一種焊接技術(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種沖壓成形技術(shù)，具體地說是一種焊接技術(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在汽車、飛行器、機床裝備等工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中，薄板金屬塑性成形(沖壓成形、彎曲成形等)是重要的生產(chǎn)方法。以汽車制造為例，為了車體的美觀設(shè)計，車身覆蓋件拉延深度增大，很多產(chǎn)品會有筋線設(shè)計；同時為了提高車體安全性和降低重量，系列高強度鋼材和輕質(zhì)合金應(yīng)用愈加普遍。這對復(fù)雜覆蓋件的塑性成形帶來了困難。
[0003]高強鋼、高強鋁合金、鎂合金等材料由于硬度高或塑性較差等特點成形性較差。采用冷沖壓時成形精度差，所需設(shè)備噸位大。熱沖壓技術(shù)通過加熱板材提高塑性的方法增加精度并降低設(shè)備需求，然而長時間的加熱和保溫環(huán)節(jié)降低了生產(chǎn)效率。對此，國際上提出了系列局部加熱的沖壓技術(shù)，主要包括:
[0004]I)利用通電的方法加熱沖壓模具，使其對難成形的結(jié)構(gòu)件局部溫度升高增加成形性；2)利用火焰、激光、電磁等方法對板材局部加熱后進行熱沖壓。
[0005]以上這些技術(shù)手段特點均是在沖壓過程中利用提高板材溫度的方法以增加精度和成形性。然而，這些技術(shù)卻存在諸多實際應(yīng)用難題:模具加熱設(shè)備設(shè)計要求高，需要對加熱的位置以及溫度進行精確控制，整體工藝復(fù)雜度高，這限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。
[0006]—些較軟的鋼板、鋁板同樣存在復(fù)雜結(jié)構(gòu)成形精度低的問題，流變行為難以控制，高回彈量大。對此，一些板材在乳制成形過程中通過乳輥的調(diào)節(jié)形成梯度硬度板材，以利于后期的塑性成形加工。然而，這類板材硬度可調(diào)節(jié)性差，實際復(fù)雜結(jié)構(gòu)適應(yīng)性低，限制了其工業(yè)應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)上述提出的薄板金屬在塑性成形過程中對板材的溫度控制、硬度調(diào)節(jié)等較難實施而導(dǎo)致的板材硬度差、成形性差的技術(shù)問題，而提供一種兼?zhèn)涓咝屎透叱尚涡缘暮附蛹夹g(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法。本發(fā)明主要通過焊接熱源對板材熱作用的冶金反應(yīng)，即對焊縫部位進行處理，提高焊縫硬度，然后送入沖壓設(shè)備進行塑性成形加工，從而得到成形精度較高的結(jié)構(gòu)件。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:
[0009]—種焊接技術(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法，其特征在于包括如下步驟:
[0010]S1、將待加工的板材用夾具固定，按預(yù)設(shè)的參數(shù)調(diào)節(jié)焊接熱源參數(shù)，利用焊接熱源沿預(yù)定軌跡在板材表面進行堆焊，通過焊接熱源對板材熱作用的冶金反應(yīng)改變材料局部特性，即對焊縫部位進行熱處理改變材料性質(zhì)，焊接后焊縫溫度可在較短時間內(nèi)降低接近室溫，焊接完成后松開夾具；
[0011]S2、將焊后的板材送入沖壓設(shè)備，將板材上的焊縫位置與相應(yīng)模具和壓頭的位置對應(yīng)放置，根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)進行沖壓成形，沖壓結(jié)束后得到塑性成形結(jié)構(gòu)件。
[0012]進一步地，所述板材可選用鋼材、鋁合金、鎂合金、鈦合金和銅合金，但不局限于上述列舉的幾種金屬。
[0013]進一步地，所述板材的厚度為0_5mm。
[0014]進一步地，所述焊接熱源可選用電弧焊、等離子弧焊、激光焊、氣焊等焊接方法。
[0015]進一步地，所述焊接熱源參數(shù)包括電流、電壓、焊槍高度、角度和移動速度等，具體參數(shù)根據(jù)實際情況而定。
[0016]進一步地，所述預(yù)定軌跡是指焊接前先在板材表面按照預(yù)設(shè)的焊接軌跡進行劃線處理。
[0017]進一步地，對所述板材進行堆焊時，可采用帶有視覺識別系統(tǒng)的機器人對劃線處理部分進行自動化焊接。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下區(qū)別點:
[0019]I)現(xiàn)有技術(shù)是使板材在沖壓過程中保持較高的溫度，從而降低塑性提高成形性，其沖壓過程本質(zhì)為熱沖壓或者溫?zé)釠_壓。本發(fā)明通過焊接熱源對板材熱作用的冶金反應(yīng)改變材料局部特性，即對焊縫部位進行熱處理改變材料性質(zhì)，由于焊接熱源能量集中、運動速度快，焊接后焊縫溫度可在較短時間內(nèi)降低接近室溫，該塑性成形本質(zhì)屬于冷沖壓。
[0020]2)現(xiàn)有技術(shù)均屬通過升高金屬溫度，單方面的減小金屬硬度、降低塑性提高成形性。本發(fā)明是可以通過不同焊接熱源、焊接參數(shù)的調(diào)節(jié)對金屬的硬度、塑性進行提高或降低，可以適用于不同沖壓需求。例如當(dāng)采用鎢極氬弧焊時，高強鋼在熱影響的作用晶?？梢允勾执?，焊后部位硬度下降；當(dāng)采用激光焊接時，焊后晶粒細化，金屬硬度增加。
[0021]3)現(xiàn)有技術(shù)是對板材進行整體加熱，或者對板材局部區(qū)域的面加熱；本發(fā)明根據(jù)工件結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，既可以對板材大面積的加熱處理，也可以沿難變形軌跡進行復(fù)雜曲線的線加熱改性，焊縫寬度最小可控制在1_以下，適合于精密加工。
[0022]另外，本發(fā)明可形成機器人流水作業(yè)，前一個工位采用帶有視覺識別系統(tǒng)的焊接機器人對規(guī)劃路徑進行焊接，隨后搬運機器人將焊后板材輸送至沖壓工位，加工效率高。
[0023]本發(fā)明不僅適用于沖壓，針對板材的折彎、管材的彎曲等工藝均具備可行性。
【附圖說明】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0025]圖1是本發(fā)明方法的工藝示意圖。
[0026]圖中:1、板材2、焊槍3、焊縫4、沖壓設(shè)備5、塑性成形結(jié)構(gòu)件。
【具體實施方式】
[0027]如圖1所示，一種焊接技術(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法，包括如下步驟:S1、將待加工的板材I用夾具固定，所述板材可選用厚度為0-5mm的鋼材、鋁合金、鎂合金、鈦合金和銅合金等金屬，按預(yù)設(shè)的參數(shù)調(diào)節(jié)焊接熱源參數(shù)(包括電流、電壓、焊槍2高度、角度和移動速度等)，利用焊接熱源沿預(yù)定軌跡在板材表面進行堆焊，通過焊接熱源對板材I熱作用的冶金反應(yīng)改變材料局部特性，即對焊縫3部位進行熱處理改變材料性質(zhì)，焊接后焊縫3溫度可在較短時間內(nèi)降低接近室溫，焊接完成后松開夾具，通過焊接冶金處理的方法使高強鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金等板材焊縫3部位性質(zhì)發(fā)生改變:或者原有強化機制失效，發(fā)生軟化、硬度降低；或者細化晶粒，焊縫硬度提高；所述焊接熱源可選用電弧焊、等離子弧焊、激光焊和氣焊等焊接方法，所述預(yù)定軌跡是指焊接前先在板材表面按照預(yù)設(shè)的焊接軌跡進行劃線處理，即對擬成形結(jié)構(gòu)件規(guī)劃出難變形位置的軌跡；對所述板材進行堆焊時，可采用帶有視覺識別系統(tǒng)的機器人對劃線處理部分進行自動化焊接。
[0028]S2、將焊后的板材I送入沖壓設(shè)備4，將板材I上的焊縫3位置與相應(yīng)模具和壓頭的位置對應(yīng)放置，根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)進行沖壓成形，沖壓結(jié)束后得到塑性成形結(jié)構(gòu)件5，通過以上焊接方法可以改變板材I局部的沖壓變形能力，提高結(jié)構(gòu)件的成形精度。
[0029]實施例1
[0030]采用本發(fā)明制備高強鋼結(jié)構(gòu)件，板材I厚度1mm，由于高強鋼板硬度較高，因此變形邊角部位難以成形，因此采用電弧焊接的方法使局部軟化后再進行沖壓，制備方法包括如下步驟:
[0031]S1、將待加工的板材I用夾具固定，在焊槍2行走機構(gòu)中輸入行走路徑程序，并將焊槍2移動到焊接起始點位置；采用直流鎢極氬弧焊的方法進行焊接，設(shè)置焊接參數(shù)如下:焊接電流60A，焊接電壓10V，鎢極高度2mm，焊槍垂直板材I表面；然后利用電弧焊沿預(yù)定軌跡在板材I表面進行堆焊，從而得到硬度低于板材I的焊縫3，焊接完成后松開夾具。
[0032]S2、將焊后的板材I送入沖壓設(shè)備4，調(diào)整板材I位置，使焊縫3與相應(yīng)模具和壓頭等位置對應(yīng)放置，根據(jù)預(yù)設(shè)的沖壓工藝參數(shù)進行沖壓加工，沖壓結(jié)束后得到塑性成形結(jié)構(gòu)件5。
[0033]實施例2
[0034]采用本發(fā)明制備退火狀態(tài)鋁合金結(jié)構(gòu)件，板材I厚度0.5mm,由于該鋁合金板硬度較低，因此變形部位容易回彈，因此采用激光焊接的方法使局部硬化后再進行沖壓，制備方法包括如下步驟:
[0035]S1、將待加工的板材I用夾具固定，在焊槍2行走機構(gòu)中輸入行走路徑程序，并將焊槍2移動到焊接起始點位置；采用激光的方法進行焊接，設(shè)置焊接參數(shù)如下:激光功率1200W，離焦量-1mm，激光束垂直板材I表面；然后利用激光焊沿預(yù)定軌跡在板材I表面進行堆焊，從而得到硬度高于板材I的焊縫3，焊接完成后松開夾具。
[0036]S2、將焊后的板材I送入沖壓設(shè)備4，調(diào)整板材I位置，使焊縫3與相應(yīng)模具和壓頭等位置對應(yīng)放置，根據(jù)預(yù)設(shè)的沖壓工藝參數(shù)進行沖壓加工，沖壓結(jié)束后得到塑性成形結(jié)構(gòu)件5。
[0037]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種焊接技術(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法，其特征在于包括如下步驟: 51、將待加工的板材用夾具固定，按預(yù)設(shè)的參數(shù)調(diào)節(jié)焊接熱源參數(shù)，利用焊接熱源沿預(yù)定軌跡在板材表面進行堆焊，通過焊接熱源對板材熱作用的冶金反應(yīng)改變材料局部特性，焊接完成后松開夾具； 52、將焊后的板材送入沖壓設(shè)備，將板材上的焊縫位置與相應(yīng)模具和壓頭的位置對應(yīng)放置，根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)進行沖壓成形，沖壓結(jié)束后得到塑性成形結(jié)構(gòu)件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接技術(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法，其特征在于:所述板材可選用鋼材、招合金、鎂合金、鈦合金和銅合金。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接技術(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法，其特征在于:所述板材的厚度為0-5mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接技術(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法，其特征在于:所述焊接熱源可選用電弧焊、等離子弧焊、激光焊和氣焊。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的焊接技術(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法，其特征在于:所述焊接熱源參數(shù)包括電流、電壓、焊槍高度、角度和移動速度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接技術(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法，其特征在于:所述預(yù)定軌跡是指焊接前先在板材表面按照預(yù)設(shè)的焊接軌跡進行劃線處理。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的焊接技術(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法，其特征在于:對所述板材進行堆焊時，可采用帶有視覺識別系統(tǒng)的機器人對劃線處理部分進行自動化焊接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種焊接技術(shù)局部改性的輔助沖壓成形方法，其特征在于包括如下步驟：將待加工的板材用夾具固定，按預(yù)設(shè)的參數(shù)調(diào)節(jié)焊接熱源參數(shù)，利用焊接熱源沿預(yù)定軌跡在板材表面進行堆焊，通過冶金反應(yīng)改變材料局部特性，焊接完成后松開夾具；將焊后的板材送入沖壓設(shè)備，將板材上的焊縫位置與相應(yīng)模具和壓頭的位置對應(yīng)放置，根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)進行沖壓成形，沖壓結(jié)束后得到塑性成形結(jié)構(gòu)件。本發(fā)明利用焊接熱源對板材熱作用的冶金反應(yīng)，改變板材的局部性質(zhì)，實現(xiàn)沖壓精度的提高，從而提高結(jié)構(gòu)件的成形精度。
【IPC分類】B21D22/02, C21D9/50, B23K37/00
【公開號】CN105033513
【申請?zhí)枴緾N201510359910
【發(fā)明人】任大鑫, 趙坤民, 常穎, 李曉東, 潘敏
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月25日