中型车侧围内板拼焊位置的确定及其对成本的影响

图5为中型卡车驾驶室侧围示意图，分别由料厚0.75mm的侧围角板和料厚1.6mm的侧围内板组成，分界线为图示的弯延曲线。最初工艺为两个零件分别成形再焊接成整体。按该方案相应的冲压排样及材料利用效果如图6所示。可以看出该方案的缺点是材料利用率极低，分别为36.2%和43.9%，同时零件生产工艺性也较差。考虑到两件的装配关系，初步判断如采用拼焊方式生产将有效改善产品工艺性和降低成本。

图5 中型卡车驾驶室侧围

图6 分件生产排样及材料利用效果

1.焊缝位置的选择

激光拼焊产品的设计意图能否通过工艺得到最好的实现，其关键的环节就在于拼焊焊缝的位置选择是否成功。焊缝位置的设定不仅要考虑产品功能和结构的需要，还要从冲压工艺性的要求、成本的要求等方面综合考虑，三者有机结合才会得到最优的设计结构和整车质量。

依据拉延理论和拼焊成形技术的研究成果等要求，可以得到以下选择焊缝位置的基本原则：

1）焊缝的选择首先要满足产品结构和功能的要求。

（2）焊缝为直线，且最好保证在完成工艺排样后为方形板料拼焊。

（3）焊缝应避免穿越产生拉延效果很大的区域，特别要防止焊缝平行穿越成形#p#分页标题#e#R区域。

（4）由于不同料厚的冲裁间隙差异，要尽可能避免焊缝穿越小孔冲裁位置。

以图5所示的侧围为例，产品最初设计结构为弯曲的折线。以该曲线为焊缝是拼焊技术目前所不能满足的，同时该曲线在图示A/B部位会由于拉延时焊缝的移动造成小孔处可能出现0.75mm、1.6mm两种料厚，这容易导致小孔冲头的弯曲或折断，因而需要重新选择焊缝位置。

按照焊缝设定原则（1）和（2）的要求首选的焊缝位置如图5红粗线所示。该焊缝的主要缺点在于拉延时焊缝向厚料移动仍会使A孔出现不同料厚，同时由于A处凸包起伏形状较大，可能出现拉延开裂。结合图5中A、C两孔的位置关系将拼焊线调整至图7所示位置，基本满足了相关各项要求。

图7 基本满足相关要求的焊缝位置

2.成本因素对焊缝位置的影响

图8所示为东风某车型侧围，初步设计阶段的拼焊线如红线所示。针对该方案的#p#分页标题#e#CAE分析结果为焊缝沿线严重开裂（图9）。其主要原因在于图示A处靠近R角，变形剧烈。

图8 某车型侧围及其拼焊线

图9 初定焊缝位置CAE结果

考虑该件的造型特点，完全满足工艺性的焊缝线如图8蓝线所示，CAE效果良好。对比图8的两条焊缝线可以看出，完全满足工艺性的方案1.6mm厚料区明显加大，因而零件重量加大、材料消耗也明显增加，所以该方案也不是最佳的结果。

能否类比图7的方式按图10设定拼焊线呢？若按照该方案实施，将最大限度符合产品要求并大大减少厚料区域，从而降低产品成本。

工艺分析图10方案最大的风险是台阶和斜面区域可能出现焊缝区开裂（CAE分析也印证了这一结果），需要对该区做相应设计更改。产品设计部门依据分析对相应区域做了斜面变缓和过渡处理，图11所示为经过产品优化后满足产品、工艺、成本诸因素的CAE分析结果。#p#分页标题#e#

图10 类比设定的拼焊线

图11 优化产品设计后满足工艺及成本的CAE结果

结语

激光拼焊板作为一种新的工艺手段，给车身制造带来新的产品解决方案，并给质量提高和成本降低带来了新的机遇。同时由于其工艺实施的特殊性，需要产品设计、冲压工艺和模具制造等相关人员更为密切的配合，才能最终制造出既满足结构和性能要求、工艺合理稳定、成本最低的合格产品。