第9章-汽车先进制造技术4、5.pptx

1、9.4 焊接技术焊接定义：焊接定义：焊接是被焊工件的材质（同种或异种），焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子不用填充材料，使工件的材质达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过程。间的建和而形成永久性连接的工艺过程。焊接优点：焊接优点：（1）节省金属材料，减轻结构重量。）节省金属材料，减轻结构重量。（2）结构强度高，街头密封性好）结构强度高，街头密封性好（3）焊接过程易实现机械化和自动化）焊接过程易实现机械化和自动化（4）为结构设计提供较大的灵活性）为结构设计提供较大的灵活性汽车工业所用到的焊接

2、方法及零部件的应用焊接方法焊接方法零部件的应用零部件的应用电阻焊电阻焊点焊点焊主主要要用用于于车车身身总总成成、地地板板、车车门门、侧侧围围、后后围围、前前桥桥和小零部件等。和小零部件等。多点焊多点焊用用于于车车身身底底板板、载载货货车车车车厢厢、车车门门、发发动动机机盖盖和和行行李李箱盖等。箱盖等。凸凸焊焊、滚滚凸焊凸焊用用于于车车身身零零部部件件、减减震震器器阀阀杆杆、制制动动蹄蹄、螺螺钉钉、螺螺帽帽和小支架等。和小支架等。缝焊缝焊用于车身顶盖雨檐用于车身顶盖雨檐对焊对焊用于钢圈、进排气阀杆、刀具等用于钢圈、进排气阀杆、刀具等电弧焊电弧焊CO2保护焊保护焊用用于于车车厢厢、后后桥桥、车车架

3、架、减减震震器器阀阀杆杆、横横梁梁、后后桥桥壳壳管、传动轴、液压缸和千斤顶等管、传动轴、液压缸和千斤顶等氩弧焊氩弧焊用于机油盘、铝合金零部件的焊接和补焊。用于机油盘、铝合金零部件的焊接和补焊。焊条电弧焊焊条电弧焊用于厚板零部件如支架、备用胎、车架等。用于厚板零部件如支架、备用胎、车架等。埋弧焊埋弧焊用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等特种焊特种焊摩擦焊摩擦焊用于汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆和随车工具等用于汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆和随车工具等电子束焊电子束焊用于齿轮、后桥等用于齿轮、后桥等激光焊割激光焊割由于车身底板、齿轮、零件下料及修边等由于

4、车身底板、齿轮、零件下料及修边等氧乙烷焊氧乙烷焊用于车身总成的补焊用于车身总成的补焊钎焊钎焊用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接搅拌摩擦焊在汽车制造中的应用搅拌摩擦焊原理搅拌摩擦焊原理 由一个圆柱形的焊头伸由一个圆柱形的焊头伸入工件的接缝处，通过焊头入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接成焊接搅拌摩擦焊工艺搅拌摩擦焊工艺 夹紧固定搅拌指头深入焊缝搅拌指头高速旋转与工件摩擦产生热

5、量，使工件塑化搅拌指头沿焊缝移动搅拌指头离开，尾部塑性金属流在挤压下重新结合形成固相焊缝搅拌摩擦焊主要优点有：搅拌摩擦焊主要优点有：n（1）焊接接头质量高。）焊接接头质量高。n焊接接头不易产生缺陷。焊接接头不易产生缺陷。n焊接接头热影响区显微组织变化小。焊接接头热影响区显微组织变化小。n焊接工件不易变形。焊接工件不易变形。n（2）能一次完成较长、较大截面、不同位置的焊接。由于不是依靠两焊接相对）能一次完成较长、较大截面、不同位置的焊接。由于不是依靠两焊接相对摩擦来进行焊接，根本上改变了传统的摩擦焊只能焊接简单断面的局限性，扩大摩擦来进行焊接，根本上改变了传统的摩擦焊只能焊接简单断面的局限性，扩

6、大了应用范围。了应用范围。n（3）操作便于机械化自动化。不需要熟练技巧的高水平焊工进行操作，因此质）操作便于机械化自动化。不需要熟练技巧的高水平焊工进行操作，因此质量稳定性好，重复性高。量稳定性好，重复性高。n（4）低成本）低成本n不需要填充材料，也不用保护气体；不需要填充材料，也不用保护气体；厚焊接件边缘不用坡口加工；厚焊接件边缘不用坡口加工；焊接铝焊接铝材工件不用去氧化膜，只需用溶剂擦去油污即可；材工件不用去氧化膜，只需用溶剂擦去油污即可；对接容许留一定间隙，不苟对接容许留一定间隙，不苟求装配精度；求装配精度；节能，安全，无污染，无烟尘节能，安全，无污染，无烟尘 搅拌摩擦焊可以用于众多汽车

