一种控制拼焊板拉深焊缝移动的方法 【技术领域】
本发明涉及汽车工业上的拼焊板零件加工技术，具体地说是一种控制拼焊板拉深焊缝移动的方法。
背景技术
在当今工业化飞速发展的时代，自然环境的改善是一个非常重要的问题。基于环保的考虑，目前人们众多注意力都被集中到如何节约自然资源上来。如交通运输是能源消耗的重要环节，对于运输系统，燃料的大量消耗、尾气的过度排放及各种材料的广泛应用都会影响自然环境。为此，汽车制造者提出新方案旨在降低车重、降低制造成本、提高产品性能。其中拼焊板是解决这些问题的重要方法之一。
所谓拼焊板是指冲压成形前将不同厚度、不同材质或不同表面涂层的平板材料焊接在一起形成的平板坯料。一般来讲，一个汽车部件可能由几部分组成，不同部分可能有不同要求，如有些部分要求防腐、高强度或高刚度，而其它部分则无很高要求。制造这样的部件通常有两种方法：1)部件分解方法，具体是每个部分分别冲压，然后焊接在一起成形部件的方法；2)部件综合方法，也就是用一块板进行一次冲压成形部件的方法。很明显，分解方法增加了材料的可选性，例如：钢板等级、涂层类型、材料厚度等，不同部分用不同厚度或不同强度地材料可以减重，并且不同部分用不同厚度或不同涂层类型的材料可充分利用废料进而节省资金，但也因为需要更多的模具和冲压过程而增加了冲压和模具费用、各部分结合的装配费用、各部分的形状匹配问题、以及为了点焊而预留的额外的法兰边重量；部件综合方法正好相反，每个部分必须用相同的钢板等级、涂层类型和材料厚度，这样对其中的一些不需要部分就显得多余，造成了浪费；此外，部件综合方法可能潜在的增加成形难度。应用拼焊板，不但吸收了两种方法的优点，而且可以克服除成形问题外的上述所有问题。此外，不同强度或厚度的材料应用于一个部件上可以简化车辆的整体结构，以至可以去除一些结构和固定装置，如加强筋，还减少了部件数量和装配工序。
但是，拼焊板在工业上应用最突出的问题就是焊缝移动问题。拼焊板拉深的方盒件盒底部焊缝向厚板侧移动距离较大，侧壁焊缝向薄板侧移动距离较大。由于板料厚度不同，导致板料在成形中所受的拉力不同，板料各点的变形状态不均匀，影响了板料的使用性能，因此控制拼焊板拉深变形焊缝移动问题当前主要解决的问题。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种能提高冲压件成形质量的控制拼焊板拉深焊缝移动的方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：在靠近拼焊板厚坯料一侧设拉深筋以增加厚坯料侧法兰区拉应力，减小切向压应力，进而控制焊缝移动；具体是在凹模与压边圈相对的任一表面上设置凸台形状拉深筋，于靠近坯料厚板侧、并靠近焊缝的径向拉应力较小的直线部位上，而且与焊缝平行；
在拉深筋结构上由外到内高度逐渐减小的形状，并且截面顶部为平滑过渡的圆弧形状；所述拉深筋顶端最高处到设置拉深筋的凹模或压边圈的表面之间距离为2～5mm；所述拉深筋底部宽度大于顶端宽度；
所述拉深筋具体结构可以为：在凹模或压边圈相对的任一表面、靠近坯料中的厚板侧径向对称开两个键槽，键槽边缘设置圆角；另设两个键，把两个键分别放入所述两个键槽中，在凹模或压边圈表面形成凸起的拉深筋；在没有拉深筋的压边圈或凹模上与拉深筋相应位置处也开两个槽，其形状和尺寸与拉深筋的形状和尺寸对应；所述拉深筋具体结构可与凹模或压边圈为一体式结构，具体是在凹模与压边圈相对的任一表面上、靠近坯料中的厚板侧径向对称设两个一体式凸起作为拉深筋；在没有拉深筋的压边圈或凹模上与拉深筋相应位置处开键槽，其形状和尺寸与拉深筋的形状和尺寸对应，其键槽边缘设置圆角。
本发明具有如下优点：
1.能有效地控制焊缝移动。以方盒件的制作为例，没设置拉深筋时，拉深的方盒件盒底部焊缝向厚板侧移动距离较大，侧壁焊缝向薄板侧移动距离较大。采用本发明拉深筋后，拉深的方盒件盒底部焊缝向厚板侧移动距离减小(减小50％以上)；侧壁焊缝向薄板侧移动距离明显减小(减小60％以上)。
2.能保证冲压件的成形质量。在板料成形中采用本发明将会起着如下重要的作用：1)可以平衡板料在成形中所受的拉力，改善板料各点的变形状态，使变形趋于均匀；2)还可以降低压边圈的压力，提高冲压件的成形质量。本发明拉深筋方法可作为大型复杂冲压件成形中控制板料成形的一种重要控制手段。
【附图说明】
图1为本发明实验模具的整体结构示意图。
图2为图1中B-B视图。
图3为本发明一个实施例中压边圈上键、键槽及凹模上槽的形状和坯料局部剖视图。
图4为图3中所设拉深筋用的键结构主视图。
图5为图4的A-A视图。
图6为本发明另一个实施例中压边圈、凹模上及坯料局部剖视图。
图7a为一个实施例对方盒件实施结果实物图(未采用拉深筋)。
