2011201210_激光技术在汽车车身制造上的应用.doc.DOCVIP

激光技术在汽车车身制造上的应用 李 娜 天津大学机械学院车辆工程专业2011级硕士生 摘要：随着中国经济的发展，我国的发展模式也将从粗狂型经济向集约型经济发展。因此节能、安全、环保成为汽车技术的三大主题，而激光加工工艺，对解决汽车节能、安全和环保具有非常大的意义。激光加工属于新兴的高科技加工产业，它具有高质量、高效率、低成本、低污染的特点 。本文主要介绍激光拼焊板技术在汽车上的应用。 关键词：激光技术 汽车车身 应用 0 前言 在过去20多年，汽车厂家面临着减轻整车重量和提高燃油经济性．但同时也要提高整车安全性能和其他性能的压力．为满足这些需求，汽车结构的创新设计和制造方法就得到快速发展．其中一个成功的例子是上世纪80年代早期引入到汽车工业的激光拼焊扳[1]。激光以其光束能量密度极高、加热范围小、焊缝及热影响域窄、切割和焊接速度快、深宽比大和焊接变形小等优点，在白车身制造领域得到广泛运用。自1985年德国蒂森钢铁公司生产出第一批宽幅的激光拼焊板并走向商业化以来，激光的应用越来越广泛。近几年来，国内几个主流的汽车企业也相继使用了激光焊接技术。如图1所示为常用剪裁拼接技术。Ａ为采用不同 材料拼接工件；Ｂ为粘贴毛坯．在需要增强的部位贴上一块其它材料；Ｃ为采用热处理方法，使工件在不同部位获得不同的强度；Ｄ为三明治结构，工件两个表层和心部采用不同的材料，因而性能不同：Ｅ为采用辊轧的方法，获得沿轴向具有不同截面的型材类工件；Ｆ为将不同材料（如铝和钢）焊接在一起制造零件的方法。在剪裁拼接技术中，激光焊接起着十分关键的作用。 图1 裁剪拼接技术 1 激光拼焊板的特点 激光拼焊板是在成形前将两块或是更多的金属扳材焊接成一块板材[2]。跟据国外学者的研究．其优点多达37条。ULSAB(Ultra-Light Steel Auto Body,超轻钢车身)项目于1998年生产出样车。在这一超轻墅车上运用的拼捍扳零部件数量达到16件。约占车身重量的45%。由于通过采用拼焊板技术，使车身零件数量约减少25%。抗扭刚度提高了65%。振动特性改善35%，并且增强了弯曲刚度[3]。激光拼焊板的优点主要体现在以下几方面： 1）大大提高生产效率，降低整车制造及装配成本。 2）提高产品的精度，大大降低零部件的制造及装配公差。 3）提高了材料的利用率，辟低了材料的废料率。 4）实现对村料性能的最充分利用和最合理的材抖性能组合，增加产品设计灵活性。 5）提高了装配件的抗腐蚀性能，大大减少了密封措施的使用。 6）改良车身部件的抗击冲撞能力，提高车身的被动安全性。 7）结构的刚度得到大大改善，优化整车的振动特性，提高整车的舒适性。 8）通过部件的优化减轻了重量，从而降低油耗。 9）为生产宽体车提供可能。 2 激光拼焊板在汽车上的应用 先将不同或相同厚度、强度、材质的冷轧钢扳，切成合适的尺寸和形状，然后激光焊接成一个理想的整体，即激光拼焊板。由于激光焊接技术具有以上优点，可大量应用于汽车零部件中，如图2所示。 图2 激光拼焊板在汽车车身上的应用 2.1 门内扳 传统的门内板设计，需要在其前部安装车门铰链的地方，另外改计一块加强板．以保证有足够的强度支撑车门总成。而新设计的激光拼捍门内板则是在结构分析的基础上．在安装车门铰链子的地方直接采用厚度大、强度高的板材。省去传统的加强工艺，从而减少了生产步骤，简化了生产流程．也提高了侧面抗冲击性能．刚性增强约40%。使得汽车行驶时的自部噪音能进一步降低．如图3所示．传统工艺下的废料是0.886kg，而采用激光拼焊板的废料是0.138kg；如果每件减重0.748kg,则整车可轻量化1.5kg。至于加强部分，采用激光拼焊扳（1.8+0.8）mm来代替传统的（2+0.8）mm。就可达到同样的强度要求，每件可减重2.15kg，则整车可轻量化4.3kg。由此可以看出，激光拼捍扳即减轻了重量又降低了生产成本。 图3 激光拼焊板在汽车门内板的应用示意图 2.2 Ｂ柱 Ｂ柱必须有一定的刚性和缓冲性能．在侧向冲击时能够保证人身安全。如图4a所求．传统的冲压成形方法需要另外设计加强筋。而采用激光拼焊板技术先将两块不同厚度的钢板拼焊成一块整扳，然后冲压成型，达到提高侧面碰撞性能、取消加强筋实现减重、装配公差改善、生产工艺简化、降低成本的目的。 在激光拼焊过程中．可以调整焊缝的位置来满足成形需要．强度和硬度可抵抗侧向的冲撞，更好地控制弯曲．达到减少中间环节和节省材料的目的。 2.3