陈财彬
广州花都宝井汽车钢材部件有限公司
摘要：基于差厚拼焊板成形时由于板料发生塑性变形从而不可避免地会出现焊缝线偏移现象，采取预先对坯料焊缝线进行调整优化的方式来缩小成形后焊缝线与设计焊缝线的偏差。先在压料面或填补的孔洞上延伸合并分离的焊缝线，然后将焊缝线离散成系列点后通过网格映射法建立设计焊缝线、坯料焊缝线及成形后焊缝线三者之间的位置映射关系，然后通过仿真计算获取成形后焊缝线与设计焊缝线各对应离散点之间的偏差，并依据偏差值对坯料焊缝线离散点进行相应的偏移，获得坯料理想的曲线焊缝。在此基础上对曲线焊缝直线化，并根据直线焊缝坯料的仿真计算结果对坯料焊缝进行适当的偏转和平移，从而缩小成形后焊缝线相对于设计焊缝线的偏差。冲压试验结果表明该方法是有效的，同时也揭示了成形后焊缝线相对于设计焊缝线有偏差主要是因为坯料选用了直线焊缝。
关键词：冲压；拼焊板；焊缝线；偏移
引言
激光拼焊板的应用是汽车车身轻量化的有效途径之一，但拼焊板不同材料以及不同厚度的组合在成形过程中表现出不同的力学性能和不同程度的变形，使得成形过程很难控制，薄弱一侧材料易出现开裂、起皱等缺陷，成形过程中焊缝线不可避免地会产生偏移，使得实际成形后零件的焊缝线与设计焊缝线产生偏差。目前对焊缝线位置偏差的控制主要有两种方式。一种是过成形工艺控制法，即通过优化模具设计参数、成形工艺参数等实现焊缝偏移的控制。
1差厚拼焊板成形特点
等厚拼焊板成形时，模具型面与普通非拼焊板成形时的一致。差厚拼焊板成形时，坯料采用单面平齐的拼接方式，型面一面是平的，而另一面存在着明显的阶梯高度差异，因此相应的模具型面上也根据料厚的差异设置了相应的阶梯。由于模具型面，特别是圧料面上阶梯两侧的间隙不同，对应的薄侧区域材料可以通过阶梯流入厚侧区域，但厚侧区域材料不能通过阶梯流入薄侧，因此阶梯的位置与最终所形成的焊缝线的位置必须相适应。实际成形时若零件焊缝线与模具阶梯相距太远，易造成焊缝线薄侧压不实而起皱，若太近，厚侧材料可能侵入薄侧造成成形无法到底，局部压力极高，可能损毁模具造成安全事故。因此差厚拼焊板成形时无法在模具调试时去调整坯料焊缝线的位置，以缩小实际焊缝线相对设计焊缝线的偏差，只能通过预先对实际焊缝线进行反求并依此构建并加工出模具上的阶梯型面后进行试冲验证。
2拼焊板板料焊缝线形状位置确定
2.1设计焊缝线的补充、提取及离散
板料上焊缝线的反求需要以设计产品上焊缝线形状、位置为依据，在初成形板料上进行投影。车门内板是差厚激光拼焊板应用的典型零件，为一个仿车门内板零件模型，由于零件特性，设计焊缝线有时只是其中一部分，需要先将跨焊缝线的孔洞等特征补上，将分段焊缝线连接成整体。在成形过程中，板料上工艺补充面部分的焊缝线对焊缝线的偏移影响较大，故先对设计零件进行整体工艺补充面压料面设计，按照设计焊缝线自然斜率延伸到工艺补充面压料面上。
2.2离散点的投影计算及新坐标的求解
将设计焊缝线离散点投影到成形后的网格模型上。根据焊缝线预反求成形前后网格模型与离散点的具体位置关系，其投影点求解的最佳方法是距离该离散点最近的投影点所在网格模型的单元上。设计焊缝线离散点投影计算后，需要找离散点在平板坯料上对应单元投影点。求解平板坯板料上对应投影点新坐标，实质上是利用变形前后网格模型的单元节点的位置对应关系，采用面积坐标由投影点在变形单元上的相对位置来确定成形前对应单元上新的位置坐标，即可获得离散点在板料上新的投影点坐标的位置信息。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.3焊缝线优化区间的确定
