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发表于 2020-8-11 10:50:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
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减振板在汽车前围板上的应用
宋岩1 邓志华2 王力2 李鹏宇2 潘远安3*
(1.吉林省锋威机械科技有限公司,长春 130011;2.一汽轿车股份有限公司,长春 130012;3.长春汽车工业高等专科学校机械工程学院,长春 130013)

摘要:为推广减振板在汽车前围板上的应用,选用了以DC06冷轧板为基板的减振板,以某车型前围板为试制对象,综合进行了力学试验、冲压试冲、点焊试验、拔洞试验等性能研究。结果表明,减振板的力学性能与普通汽车用钢板无明显差异;产品设计选型时采用简单平直结构翻边可有效规避冲压时弧度结构翻边而产生的易分层问题;如采用工频焊机需对减振板上下面添加导电旁通来提高导电性,采用中频焊机则不需添加导电旁通,但要使用混合功率模式或双脉冲恒流模式的焊接工艺参数来提高导电性;工频焊接与中频焊接的焊接工艺参数均可形成有效熔核。在此工艺条件下,减振板可用于汽车前围板的应用。
关键词:减振板 前围板 冲压 焊接 工艺参数

1 前言
近年来,随着人们环保意识的增强,对汽车提出了更高要求,国际汽车界相继制定一些新标准,简称为NVH标准,即噪音(Noise)、振动(Vibration)、声波粗糙度(Harshness)一系列标准,国内也出台了分间断实施的GB 1495—2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》标准。发动机舱作为主要的振动源和噪声源,对汽车前围板减振降噪尤其重要,其减振性能直接影响到驾乘的舒适性[1]。本文在探讨前围板减振性能提升方法时,获知减振复合板有着良好的减振降噪性能,不增加车身质量,且综合成本与原有单层板加隔声毡或阻尼层结构成本相当[2]。已在国外汽车市场有所应用,在国内市场减振板也正在被逐渐认识开发。为判断减振板在汽车白车身零件的可应用性,本文以某车型前围板为试制对象,进行了冲压和焊接的性能与工艺研究。

2 减振板介绍
减振复合钢板是在2层金属中夹一层高分子材料而成的新型材料,它有效地把金属材料和高分子材料的特性结合起来使用,使其既保持了金属材料原有的加工成型等各类特性,又具有高分子阻尼材料的阻尼特性,因此在汽车制造领域有广泛的应用[3]。
减振复合钢板的结构示意图如图1所示,其钢板厚度为0.3~0.5 mm,粘弹性材料层厚度为30~50 μm。钢板材料包括冷轧板、电镀锌板、热镀锌板和酸洗热轧板,粘弹性材料主要有醋酸乙烯、聚异丁烯、丙烯酸醋等热塑树脂和采用不饱和聚酷加异氰酸盐系固化剂的热固性树脂[4]。主要制造方法有2种,一种方法是将复合材料夹在钢板中进行高温强压;另一种方法是将树脂材料涂于一张钢板上,待树脂表面干燥时再用黏合剂与另一张钢板粘接[5]。

图1 减振板结构示意
其减振原理为普通金属由于内耗较小,当接触到振动及声波时,易产生共振现象并向外传递振动。而减振复合钢板受迫振动时,产生的弯曲振动使二块表面钢板之间存在相位差,中间夹层树脂产生剪切变形,可以吸收大量的振动能[6];另一方面由于中间树脂层为粘弹性材料,具有粘性液体与弹性固体特性,因此能够有效地吸收振动能量,起到减振降噪的效果。
减振板属于约束阻尼层的结构,仅添加50 μm粘弹性材料层即可获得理想的减振降噪效果。在声波传递过程中,与普通钢板相比,减振板会使振动波快速衰减。由于振动能量衰减一半,相应噪声可降低达3 dB以上,所以在车辆驾驶过程中,人们的主观感觉将会有明显的改善[7]。

3 减振板的冲压性能3.1 减振板的基本力学性能
依照GB/T 228—2010《金属材料室温位抻试验方法》,采用牌号为DC06、厚度为1.2 mm的冷轧板和同种钢板制作的减振板进行拉伸试验对比,每种材料进行3组试验,拉伸结果如图2、图3及表1所示。结果表明,减振板的基本力学性能与同材料同厚度的普通钢板无差异。同时进行了杯突、弯曲、拉深、扩孔等材料成型性试验,发现减振板冲压成形性比普通钢板低10%以内,主要体现在胀形性能和剪切性能上。
3.2 减振板的试冲结果
本文选取某车型的前围板进行试冲,其零件结构见图4,该零件结构较为复杂,冲压工序主要有拉延、修边冲孔、翻边翻孔整形共计3序,冲压后零件实物见图5。