7、搅拌摩擦焊可以用于众多汽车零件的制造，比如汽车车体顶棚零件的制造，比如汽车车体顶棚加强板、车体地板加强构件、铝加强板、车体地板加强构件、铝合金发动机构架、发动机壳体内合金发动机构架、发动机壳体内衬、悬架系统加强件、侧体内衬衬、悬架系统加强件、侧体内衬加强件、车门加强结构件、后门加强件、车门加强结构件、后门加强结构件等。加强结构件等。激光焊接技术在汽车制造工业中应用激光焊接技术在汽车制造工业中应用 激光焊接是以激光作激光焊接是以激光作为能量的载体的一种高为能量的载体的一种高能密度焊接方法。激光能密度焊接方法。激光焊接是把能量很高的激焊接是把能量很高的激光束照射到工件上，使光束照射到工件上，使工件

8、受热溶化，然后冷工件受热溶化，然后冷却得到焊缝。却得到焊缝。n激光焊接与常规焊接方法相比有如下特点：激光焊接与常规焊接方法相比有如下特点：n（1）可焊接高焊点材料如钛、石英等，并能对异性材料进行焊接，效果良好。）可焊接高焊点材料如钛、石英等，并能对异性材料进行焊接，效果良好。n（2）聚焦光斑小，焊接速度快，作用时间短。热影响区小，变形小。）聚焦光斑小，焊接速度快，作用时间短。热影响区小，变形小。n（3）属于非接触焊接，无机械应力和机械变形。）属于非接触焊接，无机械应力和机械变形。n（4）易与计算机联机，能实现精确定位，实现自动焊接。）易与计算机联机，能实现精确定位，实现自动焊接。n（5）可在大

9、气中进行，无环境污染。）可在大气中进行，无环境污染。n（6）可焊接难接近的部位，可以远距离焊接。）可焊接难接近的部位，可以远距离焊接。n（7）激光束易实现按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，）激光束易实现按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件为更精密的焊接提供了条件n（8）激光束功率密度很高，焊缝熔深大，速度快，效率高。）激光束功率密度很高，焊缝熔深大，速度快，效率高。n（9）激光焊缝组织均匀、晶粒很小、气孔少、夹杂缺陷少，在力学性能、抗）激光焊缝组织均匀、晶粒很小、气孔少、夹杂缺陷少，在力学性能、抗腐蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。

10、腐蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。n（10）激光焊接具有）激光焊接具有 熔池净化效应，能纯净焊缝金属。熔池净化效应，能纯净焊缝金属。车身总成激光组焊n激光组焊技术是将已冲压或切割成形的各种车身构激光组焊技术是将已冲压或切割成形的各种车身构件，先两两件组焊，然后再多件组焊，从而形成白件，先两两件组焊，然后再多件组焊，从而形成白车身分总成，各白车身分总成再组装成白车身总成。车身分总成，各白车身分总成再组装成白车身总成。白车身激光焊接虽然目前尚存在设备投资及维护成白车身激光焊接虽然目前尚存在设备投资及维护成本高，使用条件苛刻等问题，但由于其具备焊接精本高，使用条件苛刻等问题，但由于其具备焊接精

11、度高、零件变形小，焊接结构强度与刚度提升显著度高、零件变形小，焊接结构强度与刚度提升显著等一系列突出的优点，而被世界各大汽车厂商采纳等一系列突出的优点，而被世界各大汽车厂商采纳使用。车身的激光焊接主要分为总成焊接、侧围与使用。车身的激光焊接主要分为总成焊接、侧围与车顶焊接、后续焊车顶焊接、后续焊n激光焊接技术运用于汽车车身的优点（1）大幅度提高汽车的刚度、强度和密封性；（2）降低汽车车身重量并达到节能的目的；（3）提高汽车车身的装配精度，使车身的刚度提升30%，从而提高车身的安全性；（4）降低汽车车身制造过程中的冲压和装配成本，减少车身零件的数目并提高车身一体化程度；（5）使整个汽车车身强度更