根据反求出的焊缝线节点初始位置，两极限端点在其初始法向组成一个闭合区域，根据设计模型要求焊缝线段数可以确定不同的焊缝线形状位置。当设计模型及板料要求为单段焊缝线时，根据网格映射反求出焊缝线在板料上初始数个极限节点位置N1、N2、N3，在优化过程需要对最大极限位置进行分析，故N2、N3两极限位置选择在节点法向最大极限点，即N2，此时N1、N2两点在垂直于法向与原板料组成一闭合区域，两端位置的不同点组成不同的焊缝线和板料组合。
3焊缝线控制的几个关键问题
3.1模具阶梯型面曲线初始构建
焊缝线的构建包括坯料焊缝线及模具型面阶梯曲线构件两个部分，二者存在着密切的联系。依据产品模型构建工艺补充面及压料面形成完整的冲压工艺模型后，由于设计焊缝线仅仅只是在产品之上，因此与产品对应的模具型面部分的阶梯可以根据产品焊缝线初步确定，但除此之外，还需要确定非常产品区域（工艺补充面、内部孔洞填充面、圧料面）的焊缝。内部孔洞填充面焊缝的获取比较简单，采用曲线光滑连接即可实现。产品及内部孔洞填充面属于模具型面的一部分，但工艺补充面及压料面上的阶梯型面需要另行确定。
3.2坯料焊缝的调整计算
坯料焊缝是否符合要求需要根据成形后焊缝相对设计焊缝的偏差进行计算，焊缝线离散之后可以转化为计算产品内离散点的偏差。当这些离散点的偏差最大值Δｉｍａｘ小于某一阈值时，认为坯料焊缝线精度已达到要求，否则需要对坯料焊缝线进行调整。计算出成形后所有离散点相对偏差Δｉ，然后坯料上与之对应的离散点也偏移Δｉ，拟合成曲线后即可获得坯料新的焊缝线，
3.3曲线焊缝的直线化
通过反求计算获得的坯料焊缝是一条曲线，理论上坯料采用曲线焊缝在成形之后可以无限逼近设计焊缝，但目前坯料焊缝均为直线焊缝，因此所求得的曲线焊缝需要直线化，直线化的基本原则是使得成形后的焊缝与设计焊缝的偏差尽可能地校坯料曲线焊缝初始直线化对焊缝直线化过程就是求解曲线焊缝中线的过程，最常用的中线求解方法为最小二乘法。焊缝直线化之后除了带来成形后的焊缝与设计焊缝之间的偏差外，还可能使得成形后的焊缝相对设计焊缝产生角度偏差及横向整体偏移，因此后续还要进行直线焊缝的偏转调整及整体平移。
3焊缝线控制的基本流程
焊缝线反求需要反复比较进行迭代计算，采取的基本过程是先求解出理想的坯料曲线焊缝，然后直线化，再进行偏转和平移调整。具体流程如下。（1）初始构建模具阶梯型面曲线，由该型面曲线确定初始坯料焊缝线。（2）进行成形仿真，同时将焊缝线离散并应用网格映射法建立离散点"设计－坯料－成形件"三者之间的映射关系。（3）将成形后焊缝与设计焊缝进行比较获取偏差，如偏差过大则根据离散点各自的偏差值对坯料焊缝进行调整后再仿真。循环此过程，直到偏差在所要求的精度范围内。此时将获得比较理想的坯料曲线焊缝。（4）将曲线焊缝直线化后进行成形仿真计算，比较两个高点（两个低点）相对设计焊缝的偏差值，进行相应的偏转调整。循环此过程，直到偏差在所要求的精度范围之内。（5）比较成形仿真后最高点和最低点之间的偏差值，相应地对直线焊缝进行整体平移。循环此过程，直到偏差在所要求的精度范围之内。
结语
在冲压工艺确定的情况下，坯料采用曲线焊缝可以将差厚板零件焊缝线偏差控制在很小范围内。）成形后焊缝与设计焊缝之间有偏差的主要原因是坯料采用了直线焊缝。
参考文献
[1]陈景浒，揭晓华，毛新平．65Mn钢圆锯片淬火硬度不均的原因分析[J]．金属热处理，2010，35(12)：124-126．
[2]欧鹏，江来珠．锯片钢75Crl连铸板坯裂纹成因初探[J]．机械工程材料，2007，3(18)：76-78．
论文作者:陈财彬
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：坯料论文; 偏差论文; 板料论文; 曲线论文; 直线论文; 位置论文; 阶梯论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;