[發明專利]一種焊接技術局部改性的輔助沖壓成形方法

有效

• 申請號: 201510359910.3
• 申請日: 2015-06-25
• 公開（公告）號: CN105033513B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 任大鑫;趙坤民;常穎;李曉東;潘敏
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;C21D9/50;B21D22/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 李馨

技術領域

本發明涉及一種沖壓成形技術，具體地說是一種焊接技術局部改性的輔助沖壓成形方法。

背景技術

目前，在汽車、飛行器、機床裝備等工業產品生產中，薄板金屬塑性成形(沖壓成形、彎曲成形等)是重要的生產方法。以汽車制造為例，為了車體的美觀設計，車身覆蓋件拉延深度增大，很多產品會有筋線設計；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合金應用愈加普遍。這對復雜覆蓋件的塑性成形帶來了困難。

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，所需設備噸位大。熱沖壓技術通過加熱板材提高塑性的方法增加精度并降低設備需求，然而長時間的加熱和保溫環節降低了生產效率。對此，國際上提出了系列局部加熱的沖壓技術，主要包括：

1)利用通電的方法加熱沖壓模具，使其對難成形的結構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。

以上這些技術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，這些技術卻存在諸多實際應用難題：模具加熱設備設計要求高，需要對加熱的位置以及溫度進行精確控制，整體工藝復雜度高，這限制了其在工業領域的應用范圍。

一些較軟的鋼板、鋁板同樣存在復雜結構成形精度低的問題，流變行為難以控制，高回彈量大。對此，一些板材在軋制成形過程中通過軋輥的調節形成梯度硬度板材，以利于后期的塑性成形加工。然而，這類板材硬度可調節性差，實際復雜結構適應性低，限制了其工業應用范圍。

發明內容

根據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、硬度調節等較難實施而導致的板材硬度差、成形性差的技術問題，而提供一種兼備高效率和高成形性的焊接技術局部改性的輔助沖壓成形方法。本發明主要通過焊接熱源對板材熱作用的冶金反應，即對焊縫部位進行處理，提高焊縫硬度，然后送入沖壓設備進行塑性成形加工，從而得到成形精度較高的結構件。

本發明采用的技術手段如下：

一種焊接技術局部改性的輔助沖壓成形方法，其特征在于包括如下步驟：

S1、將待加工的板材用夾具固定，按預設的參數調節焊接熱源參數，利用焊接熱源沿預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，焊接后焊縫溫度可在較短時間內降低接近室溫，焊接完成后松開夾具；

S2、將焊后的板材送入沖壓設備，將板材上的焊縫位置與相應模具和壓頭的位置對應放置，根據預設的工藝參數進行沖壓成形，沖壓結束后得到塑性成形結構件。

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。

進一步地，所述板材的厚度為0-5mm。

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。

進一步地，所述焊接熱源參數包括電流、電壓、焊槍高度、角度和移動速度等，具體參數根據實際情況而定。

進一步地，所述預定軌跡是指焊接前先在板材表面按照預設的焊接軌跡進行劃線處理。

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的機器人對劃線處理部分進行自動化焊接。

本發明與現有技術相比具有以下區別點：

1)現有技術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，其沖壓過程本質為熱沖壓或者溫熱沖壓。本發明通過焊接熱源對板材熱作用的冶金反應改變材料局部特性，即對焊縫部位進行熱處理改變材料性質，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降低接近室溫，該塑性成形本質屬于冷沖壓。

2)現有技術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。本發明是可以通過不同焊接熱源、焊接參數的調節對金屬的硬度、塑性進行提高或降低，可以適用于不同沖壓需求。例如當采用鎢極氬弧焊時，高強鋼在熱影響的作用晶粒可以使粗大，焊后部位硬度下降；當采用激光焊接時，焊后晶粒細化，金屬硬度增加。

3)現有技術是對板材進行整體加熱，或者對板材局部區域的面加熱；本發明根據工件結構進行設計，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雜曲線的線加熱改性，焊縫寬度最小可控制在1mm以下，適合于精密加工。

另外，本發明可形成機器人流水作業，前一個工位采用帶有視覺識別系統的焊接機器人對規劃路徑進行焊接，隨后搬運機器人將焊后板材輸送至沖壓工位，加工效率高。