汽车板先进深加工技术及其应用（下）
2014-10-24 10:57 来源： 我的钢铁网
1985年蒂森公司与大众汽车公司合作生产Audi100超大尺度地板零件时，第一次采用了激光拼焊板。1989年蒂森建设了第一条激光拼焊线，成为最早建设激光拼焊线的钢铁企业，1991年大众在高尔夫3车型上大量采用激光拼焊板，20世纪90年代末欧洲、美国、日本汽车制造商大量使用激光拼焊技术。
蒂森在全球7个国家建立了16家激光拼焊板厂，近50个激光拼焊生产线，占全球激光拼焊产品市场份额的40%，处于市场主导地位。安赛乐米塔尔公司从1997年开始投资建设激光拼焊生产线以来，在全球建立了13家激光拼焊板厂，激光拼焊生产线达到51条。浦项2003年投产了激光拼焊板厂，产能170万片/a，经过扩建后产能达到360万片/a，2006年投产了第二个激光拼焊板厂，产能为310万片/a，至此，浦项激光拼焊板产能达到670万片/a。韩国现代Hysco公司2002年开始建设激光拼焊机组，目前拥有19条激光拼焊线，现代Hysco公司激光拼焊板主要供应设在韩国、美国、捷克、斯洛伐克、印度、中国的现代和起亚汽车。宝钢2004年与当时的阿塞洛建立了第一条激光拼焊产线，目前拥有9家工厂，20条激光拼焊产线。其他企业建立了17条激光拼焊产线。
1.2.2、激光拼焊工艺
激光拼焊主要三种形式：CO2激光焊，NdYAG激光焊，光纤激光焊。激光焊接速度可随着激光器功率的增加而增加，图3为CO2激光焊接速度随激光器功率和钢板厚度变化图。
图3：成形后的壁厚分布
YAG激光器的辐射波长（1.06μm）比CO2激光焊辐射波长（10.6μm）小10倍，因此YAG激光焊热量更容易集中在钢板上。而且YAG激光焊波长不受等离子体的影响，效率更高，焊接质量更稳定；相同功率下，YAG激光焊接速度比CO2激光焊快10%-30%；光纤激光和YAG激光焊可以通过光纤传送激光束，有利于焊接三维形状零件。光纤激光焊与YAG激光焊相比焊接效率相当、但维护成本更低、节省空间。
激光拼焊板具有以下主要优点：
1）零部件整体化、轻量化：将不同强度级别、不同厚度、不同表面处理状态的板材拼焊在一起，整体冲压成形零件，以适应零件不同部位的受力、承载和腐蚀状况。改善部件抗冲击的能力，有利于车身安全和轻量化。
2）降低成本：经过激光拼焊后，车身零件数量减少，简化了冲压工艺，减少冲压模具，提高生产效率，整车制造和装配成本显著降低。
3）消除残余应力：激光拼焊是在平板状态下焊接后再冲压成形，焊接工艺简单，焊接质量好，避免了零件成形后再焊接产生的残余应力及复杂的焊接工艺，有利于零件制造的稳定性。
1.3、辊弯成形
1.3.1、辊压成形发展概况
辊压成形是通过顺序配置的多道次具有特定轮廓型面的成型轧辊，把卷材或单张板材逐渐地进行横向弯曲，以制成特定断面的金属型材。
德国的dataM公司及PtU大学，较早研究了柔性辊弯成形技术。瑞典的Oric与德国的Bem公司联合研制了用于变截面建筑覆盖件生产的柔性辊弯成型机组。日本拓殖大学小奈弘的柔性辊弯成型研究，将柔性辊弯成型机分为单一式柔性辊弯成型机和串列式柔性辊弯成型机两种类型。北方工业大学已研制出变截面柔性辊弯成型机及配套坯料剪切设备，主要分为以下几个工序：开卷→矫直→定尺送料→预冲孔→辊弯成形→焊接→矫形→冲孔、二次成形→定尺切断。
1.3.2、辊压成形关键技术
辊压成形因其特殊的成形工艺，其零件成形的关键技术为：
1）精确矫直工艺：辊压成形是局部弯曲成形工艺，几乎所有原始板形都会体现在工件上，因此矫直工艺是保证产品质量的关键工艺。高强钢由于强度高，厚度大，矫形难度大，必须采用专用辊式矫直机完成其矫直工作，主要矫正的变形是纵向挠曲和横向C弯等。
2）精确送料和高速预冲孔工艺：冷弯产品尺寸精度要求越来越高，结构件上各种孔越来越多，必须匹配高精度送料系统，以及高速、高精度冲孔系统才能保证工件要求。控制加工孔成形畸变也是确保辊压成形的关键技术。
3）二次成形技术和弯圆技术：经辊压成形后的零件再进行较浅的拉伸变形和弯圆工艺，是扩展冷弯成形适用范围、生产复杂冷弯产品的关键工艺技术。在满足工件成形要求的同时确保大生产的连续性。
