激光焊接的防側(cè)撞橫梁提高汽車(chē)安全性能

撞錘以50km/h的速度向新車(chē)的側(cè)邊撞擊（見(jiàn)圖1）。車(chē)身各處置有傳感器獲取仿真測(cè)試信號(hào)，在幾分之一秒內(nèi)，便得到了應(yīng)力的詳細(xì)信息。在此之后，Euro-NCAP碰撞測(cè)試的全部結(jié)果很快地刊登在專(zhuān)門(mén)的汽車(chē)雜志中。

Euro-NCAP是指歐洲新車(chē)評(píng)估組織。它是1997年由五個(gè)歐洲政府以及歐盟委員會(huì)共同建立的。它的結(jié)果得到一般大眾的密切關(guān)注與支持，以至于幾乎沒(méi)有的汽車(chē)制造商會(huì)輕易忽視它的結(jié)果。安全性能已經(jīng)成為一個(gè)十分重要的賣(mài)點(diǎn)，因此，人們非常關(guān)注與安全性有關(guān)的汽車(chē)車(chē)身零部件。同時(shí)，激烈的競(jìng)爭(zhēng)促使人們持續(xù)研究新的更經(jīng)濟(jì)的制造理念。將橫梁與激光焊接相結(jié)合的方案在使這類(lèi)車(chē)身零部件實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的過(guò)程中起了重要作用。

圖1：Euro-NCAP側(cè)面撞擊測(cè)驗(yàn)

防護(hù)側(cè)面沖擊的橫梁是采用高張力超細(xì)晶粒的鍍鋅鋼材，厚度為1.5 mm，張力強(qiáng)度從800到980 N/ mm2。材料的張力強(qiáng)度高就要求有高的成型力，這就給機(jī)器本身帶來(lái)更高的要求，與此同時(shí)，對(duì)橫梁誤差要求更嚴(yán)格。凹陷部分的嵌條不容易被接觸到。焊縫質(zhì)量對(duì)應(yīng)于焊接因數(shù)1。只有輸出為4KW的CO2的激光器被認(rèn)為可用于焊接過(guò)程。雖然激光器提供了很大的優(yōu)勢(shì)，但是它對(duì)成型機(jī)提出了很高的精度要求。金屬鋼帶的精確定位，尤其是在焊接區(qū)域的定位，是很必要的（見(jiàn)圖2）。

圖2：焊接區(qū)域?qū)︿搸У亩ㄎ?/em>

同樣的，在焊縫的準(zhǔn)備過(guò)程中也需十分注意。在焊接區(qū)域的鋅鍍層必須被完全的清除，因?yàn)槿廴谶^(guò)程中焊接區(qū)域的鋅微?？赡軙?huì)導(dǎo)致不必要的孔隙和濺出。包括了刮邊和刻槽功能的設(shè)備就能解決這個(gè)問(wèn)題。同樣的，有機(jī)雜質(zhì)，比如潤(rùn)滑劑，可能導(dǎo)致焊接誤差。盡管成型力很大，但是仍必須避免使用多余的潤(rùn)滑劑。輥軸支架承受著更大的壓力，因而它們使用了毛氈作為襯墊。毛氈由精密的電子設(shè)備小心添加正確量的潤(rùn)滑劑獲得潤(rùn)滑的效果。這樣橫梁本身就不會(huì)受到影響。

為了使橫梁上剩余的應(yīng)力達(dá)到最小值，制造商選擇了一種叫“遞減”成型的加工方法，也就是說(shuō)，外形上其表面在接近出口處時(shí)慢慢降低。與水平成型過(guò)程相比，這種方法使得應(yīng)力顯著的降低，從而使得橫梁的精度更高。這在汽車(chē)工業(yè)是很常見(jiàn)的，這一領(lǐng)域里需要頻繁的進(jìn)行加工性能測(cè)試。

橫梁上不同的開(kāi)口（見(jiàn)圖3）提供了油漆和雨水的排出口。為了實(shí)現(xiàn)完全排水，開(kāi)口必須盡可能的與半徑彎曲處接近。這就提出了一個(gè)更難的要求，因?yàn)榇蚩走^(guò)程是在金屬是平板時(shí)就打好再進(jìn)行整個(gè)成型過(guò)程的。在概念階段的模型計(jì)算給出了由于成型力的存在，可能出現(xiàn)打的孔變形的情況。因此，只有轉(zhuǎn)移打孔位置，才能保證打孔的誤差符合要求。

圖3：防側(cè)撞的橫梁

四車(chē)門(mén)汽車(chē)的裝配過(guò)程需要有四種不同的橫梁方案，每種方案有不同的孔，凹槽距離和位置。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，在生產(chǎn)線開(kāi)始處的預(yù)打孔裝置處放置了一種可編程的輥式進(jìn)給裝置，段長(zhǎng)可編程的板坯橫截機(jī)置于生產(chǎn)線末端。橫梁上其邊緣不能有任何的變形。

通常認(rèn)為的圓形鋸片變舊和磨損以及鋸切的時(shí)間很長(zhǎng)這些因素在外型板材鋸切的過(guò)程中是不可能出現(xiàn)的。所要求的高速度可以通過(guò)切割沖床的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。板材截面不會(huì)有變形是由于一道特別的工序。在平的鋼帶上預(yù)先刻一個(gè)凹槽，其寬度與沖床刀片在加上誤差后的寬度范圍內(nèi)相等。因此，切割刀片的頂端無(wú)須直接伸入材料內(nèi)。這樣，就消除了板材變形的問(wèn)題。沖床刀片的特殊形狀以及合適的覆層和潤(rùn)滑油使得工具壽命更經(jīng)濟(jì)合算。

整個(gè)裝置長(zhǎng)約30米，僅由一人操作。只有在換線圈以及搬移板材時(shí)需要額外的人員。由于高度自動(dòng)化，線圈的更換只需要三分鐘。這表明了該生產(chǎn)線有很長(zhǎng)的正常工作時(shí)間。此外，并不需要有特殊的技能來(lái)操作機(jī)器。在設(shè)備安裝好了后，操作員能從制造商處獲得指導(dǎo)，因此即使從未有成型加工經(jīng)驗(yàn)的公司也能使用這一極其經(jīng)濟(jì)的加工設(shè)備。

早在計(jì)劃的交貨以前，用于質(zhì)量測(cè)試和可靠性檢測(cè)的樣品就必須送到。這只有在設(shè)備供應(yīng)商有自己的測(cè)試設(shè)備可用時(shí)才可行。然而同時(shí)，生產(chǎn)線上重要的組件也需要被測(cè)試。因此，在開(kāi)始生產(chǎn)以前，大部分必須的優(yōu)化工作就已經(jīng)進(jìn)行過(guò)了。這樣，即使頻繁的出現(xiàn)新機(jī)器由于短期計(jì)劃而投入使用的情況，也不會(huì)有任何意外產(chǎn)生。

如果目前的橫梁不再流行時(shí)，對(duì)設(shè)備本身并不是什么問(wèn)題。十分靈巧的是，快速的工具更換系統(tǒng)使設(shè)備可以生產(chǎn)許多其他類(lèi)型的橫梁。這給外形板材制造商的生產(chǎn)帶來(lái)了很大的靈活度。由于有這些出色的特性，難怪汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域里越來(lái)越多的考慮使用成型加工來(lái)生產(chǎn)其他的車(chē)體部件。最后重要的一點(diǎn)是，安全性得到提高同時(shí)節(jié)約了昂貴的勞動(dòng)力。