新技术在车门制造中的应用

新技术在车门制造中的应用

王立影,王芝斌,卢兵兵,李刚

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2

1

1

(1上海通用汽车有限公司整车制造工程部,上海201201;2上海振华重工(集团)股份有限公司设计五公司,上海200125)

摘要:随着对汽车车身轻量化及汽车制造柔性化的要求日益提高,汽车制造新技术越来越多地得到应用。车门作为车身结构的重要组成部分,其制造新技术也备受关注。介绍新技术在汽车车门制造中的应用,包括拼焊板技术、热冲压成形技术及机器人滚边技术,着重分析各新技术的特点优势,为车门设计和制造提供参考。关键词:拼焊板;热冲压;机器人滚边

中图分类号:TG376󰀁2󰀁文献标识码:B󰀁文章编号:1671󰀂3133(2010)06󰀂0144󰀂04

Applicationofnewtechnologyforautomotivedoormanufacturing

WANGLi󰀂ying,WANGZhi󰀂bin,LUBing󰀂bing,LIGang

1

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1

(1VehicleManufacturingEngineering,ShanghaiGeneralMotorCo.Ltd.,

Shanghai201201,China;2No.5DesignCompany,Shanghai

ZhenhuaHeavyIndustryCo.Ltd.,Shanghai200125,China)

Abstract:Astheincreaseofrequirementforautomobileslightweightingandflexiblemanufacturing,newtechnologyaremoreandmoreappliedinautomobilemanufacturing.Dooristheveryimportantpartofautomobilebody,moreattentionarepaidtonewtechnologyduringmanufactureofdoor.Generallyintroducethenewtechnologyofdoormanufacturingincludingtailoredweldblank,hotstampingandrobotrollerhemming.Thetechnicaladvantagesofeachtechnologyarerelated.Theseprovidereferenceforthedesignandmanufactureoftheautomotivedoor.

Keywords:tailorweldedblank;hotstamping;robotrollerhemming

0󰀁引言

近年来,随着节省能源和控制环境污染的需求逐

渐增加,采用新材料和新技术来实现汽车轻量化结构成为汽车发展的重要方向。同时,不同客户对汽车个性化的要求越来越高,市场竞争日益激烈,汽车行业生产厂家要不断进行新车型的开发,并在车身、油漆和总装等不同生产线进行不同车型共线生产的柔性化制造生产模式。由此说明,汽车制造的轻量化和柔性化已成为汽车制造企业提高其市场竞争力的途径,并贯穿于汽车生产的各个环节。车门是车身结构的重要组成部件,通常由门外板、门内板、车门防撞梁和窗框等组成。车门制造主要包括门内板、门外板及加强件等的冲压成形,以及将内板组件与外边进行连接的包边技术。为满足轻量化和柔性化的制造要求,新技术亦在车门部件制造中得到应用。本文着重介绍车门制造中的拼焊板、热冲压成形及机器人滚边等新技术及其优势,为车门的设计和制造提供参考。1441󰀁车门制造新技术

1󰀁1󰀁激光拼焊板技术

激光拼焊板成形技术在车门制造中广泛应用,该技术是指将两块或两块以上的薄板在冲压成形前用激光焊接在一起,然后进行冲压成形,以满足不同部位零件的性能要求。这些薄板可以具有不同的厚度、力学性能或涂层材料。以车门内板为例,为了保证功能的需要,车门内板的主体必须有一定的柔性,而门板的前部和后部需要有一定的强度,采用拼焊技术,可先将三块不同厚度的钢板拼焊成一块整板,如图1所示,即可冲压成形。与传统的白车身生产过程相比,激光拼焊板的使用有很多技术优势。传统车身装配中的大量点焊,把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接。点焊改为激光拼焊技术可以节省钢材,并使零件数量减少,从而简化生产设备和制造工艺,大大提高生产效率,降低整车制造及装配成本。常规门内板与拼焊门内板生产成本对比如图2所示

[1]

。由于产品

󰀁综述现代制造工程2010年第6期

防撞梁的强度,保护驾驶室内人员安全。热冲压成形是将钢板加热至奥氏体状态,然后进行冲压并淬火处理,获得在室温下具有的均匀马氏体组织

[2󰀂5]

的高强

度钢板构件。以车门防撞梁为例,热冲压成形过程如

[6]

