防撞梁成型生产线

防撞梁成型生产线

1.防撞梁的技术要求和材料选择。

产品以轻量化设计为目标，重量不大于3.4kg。材料的拉伸强度在300MPa以上，屈服强度在245MPa以上。组件由防撞梁、吸引箱等构成。表面防护符合汽车车身喷涂工艺要求。

根据产品技术要求，可选用铝合金6082-T6或镁合金AZ80A-T5。通过两者材料性能的比较分析(表1)，在CAE分析的同等质量性能下，AZ80A-T5相对于6082-T6可以减轻1.0kg，减轻率达到30%左右，综合成本基本相同，因此防撞梁材料选择AZ80A-T5镁合金挤压型材。

2.防撞梁成型生产线

防撞梁结构设计首先要考虑汽车在50km/h正面碰撞开始的20ms内吸引箱的吸引和低速碰撞时的行人保护，同时要满足AZ80A镁合金型材的挤压技术要求。

镁合金型材的力学性能与挤出比和挤出温度等因素密切相关，型材的断面设计直接影响挤出比的选择，同时也直接影响挤出模具的寿命、挤出型材的焊接质量、型材壁厚的均匀性等质量和性能，因此防撞梁断面设计是产品设计的关键。[12-13]

表1AZ80A-T5&6082-T6性能比较。

AZ80A镁合金防撞梁型材以挤压温度360℃、挤压比20进行截面设计。为了提高产品的结构强度，防撞梁的横梁断面采用目字形结构，吸引箱的断面采用日字形结构(图1)，腔体对称等截面设计，腔体壁厚均匀为2.0mm，截面尺寸为115mm，挤压时各型材的孔焊缝充分熔合，保证臂厚均匀。通过样品试验挤出调整，挤出速度为4m/min时，在显微镜下观察晶粒细分均匀，AZ80A的抗拉强度达到315MPa。同时，根据GB/T4279进行低倍试验评价(表2)，挤压焊接缝满足要求。

表2AZ80A挤塑型材焊缝低倍试验测评。

3.1成型工艺设计。

型材弯曲成型技术包括弯曲、弯曲、冲压等，防撞梁采用弯曲技术制作。滚筒弯头是利用通用的三轮或多轮折弯设备，通过滚筒直径和折弯弦高控制产品折弯半径，生产效率高，设备成本低。目前，镁合金热弯已有研究成果。例如，朱茜等[14]研究了镁合金有的密排六方晶体结构，滑动系统少，与铝合金、铁等室温下塑性变形能力差的问题相比，成形温度加热到180℃~240℃之间，镁合金的塑性大幅提高。姚启明等[15]对镁合金管材电阻加热弯曲技术的研究也证明了加热后成型的必要性。但是，这些研究也只是对某种型材的弯曲，有限。

防撞梁弯曲半径比较大，结构比较简单，弯曲比较简单，但对弯曲半径精度、工作表面质量、弯曲效率等要求较高。滚动质量与预热温度、滚动转速、弯曲半径等因素参数密切相关，为了避免型材滚动后的反弹、皱纹、腔体变形等质量缺陷，从因素参数进行了比较分析研究

首先，将镁合金型材切割成长1800mm的半成品，分层放置在专用工装上，经15m长阻式隧道加热炉均匀预热。然后，将升温的镁合金型材卡在滚动设备上，一次滚动成型。最后，将滚动成型的半成品放入弯曲定型工装中大量保管，自然冷却。通过调整不同的预热温度、弯曲半径、滚轮线速度，得到筛选后弯曲影响因素数据的比较(表3)和产品弯曲外观的比较(图2)。从生产能源消耗、生产效率(400pcs/班机)、产品尺寸公差等因素来看，最终形成适合本产品的弯曲成形设计技术为220℃预热、弯曲半径R2100、滚筒线速度3m/min~4m/min、静置回弹量2%~3%。

3.2焊接工艺设计。

TIG方法焊接镁合金薄板时，焊接设备和技术参数对焊接表面的成形和强度有很大影响。AZ80A镁合金防撞梁焊接采用水冷式交流钨极弧焊机(WS-500)，工作在交流电负半波，即工件为阴极，钨极为正极时，可去除工件熔池表面的氧化膜，提高焊接强度。同时，焊接时氩气从焊枪的喷嘴连续喷出，在弧周围形成保护层隔绝空气，防止钨极、熔池和附近热区氧化，获得焊接。

AZ80A镁合金防撞梁在直角焊接时采用手动填充式焊接，焊接直径2mm，焊接高度在3mm以上。焊接电流的调整是保证焊接质量的关键，根据焊接参数的不同焊接强度和焊接外观的比较(图3)，焊接电流过小(50A~60A)时，母材熔融不足，焊接不良，焊接强度不足的焊接电流过大(90A~100A)时，晶粒过热，焊接附近晶粒过大，气孔和裂缝也会产生，焊接和周边抗拉强度下降的焊接电流为(75~80)A时，焊接处晶粒细化，周边母材晶粒无变化，焊接外观和焊接强度最佳，焊接强度达到260MA以上，焊接强度达到80%以上。但是，在焊接过程中控制焊接速度，减少热影响区晶粒对力学性能的影响。

3.3表面处理工艺设计。

镁合金表面处理技术多，如阳极氧化、微弧氧化、静电喷雾等表面处理技术，需要根据产品的工作环境选择合适的表面处理技术。通过比较镁合金常用的阳极阳化、微弧氧化、静电喷雾等技术中性盐雾试验数据和性能(表4)，AZ80A镁合金防撞梁采用静电喷雾技术，中性盐雾试验超过168h。静电喷涂原理是将塑料粉用高压静电设备充电，在电场的作用下，将塑料粉喷涂到零件的表面，形成涂层，经过高温烘烤固化，塑料粉融化成致密的防护涂层附着在零件的表面。[16]

该技术耐腐蚀耐磨性和机械强度高，解决了镁合金本身耐腐蚀性差的缺点，该技术对环境无污染，对人体无毒，成本低等。防撞梁静电喷雾技术流程和参数如图4所示。

表4表面处理技术数据和性能比较。

4.结束语。

(1)AZ80A镁合金材料低密度高强度性能有利于汽车轻量化设计，部分汽车零部件设计可替代铝合金或钢材，减重30%~60%，符合汽车轻量化发展方向。

(2)型材断面结构设计应充分考虑镁合金的挤压特性，选择合适的挤压温度、挤压速度和挤压比有助于提高镁合金的机械强度，AZ80A在360℃挤压时晶粒排出的力学性能良好，目和日字形对称结构设计保证了挤压焊接性能，提高了产品的机械强度。

(3)TIG焊接参数的调整影响焊接性能，AZ80A焊接电流(75~80)A时，焊接外观和焊接强度良好。

(4)镁合金材料的汽车零件采用静电喷雾技术是当前表面处理技术中性能、环境保护、成本良好的选择。