光拼焊板的应用情况

1．2．4 激光拼焊板的优势

1．3 激光拼焊板冲压成形研究方法

1．3．1 激光拼焊模型的有限元模拟技术研究

1．3．2 金相组织研究方法

1．3．3 杯突试验对激光拼焊板成形研究

1．3．4 拉延成形对激光拼焊的成形研究

1．4 课题研究的意义和内容

第二章 激光拼焊成形工艺基础研究

2．1 激光焊接成形原理

2．1．1 激光焊接原理

2．1．2 激光作用下材料的焊接模式

2．1．3 激光焊接特点

2．1．4 激光拼焊设备

2．2 激光拼焊板成形工艺

2．2．1 拼焊刃口质量对焊缝影响

2．2．2 激光拼焊板焊缝处的组织结构特点

2．2．3 拼焊板成形起皱及开裂原理研究

2．3 本章小结

第三章 激光拼焊板焊缝移动规律研究

3．1 激光拼焊板杯突试验

3．1．1 杯突试验方法简介

3．1．2 试验设备和材料

3．1．3 实验方法

3．1．4 实验结果与分析

3．2 拼焊方盒状件模型有限元模拟研究

3．2．1 有限元模拟Autoform软件简介

3．2．2 激光拼焊方盒状件有限元数值模型建立

3．2．3 方盒型件有限元Autoform数值模拟流程

3．2．4 方盒型件有限元Autoform数值模拟方法

3．2．5 方盒形件有限元数值模拟结果与分析

3．2．6 不同材质及厚度差焊缝的移动结果与分析

3．3 本章小结

第四章 激光拼焊轿车侧门内板成形性能研究

4．1 引言

4．2 激光拼焊前门内板概况

4．3 前门内板冲压成形模面设计

4．3．1 前门内板冲压成形模面设计流程

4．3．2 冲压方向的确定

4．3．3 压料面及工艺补充面的确定

4．3．4 有限元模拟参数设置

4．3．5 拉延筋布置

4．3．6 前门内板有限元数值模拟结果

4．4 有限元数值模拟结果与分析

4．5 有限元模拟工艺方案改进措施

4．5．1 焊缝移动控制

4．5．2 压边力优化

4．5．3 拉延筋设置

4．5．4 有限元模拟优化结果与分析

4．6 模拟结果与生产试验验证

4．7 本章小结

结论

参考文献

致谢