专利名称：激光拼焊板冲压成形过程中的焊缝移动控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械加工领域，特指激光拼焊板冲压成形过程中的焊缝移动控制装置，主要用于应用激光拼焊板来冲压成形车身覆盖件的场合。采用本装置可以很好控制成形过程中焊缝移动以及由此造成的板料破裂和起皱现象。
所谓激光拼焊板是由两块或两块以上的板料在落料后、冲压成形前即焊接在一起。这些板料可能完全相同，也可能具有不同的厚度、机械性能和电镀类型。
使用激光拼焊板不仅可以减少零件数目，而且可以提供许多额外的好处，包括降低车身重量，提高结构整体性和刚性，改善尺寸精度，提高部件和子装配精度；减少冲压零件、工模具数目和工步，减少点焊量，简化输给系统，从而简化制造过程，大大降低成本；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；避免使用一些诸如加强筋之类的结构和夹具，简化车辆整体结构；通过将加强件整体化避免了搭接接头，从而提高了抗腐蚀性能；采用激光焊接可以减少设计边角料，并将废料回收进行后续冲压成形，从而节约材料；为汽车制造者提供更大的车身设计灵活性，为顾客提供低燃耗和性能优良的更轻便、更坚固的汽车，处于环保时代这一点非常重要。
拼焊板的使用尽管带来了诸多好处，但也出现了许多技术上难以解决的问题，其中最主要的是由焊缝区组织变化和焊缝移动等因素所造成的成形性能下降。拼焊板的成形极限应变与母材相比下降50％以上。由于车身覆盖件冲压成形是一个几何非线性、材料非线性、工艺边界条件非线性的大变形力学问题，激光拼焊板的应用，增加了问题的复杂性，加大了成形的难度。其中，焊缝位置移动所造成的冲压成形性能的下降是激光拼焊板面临的主要问题。由于拼焊板母材厚度不等，所用模具对薄侧板料没有压紧而发生板料起皱现象。当采用带台阶面的组合式刚性压边圈时，焊缝向薄侧材料移动时会造成薄侧板料破裂，焊缝向厚侧板料方向移动时会造成板料起皱。
美国西北大学Jian Cao和Brad L.Kinsey在1999年向美国专利局申请专利5,941,110“Adaptive method and apparatus for forming tailor welded blanks”(拼焊板成形的自适应方法和装置)，该专利采用液压缸来提供焊缝夹紧力。通过压力传感器和位移传感器产生的信号，由计算机控制液压方向阀和伺服阀来改变油缸压力，从而产生拼焊板成形过程中凸模不同位置所需要的焊缝夹紧力。Jian Cao的专利的优点是能够提供凸模不同位置的焊缝夹紧力，缺点是压料面和凸模型面没有设置台阶面，导致拼焊板薄侧板料没有压紧而发生起皱。
Werner Munzen在1997年向美国专利局申请了专利5,600,991“Stretchcontrolled forming mechanism and method for forming multiple gauge weldedblanks”(多厚度拼焊板成形的拉伸控制机械机构和方法)，其焊缝夹紧力由聚氨酯橡胶压缩产生，方法比较简单实用，但夹紧力大小难以调整，而且随着聚氨酯橡胶压缩量的增加，夹紧力由小变大，这与板料成形所需要的起始夹紧力大、随后逐渐减小的要求正好相反。
Youngmoo Heo等人在“拼焊板在布设拉延筋的深拉延过程中的焊缝移动特点”(材料加工技术杂志，111 p164～p169)文中，采用布置拉延筋的方法来控制激光拼焊板冲压过程中的焊缝移动，具体方法主要是通过改变拉延筋的长度和截面尺寸来控制焊缝移动量。由于激光拼焊板母材有厚度差(1.6mm×0.8mm，1.2mm×0.8mm)，该方法所用模具对薄侧板料没有压紧而发生板料起皱现象。