12、高，安全性更好，并且降低了车辆行驶过程中的噪音和震动，改善了乘坐舒适性。（6）推动了汽车车身在不降低刚度和强度的前提下，向轻量化设计方向发展。激光拼焊板的应用激光拼焊板的应用 拼焊板在汽车工业上被大量应用为不同强度或不同表面拼焊板在汽车工业上被大量应用为不同强度或不同表面处理状态的零件的整体成形。使用拼焊板将几个小零件通处理状态的零件的整体成形。使用拼焊板将几个小零件通过激光焊接集成一个大的毛坯并进行冲压。充分发挥不同过激光焊接集成一个大的毛坯并进行冲压。充分发挥不同强度、不同厚度板材的性能，并使汽车减重，降低零部件强度、不同厚度板材的性能，并使汽车减重，降低零部件数量和保证安全。数量和保证安

13、全。激光拼接焊技术在车身部件中的应用激光拼接焊技术在车身部件中的应用激光拼焊板优点：激光拼焊板优点：（1）增加汽车安全性、）增加汽车安全性、（2）减轻重量、）减轻重量、（3）减少加工工序、）减少加工工序、（4）降低成本、）降低成本、（5）提高生产效率、）提高生产效率、（6）减少材料消耗）减少材料消耗（7）提高总成装配的精确性）提高总成装配的精确性汽车零部件激光焊接汽车零部件激光焊接汽车零部件焊接采用激光焊代替传统焊接优点汽车零部件焊接采用激光焊代替传统焊接优点：（1）零件焊接部位几乎没有变形，）零件焊接部位几乎没有变形，（2）焊接速度快）焊接速度快（3）不需要焊后热处理）不需要焊后热处理新型焊

14、接技术新型焊接技术激光复合焊接 激光复合焊是将激光束与激光复合焊是将激光束与其他热源结合起来，结合了两其他热源结合起来，结合了两者各自的优点，获得了最佳的者各自的优点，获得了最佳的焊接效果、更高的焊接速度和焊接效果、更高的焊接速度和良好的焊缝搭桥能力。良好的焊缝搭桥能力。激光激光电弧复合焊接技术是电弧复合焊接技术是一种功能多、可靠性高、适应一种功能多、可靠性高、适应性强的精密焊接工艺方法。性强的精密焊接工艺方法。激光激光电弧复合焊原理电弧复合焊原理 激光与电弧同时作用于金激光与电弧同时作用于金属表面的同一位置，两者互属表面的同一位置，两者互相促进材料对其的能量利用相促进材料对其的能量利用率率

15、提高了母提高了母材对激光材对激光的吸收率的吸收率外加电弧之后，外加电弧之后，低温低密度的电低温低密度的电弧等离子体会稀弧等离子体会稀释激光产生的等释激光产生的等离子体离子体电弧作用使母电弧作用使母材温度升高材温度升高提高了电提高了电弧的能量弧的能量利用率利用率激光熔化金属，激光熔化金属，为电弧提供了大为电弧提供了大量的自由电子，量的自由电子，减小了电弧通道减小了电弧通道的电阻的电阻激光激光电弧复合焊优点：电弧复合焊优点：（1）有效地提高了焊接效率）有效地提高了焊接效率（2）增加了间隙的适应性）增加了间隙的适应性（3）可以进行填丝，改善焊缝的组织性能）可以进行填丝，改善焊缝的组织性能（4）通过两

16、种热源的相互作用，提高彼此能量的利用率）通过两种热源的相互作用，提高彼此能量的利用率（5）很宽的焊速调整范围）很宽的焊速调整范围 激光激光-电弧复合焊接技术还能够改善某些难焊材电弧复合焊接技术还能够改善某些难焊材料的焊接性，如异质金属、铝合金等。料的焊接性，如异质金属、铝合金等。新型焊接技术激光远程焊接远程焊接的优点远程焊接的优点:发挥了单侧，非接触式发挥了单侧，非接触式激光焊接带来的技术和经济激光焊接带来的技术和经济优势，并将其与高速扫描镜优势，并将其与高速扫描镜片带来的优势相结合，大大片带来的优势相结合，大大缩短了焊接时间，在整个焊缩短了焊接时间，在整个焊接流程中增加了总生产效率接流程中增