4）高强钢成形技术：高强钢材料具有高屈服、高抗拉的特性，零件成形后易产生回弹误差，故回弹的控制和变形能的计算是高强钢辊压成形的关键技术。
5）高精度冷弯成形技术：汽车用冷弯成形件尺寸要求越来越高，对辊形设计、机架布置、张力分配、回弹控制都提出了严格的要求，因此，引入计算机辅助设计、分析、制造（CAD/CAE/CAM）是解决上述问题的关键。
6）变截面辊压成形技术：复杂变截面辊压成形是辊压成形未来发展方向。变截面成形可分为连续变截面成形和组合变截面成形。连续变截面成形就是采用变截面落料，三维可动成形机架完成变截面产品制造，理论上可生产任何变截面产品，但实际应用中存在尺寸精度较差，设备成本高、控制难度大等问题。组合变截面成形采用冷弯成形将基本形状完成，采用冲压成形方式进行变截面成形，其特点是工艺简单可靠，成形精度高，但对变截面适应性差，无法实现复杂变截面结构生产。
2、钢铁企业产业链延伸对策
随着全球经济一体化的发展和市场竞争愈来愈激烈，钢铁企业由制造型企业向服务制造型企业转变，即通过产品和服务的融合、价值链重构，提升客户效用、拓宽利益相关者的价值增值，实现企业和客户的双赢，德国蒂森克虏伯成立了金属成形公司，该公司拥有18个工厂（分布于7个国家）专门从事钢板深加工业务，其业务范围包括：①金属成形（剪切落料、零件冲压、热成形、液压成形、辊压成形），②焊接装配（电阻焊、高频焊、MIG/MAG/WIG焊、凸焊、激光拼焊/钎焊、激光切割、铆接、胶接等）；③工程/设计（成形模拟（Autoform）、碰撞模拟（LS-Dyna）、工艺设计、制造设计（CatiaV4/V5,IDEAS）、有限元分析（MSCABAQUS）、疲劳寿命计算（Nastran）、道路负荷检验（ICE-Flow）；④涂镀（电泳漆、粉末涂层等）。主要为宝马、奔驰、大众、沃尔沃、福特、雪铁龙、日产等各种品牌汽车提供热成形底盘、激光拼焊板等零部件产品和技术支持，蒂森出于企业经营战略考虑，2012年将金属成形业务出售，其中的激光拼焊业务被武钢收购，金属成形公司其余部分出售给了西班牙海斯坦普。
现代海斯克随着现代汽车的发展也积极拓展深加工业务，建立了19条激光拼焊线（其中韩国12条，海外7条），现代海斯克2009年建立2条热成形生产线，每条产线年产110万件产品，2011年和2012年分别建设了1条热成形产线，产能达到470万件/a。
宝钢集团成立宝钢金属，成为宝钢钢材延伸加工产业发展的重要平台。其汽车零部件业务紧跟汽车行业安全、节能、轻量化的发展趋势，发展先进成形与加工技术，宝钢在全国布局配送服务体系已建成50家加工厂，2018年将达到国内60家，海外10家。成立了上海宝钢热冲压零部件有限公司，上海宝钢液压成形零部件有限公司，建立了20条激光拼焊线。为用户提供热冲压零件、液压成形零件、激光拼焊板。
武钢通过收购蒂森的激光拼焊业务，迅速成为激光拼焊技术和产品的领先者，借助蒂森原有渠道，迅速扩大了其产品的用户群。
首钢通过首钢金属与意大利CLN集团下属MA公司于2012年4月在北京成立了汽车零部件业务实体——北京首钢MA金属有限责任公司（简称首钢MA公司）。MA公司是全球一流、欧洲第二大金属成形汽车零部件供应商，在10个国家拥有26个工厂和3个研发中心。首钢MA公司投产600吨级进模压机生产线1条（产能900万件/a），高强辊压线1条（产能200万件/a）。首钢MA以意大利MA公司全球汽车业务积累的先进技术和管理经验为依托，根据客户需要提供各种钢制或铝制冲压、辊压车身或底盘部件以及以上产品的系统总成，辊压线适用原材料强度最高可达1400MPa。首钢积极引进国外先进技术的同时，也在全国布局汽车板深加工中心，目前已完成11个加工中心的建设，其中包括1条落料线，该产线引进德国舒勒设备，产能10万t/a。
3、结论
1）在当前钢铁工业渐入“深秋”的困难形势下，钢铁企业应该从材料制造商向材料制造商和服务商转变，为最终用户提供及时的个性化服务。
2）汽车板深加工产业具有近40年的历史，新材料和新技术也在不断涌现，钢铁企业和汽车企业应该形成紧密地合作关系，以应对安全和环保的需求。