本实用新型的目的采用以下技术方案来实现其包括带台阶面的组合式压边圈和凸模、凸模垫板、压边圈垫板以及放置激光拼焊板的凹模，其特征为凸模、压边圈的一部分为可拆卸式，由凸模左和凸模右组成凸模，压边圈左和压边圈右组成压边圈，在垫板下设有压边圈台阶面高度差调节片、凸模台阶面高度差调节片；设置焊缝夹紧装置直接限制焊缝移动，夹紧杆前端敷一层聚氨酯橡胶以提高摩擦系数，产生更大的摩擦力；在模具压料面上布置高度可调的拉延筋。
台阶面高度差可根据激光拼焊板不同母材厚度进行调整，使厚侧和薄侧板料得到各自所需的压边力，来控制厚侧和薄侧母材变形情况而控制焊缝移动量；通过氮气缸产生的夹紧力，在激光拼焊板成形过程中将焊缝夹紧，以减小焊缝移动量，氮气缸压强可调以产生不同的夹紧力；拉延筋的布置可使薄侧板料较厚侧板料受到更大的拉延阻力而促使薄侧板料流入量减小、厚侧板料流入量增大，从而控制焊缝移动量的大小。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点1)使用有台阶面的组合式凸模和压边圈，可以同时满足不同厚度板料的压紧要求，既控制焊缝移动，又防止板料起皱；2)使用氮气缸来提供焊缝夹紧力，夹紧力大而且实现恒定；3)使用拉延筋可以方便地对激光拼焊板厚薄侧板料的变形流动情况进行控制，对氮气缸、组合式凸模和压边圈的焊缝移动控制功能进行补充调节。
凸模左1和凸模右6之间的工作型面上有台阶面存在，压边圈左14和压边圈右7之间的工作型面上也有台阶面存在，台阶面高度差取决于激光拼焊板厚侧13和薄侧8的厚度差，由压边圈台阶面高度差调节片4和凸模台阶面高度差调节片5进行调节。焊缝夹紧杆12的夹紧力由氮气缸11提供压力，氮气缸压力大小可根据需要调节。拉延筋9根据激光拼焊板和成形零件形状布置，拉延筋高度可以调节。
本实用新型工作过程为1)将激光拼焊板放在凹模10上，板料根据厚薄情况进行定位；2)压边圈7和14下行，与凹模10接触，将激光拼焊板夹紧并发生压边圈成形，同时凹模10上的拉延筋与压边圈7和14上的限流槽对拼焊板成形进行金属流动控制；3)凸模1和6开始下行，与焊缝夹紧杆12接触，焊缝夹紧杆12将焊缝压紧在凸模左1上；4)凸模继续下行，在焊缝被夹紧的状态下完成激光拼焊板的冲压成形；5)凸模上行，先与激光拼焊板分离；6)压边圈上行，与激光拼焊板分离；7)冲压件顶出，冲压过程结束。
本实施例仅用于说明本实用新型，而不进行限制。
权利要求1 激光拼焊板成形过程中的焊缝移动控制方法的装置，包括带台阶面的组合式压边圈(14、7)和凸模(1、6)、凸模垫板(2)、压边圈垫板(3)以及放置激光拼焊板的凹模(10)，其特征为凸模、压边圈的一部分为可拆卸式，由凸模左(1)和凸模右(6)组成凸模，压边圈左(14)和压边圈右(7)组成压边圈，在垫板下设有压边圈台阶面高度差调节片(4)、凸模台阶面高度差调节片(5)。
2 根据权利要求4所述的激光拼焊板成形中的焊缝移动控制装置，其特征为在凹模(10)中设有氮气缸(11)的焊缝夹紧杆(12)，焊缝夹紧杆前端敷有一层聚氨酯橡胶。
3 根据权利要求5所述的激光拼焊板成形中的焊缝移动控制装置，其特征为凹模(10)的压料面上设有高度可调的拉延筋(9)。
专利摘要本实用新型是一种控制激光拼焊板成形过程中焊缝移动量的装置，主要用于应用激光拼焊板来冲压成形车身覆盖件的场合。其采用三种结构组合来控制激光拼焊板冲压成形过程中的焊缝移动1)组合式的压边圈和凸模的成形部分带有台阶面，使激光拼焊板薄侧板料有足够的压边力而使焊缝移动量减少；2)利用氮气缸所产生的夹紧力，在激光拼焊板冲压成形过程中将焊缝夹紧以减少焊缝移动量；3)在模具压料面上合理布置拉延筋，控制激光拼焊板厚薄侧板料的变形流动情况。应用本装置可以很好地控制成形过程中焊缝移动以及由此造成的板料破裂和起皱现象。
文档编号B23K37/047GK2584341SQ02257820
公开日2003年11月5日 申请日期2002年10月17日 优先权日2002年10月17日
发明者陈炜, 杨继昌, 仲志刚 申请人:江苏大学