图3所示,板料毛坯开卷下料后,放入加热炉中加热到奥氏体化温度,然后放入带有冷却系统的模具中冲压成形,并在模具中保压并淬火一段时间使零件形状尺寸趋于稳定,保证钢板在具有较好成形性能的同时,在形变过程中能够快速冷却,获得在室温下具有均匀马氏体组织的超高强度钢部件。

图1󰀁汽车门内拼焊板

的不同零件在成形前即通过激光连续焊接工艺焊接在一起,因而提高了产品的精度,大大降低了零/部件的制造及装配公差;通过部件的优化减轻了重量,从而降低油耗;通过对材料厚度以及质量的严格筛选,在材料强度和抗冲击性方面给零/部件带来本质的飞跃,同时改良了结构。在撞击过程中,可以控制更多的能量得到吸收,从而改良车身部件的抗击冲撞能力,提高车身的被动安全性;激光拼焊板可实现对材料性能的最充分利用,达到最合理的材料性能组合;材料厚度的可变性以及可靠的质量,保证了对某些重要位置的强化改进可以顺利进行;对产品的设计者而言增加了产品设计的灵活性。

图3󰀁热冲压成形过程

在生产和制造方面,热冲压成形技术有着巨大的优势:1)变形抗力小,设备成本低。由于钢板是在高温下成形,材料变形抗力相对较小,塑性好。与冷成形相比,热冲压成形可以明显地降低变形抗力,热变形情况下的材料真实抗拉强度约为常温下的40%,从而减少轧机吨位及设备投资。2)超高强度钢板的高强度特性,可以在厚度减薄的情况下依然保持汽车车身的机械性能要求,从而减轻汽车重量。 超轻钢制车身!联盟所做的研究表明,超高强度钢板在车身中的应用量达到80%,可以在不增加成本的情况下,汽车车身的重量比普通钢结构车身降低20%;在撞击过程中,可以控制更多的能量得到吸收,从而增强耐撞性能。3)实现控形。与传统的冷冲压工艺不同,热冲压工艺中的零件成形和保压定形均在模具中进行,零件基本没有回弹,增加了零件的尺寸精度。

近年来,世界各国汽车业投入大量的精力来开展超高强度钢板开发及热冲压成形技术的研究,并且在欧美、日本以及国内的主要汽车制造企业已开始使用热冲压成形技术生产的超高强度钢板构件,除车门防撞梁外,还有保险杠加强梁、A立柱、B立柱、和C立柱等。德国蒂森克虏伯公司、美国本特朗特公司和法国阿塞洛公司都可以提供超高强度的热冲压部件。1󰀁3󰀁机器人滚边技术

为提高车门制造的柔性化,机器人滚边技术逐渐在汽车制造中广泛应用。机器人滚边是指通过滚轮施加作用力将车门外板在冲压过程中预留的翻边向内侧翻折,从而将门外板的待包边紧紧压紧门内板,

[8]

使门外板和门内板被整合成一体,如图5所示。机

145

[7]

图2󰀁常规门内板与拼焊门内板生产成本对比

激光拼焊板技术在全球新型钢制车身设计和制造上获得了日益广泛的应用。奔驰、宝马和通用等各

大汽车生产厂相继在车身中采用激光拼焊板技术。目前,由拼焊板生产的汽车零/部件除了前后车门内板外,还有前后纵梁、侧围、底板、车门内侧的A立柱、B立柱、C立柱、轮罩和尾门内板等。1󰀁2󰀁热冲压成形技术

将热冲压成形技术应用于车门防撞梁中,以提高

󰀁现代制造工程2010年第6期综述

图4󰀁热冲压成形在车身中的应用

1󰀁车门防撞杆󰀁2󰀁保险杠󰀁3󰀁车身纵梁、横梁

4󰀁A立柱、B立柱󰀁5󰀁车门加强板

图6󰀁车门机器人滚边

器人滚边系统主要包括三大部分:滚边夹具系统、滚

轮系统、机器人及其控制系统。滚边夹具系统用于将待滚边钢板固定在滚边模具上,而滚轮系统中,滚边头固定到工业机器人上,滚边头上面的滚轮根据折叠加工步骤的不同进行选取,通过滚轮将外部钢板的边缘绕里面的钢板进行弯曲。机器人及其控制系统主要用于控制滚轮的运动轨迹,以及机器人与其他相关系统之间的通信,可根据车身外形变化设定程序,以满足不同零件形状的滚边需求。

