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        防撞梁成型生產線

        2021-05-14 18:08:35


        防撞梁成型生產線

        1.防撞梁的技術要求和材料選擇。

        產品以輕量化設計為目標,重量不大于3.4kg。材料的拉伸強度在300MPa以上,屈服強度在245MPa以上。組件由防撞梁、吸引箱等構成。表面防護符合汽車車身噴涂工藝要求。

        根據產品技術要求,可選用鋁合金6082-T6或鎂合金AZ80A-T5。通過兩者材料性能的比較分析(表1),在CAE分析的同等質量性能下,AZ80A-T5相對于6082-T6可以減輕1.0kg,減輕率達到30%左右,綜合成本基本相同,因此防撞梁材料選擇AZ80A-T5鎂合金擠壓型材。

        2.防撞梁成型生產線

        防撞梁結構設計首先要考慮汽車在50km/h正面碰撞開始的20ms內吸引箱的吸引和低速碰撞時的行人保護,同時要滿足AZ80A鎂合金型材的擠壓技術要求。

        鎂合金型材的力學性能與擠出比和擠出溫度等因素密切相關,型材的斷面設計直接影響擠出比的選擇,同時也直接影響擠出模具的壽命、擠出型材的焊接質量、型材壁厚的均勻性等質量和性能,因此防撞梁斷面設計是產品設計的關鍵。[12-13]

        表1AZ80A-T5&6082-T6性能比較。


        AZ80A鎂合金防撞梁型材以擠壓溫度360℃、擠壓比20進行截面設計。為了提高產品的結構強度,防撞梁的橫梁斷面采用目字形結構,吸引箱的斷面采用日字形結構(圖1),腔體對稱等截面設計,腔體壁厚均勻為2.0mm,截面尺寸為115mm,擠壓時各型材的孔焊縫充分熔合,保證臂厚均勻。通過樣品試驗擠出調整,擠出速度為4m/min時,在顯微鏡下觀察晶粒細分均勻,AZ80A的抗拉強度達到315MPa。同時,根據GB/T4279進行低倍試驗評價(表2),擠壓焊接縫滿足要求。

        表2AZ80A擠塑型材焊縫低倍試驗測評。


        3.1成型工藝設計。

        型材彎曲成型技術包括彎曲、彎曲、沖壓等,防撞梁采用彎曲技術制作。滾筒彎頭是利用通用的三輪或多輪折彎設備,通過滾筒直徑和折彎弦高控制產品折彎半徑,生產效率高,設備成本低。目前,鎂合金熱彎已有研究成果。例如,朱茜等[14]研究了鎂合金有的密排六方晶體結構,滑動系統少,與鋁合金、鐵等室溫下塑性變形能力差的問題相比,成形溫度加熱到180℃~240℃之間,鎂合金的塑性大幅提高。姚啟明等[15]對鎂合金管材電阻加熱彎曲技術的研究也證明了加熱后成型的必要性。但是,這些研究也只是對某種型材的彎曲,有限。

        防撞梁彎曲半徑比較大,結構比較簡單,彎曲比較簡單,但對彎曲半徑精度、工作表面質量、彎曲效率等要求較高。滾動質量與預熱溫度、滾動轉速、彎曲半徑等因素參數密切相關,為了避免型材滾動后的反彈、皺紋、腔體變形等質量缺陷,從因素參數進行了比較分析研究


        首先,將鎂合金型材切割成長1800mm的半成品,分層放置在專用工裝上,經15m長阻式隧道加熱爐均勻預熱。然后,將升溫的鎂合金型材卡在滾動設備上,一次滾動成型。最后,將滾動成型的半成品放入彎曲定型工裝中大量保管,自然冷卻。通過調整不同的預熱溫度、彎曲半徑、滾輪線速度,得到篩選后彎曲影響因素數據的比較(表3)和產品彎曲外觀的比較(圖2)。從生產能源消耗、生產效率(400pcs/班機)、產品尺寸公差等因素來看,最終形成適合本產品的彎曲成形設計技術為220℃預熱、彎曲半徑R2100、滾筒線速度3m/min~4m/min、靜置回彈量2%~3%。

        3.2焊接工藝設計。

        TIG方法焊接鎂合金薄板時,焊接設備和技術參數對焊接表面的成形和強度有很大影響。AZ80A鎂合金防撞梁焊接采用水冷式交流鎢極弧焊機(WS-500),工作在交流電負半波,即工件為陰極,鎢極為正極時,可去除工件熔池表面的氧化膜,提高焊接強度。同時,焊接時氬氣從焊槍的噴嘴連續噴出,在弧周圍形成保護層隔絕空氣,防止鎢極、熔池和附近熱區氧化,獲得焊接。

        AZ80A鎂合金防撞梁在直角焊接時采用手動填充式焊接,焊接直徑2mm,焊接高度在3mm以上。焊接電流的調整是保證焊接質量的關鍵,根據焊接參數的不同焊接強度和焊接外觀的比較(圖3),焊接電流過小(50A~60A)時,母材熔融不足,焊接不良,焊接強度不足的焊接電流過大(90A~100A)時,晶粒過熱,焊接附近晶粒過大,氣孔和裂縫也會產生,焊接和周邊抗拉強度下降的焊接電流為(75~80)A時,焊接處晶粒細化,周邊母材晶粒無變化,焊接外觀和焊接強度最佳,焊接強度達到260MA以上,焊接強度達到80%以上。但是,在焊接過程中控制焊接速度,減少熱影響區晶粒對力學性能的影響。

        3.3表面處理工藝設計。

        鎂合金表面處理技術多,如陽極氧化、微弧氧化、靜電噴霧等表面處理技術,需要根據產品的工作環境選擇合適的表面處理技術。通過比較鎂合金常用的陽極陽化、微弧氧化、靜電噴霧等技術中性鹽霧試驗數據和性能(表4),AZ80A鎂合金防撞梁采用靜電噴霧技術,中性鹽霧試驗超過168h。靜電噴涂原理是將塑料粉用高壓靜電設備充電,在電場的作用下,將塑料粉噴涂到零件的表面,形成涂層,經過高溫烘烤固化,塑料粉融化成致密的防護涂層附著在零件的表面。[16]

        該技術耐腐蝕耐磨性和機械強度高,解決了鎂合金本身耐腐蝕性差的缺點,該技術對環境無污染,對人體無毒,成本低等。防撞梁靜電噴霧技術流程和參數如圖4所示。

        表4表面處理技術數據和性能比較。

        4.結束語。

        (1)AZ80A鎂合金材料低密度高強度性能有利于汽車輕量化設計,部分汽車零部件設計可替代鋁合金或鋼材,減重30%~60%,符合汽車輕量化發展方向。

        (2)型材斷面結構設計應充分考慮鎂合金的擠壓特性,選擇合適的擠壓溫度、擠壓速度和擠壓比有助于提高鎂合金的機械強度,AZ80A在360℃擠壓時晶粒排出的力學性能良好,目和日字形對稱結構設計保證了擠壓焊接性能,提高了產品的機械強度。

        (3)TIG焊接參數的調整影響焊接性能,AZ80A焊接電流(75~80)A時,焊接外觀和焊接強度良好。

        (4)鎂合金材料的汽車零件采用靜電噴霧技術是當前表面處理技術中性能、環境保護、成本良好的選擇。

        防撞梁成型生產線


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