图2 冷轧板拉伸曲线

图3 减振板拉伸曲线
表1 拉伸试验结果


图4 前围板零件

图5 前围板实物
试冲结果如下。
a.在拉延成形过程中与普通冷轧板成形状态一致,未出现裂纹、起皱等冲压缺陷,拉延走料的过程中未出现板料错层和粘结胶层脱落;
b.在修边冲孔过程中,断面质量良好,未产生毛刺和撕料现象;
c.在翻边过程中,由于减振板的2层板料在弯曲过程中R角不同,内侧小外侧大,因此2层板料翻边时走料长度不同,导致翻边边缘产生错层现象[8],见图 6;

图6 板料错层现象
d.在有弧度翻边易产生褶皱处,减振板产生粘结胶层脱落现象,见图7。通过优化模具翻边间隙以改善零件褶皱问题,粘结胶层脱落现象有所改善,但是无法完全消除。

图7 板料分层现象
试冲试验结果表明,减振板的冲压成形性能与同牌号同厚度的普通钢板差异不大,但树脂复合减振钢板中间树脂层的变形抵抗能力通常比表层钢板低几个数量级,在进行弯曲加工时,树脂发生剪切变形导致2层钢板之间出现错动[9]。错层现象并不影响零件的减振性能及力学性能,但零件翻遍褶皱导致的粘结层脱落现象将对零件的整体性能影响较大。因此在目标零件的选择时要避免零件有弧度较大的翻边,如果零件造型无法优化,在模具设计时要充分优化零件的翻边角度和工艺,保证制件翻边过程中不会产生褶皱问题。

4 减振板的焊接性能4.1 减振板点焊特点
点焊的基本原理是上下电极间放电并在被焊接处形成电阻热,板材融化后形成焊点。由于减振板中树脂材料的绝缘性,因此在点焊时无法在上下电极间形成电流及电阻热。为了实现焊接,必须先去除焊接处的减振胶,使焊接电流形成回路,产生电阻热。通过试验研究,确定了2种焊接方式,即采用导电旁路的情况下使用工频焊机和不增加辅助设备的情况下单独使用中频焊机,试验结果表明以上2种方式在焊接参数合适的情况下均可以形成有效熔核并保证焊点质量[10]。

4.2采用导通旁路+工频焊机
为了实现在点焊过程中产生电阻热,设计了一种辅助导电板,其结构形式见图8。在使用辅助导电板的情况下,使用工频焊机且不改变原有生产工艺产生,即可形成合格焊点。

图8 导通旁路点焊示意
该机构的工作原理是采用辅助导电连接板,使电流跨过中间的树脂层产生桥接回路,电流产生的热量将树脂层熔化。此时减振板上下面受压接触,产生导电回路并形成焊点[11]。

4.3 采用中频焊机
如采用中频焊机,无需增加导通旁路装置。焊接时,第1个电流脉冲采用小电流将粘弹性树脂材料击穿熔化,此时减振板上下面受压接触,产生导电回路,第2个电流脉冲采用正常的焊接参数即可形成焊接熔核。
4.3.1 采用中频焊接+混合功率模式
第1个电流脉冲使用占空比方式焊接,主要用于击穿涂胶层;第2个电流脉冲使用恒流模式,保证焊点输入能量,产生稳定焊核,焊接参数见表2。
表2 混合功率模式焊接参数

优点为前期电流震荡小,不会出现电流尖峰,不容易产生飞溅。
缺点为第1个电流脉冲电流波动比较大。
4.3.2 采用中频焊接+双脉冲恒流模式
2次电流脉冲均采用恒流模式,第1个电流脉冲主要用于击穿溶解涂胶,第2个电流脉冲用于产生稳定焊核。
优点为输入能量稳定,电流波动小,焊接参数见表3。
表3 双脉冲恒流模式焊接参数

缺点为第1个电流脉冲在涂胶击穿时会出现电流尖峰。
在无导电旁通的条件下,通过上述中频焊接的2种焊接工艺参数(混合功率模式和双脉冲恒流模式)进行点焊,焊接后再对焊点进行拔洞试验,试验表明2种方式均可形成有效熔核,见图9。

图9 焊点拔洞试验

5 结束语
由于减振板具有良好的减振降噪效果,且不增加车身质量,已在国外汽车市场有着广泛的应用,在国内市场减振板也正在被逐渐认识开发。本文以某车型的前围板作为目标零件进行试冲和焊接的过程中,对减振板的冲压和焊接的性能与工艺进行了初步研究,基本掌握了减振板在汽车前围板的应用技术,以上技术通过扩展也完全适用于减振板在汽车前地板、中地板、轮罩内板等部件的应用。事实证明减振板在合理的冲压和焊接工艺条件下,完全适合汽车前围板等其他白车身零件的使用。为后期减振板在汽车领域开拓新市场,也为更好地发展汽车事业贡献一份力量。


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