和机器人滚边技术能够减轻车身重量,提高整体刚度和安全性,增强制造柔性,符合汽车环保、节省能源和提高安全性能的发展方向,符合汽车制造业柔性化制造的要求。这些新技术在以下几个方面需要进一步发展:1)不同材料、厚度等板料进行焊接时,焊接工艺的选取有待进一步研究。2)热冲压成形过程中既有板料变形又有温度变化,因此模具设计及热冲压工艺制定需进一步优化。3)影响滚边质量的因素很多,如机器人滚边程序编制与优化、滚边头压力控制、滚轮尺寸及形状和滚轮行进路线及方式等,因此,如何快速有效地对机器人滚边质量进行控制仍然需要进一步探讨。

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图5󰀁机器人滚边示意图

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[7]󰀁TheExhibitionNewspaperforthe61st.InternationalMo󰀂

torShowinFrankfurt,Sept.2005:15-25.

机器人滚边是一种创新型的连接方法,与传统的

冲压包边相比,机器人滚边由于模具数量较少,包边单元的投资和维护费用都相对较低,且其开发时间和投入使用的准备时间比较短。另外,滚边系统具备极高的灵活性,不同的型号可以在同一个制造单元中生产,滚边机器人还可以在制造单元中进行其他的抓取或涂胶等任务,在保证零件外观美观性和车身装配精度的同时,使制造单元柔性化,提高生产效率,减少投资,降低维护成本及作业面积。因此,车门内板和外板的连接已经逐步采用机器人滚边技术,车门机器人滚边现场如图6所示,而国内外一些先进的汽车制造企业已将此项技术应用于后盖、发动机罩、天窗开

[10,11]

口以及轮罩等部位的生产当中。

[9]

2󰀁结语

汽车车门制造中的拼焊板技术、热冲压成形技术146(下转第59页)

󰀁制造技术/工艺装备Hscc(s)为:

2^TLTasL[󰀁]

Hscc(s)==

L[󰀁](TLs+1)(Tss+1)(Tas+1)

󰀁󰀁…………………………………………(8)

^

式中:L[󰀁]为运动平台提供的旋转运动(频域);L[󰀁]

现代制造工程2010年第6期

与液压,2006(6).

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为人体感知到的旋转运动(频域)。

将模拟器闭环中经过洗出和运动系统模型前后

的俯仰角速度的差值提取,使之通过半规管模型传递函数,得到俯仰角速度的体感差值,比较优化前后该差值大小,即进行时域验证。若差值减小,则说明逼真度有所提高。验证结果为差值最大值由0󰀁14rad/s减小到0󰀁06rad/s,这表明优化效果较好。

3󰀁结语

1)通过建立飞机和飞行模拟器的人在闭环的仿真模型,实现基于操纵输出功率谱密度分析的逼真度评价方法和针对评价指标的洗出参数的优化配置,俯仰单轴仿真结果表明提高了该评价方法下的逼真度。

2)采用建立双闭环模型对逼真度进行评价,提高了评价的客观性,在建立闭环的时候,应更多注重各个模型的选择和简化效果,提高精确性和结构合理性。

3)此评价优化过程可用于飞行模拟器的一体化设计,优化设计其他参数,如运动系统的结构参数、控制参数等,有助于提高飞行逼真度和模拟有效性,进而提高模拟飞行训练效果。

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作者简介:李蕊,硕士研究生,主要研究领域为飞行模拟器逼真度

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姜洪洲,副教授,博士,研究方向为仿真技术、虚拟现实技术。

E󰀂mai:llirui󰀂19850928@163.com收稿日期:2009󰀂05󰀂22

(上接第146页)

󰀁󰀁

[8]󰀁

JensBaumgarten,PeterPlapper.NumericalAnalysisofHighSpeedRollerHemmingProcesses.http://www.dynamore.de/documents/papers/forum2005/numerical󰀂

analysis󰀂of󰀂high󰀂speed󰀂roller󰀂hemming.[9]󰀁http://www.sinkoh.com/e_sean02.htm.

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作者简介:王立影,工程师,博士,研究方向:汽车制造技术。E󰀂mai:lwangliying@ymai.lcom收稿日期:2009󰀂11󰀂20

动化博览,2008(9):74-75.

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