图7b为本发明一个实施例对方盒件实施结果实物图(采用拉深筋)。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
其方法是：在靠近拼焊板厚坯料一侧设拉深筋以增加厚坯料侧法兰区拉应力，减小切向压应力，进而控制焊缝移动；具体是在凹模与压边圈相对的任一表面上设置凸台形状拉深筋，于靠近坯料厚板侧、并靠近焊缝的径向拉应力较小的直线部位上，而且与焊缝平行。
其模具结构见图1，由上模板1，凹模2，坯料3，压边圈4，垫板5，下模板6，拉深凸模7组成，坯料3夹置在凹模2与压边圈4中间，压边圈4下依次为垫板5和下模板6，拉深凸模7从下上移，使坯料全部进入凹模，加工出方盒形件；本发明在压边圈4上、靠近坯料3厚板侧、并靠近焊缝的径向拉应力较小的直线部位上设置拉深筋8，而且与焊缝平行，为了防止拉深阻力过大，而使坯料3被拉裂，在拉深筋8结构上采用了由外到内高度逐渐减小的形状。
为了控制焊缝移动，本实施例实验模具上设置的拉深筋8结构是：在压边圈4上表面、靠近坯料3的厚板侧开径向对称两个键槽，参见图2。另设两个键(参见图4、5)，把两个键分别放入两个键槽中，并在高度上露出压边圈4上表面一部分，形成凸起的拉深筋8，参见图3。在凹模2下表面、于拉深筋8相应位置处也开两个键槽9，其形状和尺寸与键露在压边圈4上表面部分(即拉深筋8)的形状和尺寸对应，拉深筋8形状为由外到内高度逐渐减小的具有平滑过度功能的弧形状，所述拉深筋8顶端最高处到设置拉深筋8的压边圈4的表面之间距离为2mm；并在凹模2键槽边缘设置了圆角，以防止在拉深时刮擦坯料3。以上参见图2～5。
在拉深过程中，工作程序如下：
1)将作为拉深筋8的键放入键槽(或筋槽)中；
2)将拼焊板坯料3放入压边圈4上，并定位；
3)凹模2开始下移，将坯料3压紧，并施加压边力，将压边力控制在预定值上；
4)凸模7开始上移，使坯料3拉深变形，直至坯料3完全进入凹模2，加工出方盒形件。
由于厚的坯料相对薄的而言塑性较好，本发明在拼焊板厚坯料一侧设拉深筋8主要是增加厚坯料侧法兰区拉应力，减小切向压应力，进而控制焊缝移动；
采用本发明可以提高板料在成形中所受的拉力，改善板料各点的变形状态，使之趋于均匀；还可以降低压边圈的压力，提高冲压件的成形质量。具体实验数据：板料为圆形，直径为186mm，用激光焊接方法由0.8mm和1.5mm厚08Al钢板对焊而成，焊缝在中间，所用钢板(08Al)的性能参数如表1所示。
表1 08Al钢板性能参数牌号 厚度/ (mm) 抗拉强度 σb/Mpa 屈服强度 σs/Mpa 弹性模数 E/Mpa 硬化指 数n 泊松比 μ08Al 0.8 283 165 207000 0.21 0.28 1.5 357 250 207000 0.21 0.28
结果如图7a、7b所示，以方盒件拉深为例，图7a表示没设置拉深筋8时的拉伸件，拉深的方盒件盒底部焊缝向厚板侧移动距离较大，侧壁焊缝向薄板侧移动距离较大。图7b表示采用本发明拉深筋8后，拉深的方盒件盒底部焊缝向厚板侧移动距离减小，与没设置拉深筋8相比，减小50％以上；侧壁焊缝向薄板侧移动距离明显减小，与没设置拉深筋8相比，减小60％以上。
总之，本发明能有效地控制焊缝移动，从而实现拼焊板拉深成形，提高冲压件的成形质量，提高了生产率，降低成本。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
本实施例在模具上设置拉深筋8的结构为：将键与压边圈4做成一体，即在压边圈4表面上、靠近坯料中的厚板侧径向对称设两个一体式凸起作为拉深筋8；所述拉深筋8顶端最高处到设置拉深筋8的压边圈4的表面之间距离为5mm，并且截面顶部为平滑过渡的圆弧形状，在没有拉深筋8的凹模2上与拉深筋8相应位置处开键槽，其形状和尺寸与拉深筋8的形状和尺寸对应，在凹模2的键槽边缘设置圆角。使用方法同实例1，参见图6。这样可以使模具结构简单。
实施例3
与实施例1不同之处在于：
所述拉深筋8具体结构可以为：在凹模2下表面、靠近坯料中的厚板侧径向对称开两个键槽；另设两个键，作为拉深筋8，所述拉深筋8底部宽度大于顶端宽度，其顶端最高处到设置拉深筋8的凹模2的表面之间距离为3mm；把两个键分别倒置后放入两个所述键槽中，在凹模2下表面形成凸起的拉深筋；在没有拉深筋的压边圈4上表面与拉深筋8相应位置处也开两个槽，其形状和尺寸与拉深筋的形状和尺寸对应，其槽边缘设置圆角。
实施例4
与实施例3不同之处在于：
所述拉深筋具体结构可与凹模2为一体式结构，具体是在凹模2下表面、靠近坯料中的厚板侧径向对称设两个一体式凸起作为拉深筋8；在没有拉深筋8的压边圈4的上表面与拉深筋8相应位置处开键槽，其形状和尺寸与拉深筋8的形状和尺寸对应，在压边圈4的键槽边缘设置圆角。