17、加了总生产效率汽车制造中焊接数值模拟技术的应用n通过焊接数值模拟，可以模拟出焊接过程中的应通过焊接数值模拟，可以模拟出焊接过程中的应力变化及分布情况，为制定合理的焊接工艺提供力变化及分布情况，为制定合理的焊接工艺提供理论依据理论依据n通过计算机模拟技术与设计者的经验相结合，可通过计算机模拟技术与设计者的经验相结合，可以优化焊装车间平面布置和工作单元布局；预测以优化焊装车间平面布置和工作单元布局；预测工艺对产品的影响和各工序间的关联；校验所需工艺对产品的影响和各工序间的关联；校验所需设备数量和对自动化设备的需求；计算生产面积设备数量和对自动化设备的需求；计算生产面积和所需工人数；进行焊装线上的机

18、器人、自动化和所需工人数；进行焊装线上的机器人、自动化设备及人体作业仿真分析设备及人体作业仿真分析汽车工业焊接的总体发展趋势n焊接技术的发展趋势具有如下特点：焊接技术的发展趋势具有如下特点：n（1）随着新的焊接材料和结构的不断出现，）随着新的焊接材料和结构的不断出现，需要开发新的焊接工艺方法。需要开发新的焊接工艺方法。n（2）改进常用的普通焊接工艺方法，提高）改进常用的普通焊接工艺方法，提高焊接过程机械化、自动化水平，提高焊接焊接过程机械化、自动化水平，提高焊接质量和生产效率质量和生产效率n（3）采用电子计算机控制焊接过程，大力）采用电子计算机控制焊接过程，大力推广焊接机器人、焊接中心推广焊接

19、机器人、焊接中心n（4）发展专用成套焊接设备）发展专用成套焊接设备9.5机械加工及热处理技术机械加工及热处理技术 汽车制造机械加工技术汽车制造机械加工技术现在的机械加工技术是将现代化信现在的机械加工技术是将现代化信息技术、自动化技术、企业管理技息技术、自动化技术、企业管理技术的新成果运用于机械制造过程中，术的新成果运用于机械制造过程中，发展新的制造技术和生产模式，是发展新的制造技术和生产模式，是机械产品的生产更加优质、高效、机械产品的生产更加优质、高效、低能、快捷、灵活低能、快捷、灵活汽车零部件机械加工生产线的技术特征汽车零部件机械加工生产线的技术特征流水生产线一直是汽车及零部件生产方式的主体

20、，流水生产线一直是汽车及零部件生产方式的主体，其根本技术是集成技术其根本技术是集成技术将工艺系统、物流系统、将工艺系统、物流系统、信息系统集成为流水生产线信息系统集成为流水生产线n（1）工艺系统）工艺系统 也就是机床也就是机床工具工具工件系统。现代汽车制工件系统。现代汽车制造，特别是轿车的生产线的工艺装备已经进造，特别是轿车的生产线的工艺装备已经进入柔性化时代，它由数控机床和智能工具组入柔性化时代，它由数控机床和智能工具组成。成。现代高速加工机床的要求是：高速度、高精现代高速加工机床的要求是：高速度、高精度、高精度保持性度、高精度保持性n用于发动机生产线的高速加工中心，快速移动已到达用于发动机

21、生产线的高速加工中心，快速移动已到达60100m/min，加速度大，加速度大0.61.5g，主轴最高转，主轴最高转速达速达800015000r/min，定位精度，定位精度/重复定位精度重复定位精度工作台在工作台在1m以下为以下为8m/4m（VD 标准），标准），工作台工作台1m以上为以上为10m/5m（VD 标准），主轴标准），主轴普遍应用电主轴，进给运用普遍采用直线电机，同时普遍应用电主轴，进给运用普遍采用直线电机，同时普遍运用三坐标模块化和箱中箱结构，机床非常简约，普遍运用三坐标模块化和箱中箱结构，机床非常简约，外购件（配套件）比例增加，交货值大大缩短外购件（配套件）比例增加，交货值大大缩

22、短某高速四轴卧式加工中心高速加高速加工优点工优点单位时间的材料单位时间的材料切除率可增加切除率可增加36倍切削切削力力可降可降低低30%以上以上95%98%的切削热被的切削热被切屑带走切屑带走切屑是在瞬间切屑是在瞬间 被切离工件，被切离工件，工件表面的残工件表面的残余应力非常小余应力非常小切削平稳振切削平稳振动小，能加动小，能加工出非常精工出非常精密的零件密的零件n要实现数控高速切削加工，就是依据要实现数控高速切削加工，就是依据高速切削加工理论，采用高速主轴单高速切削加工理论，采用高速主轴单元、高速进给系统以及高性能的刀具元、高速进给系统以及高性能的刀具系统，并搭配相应的机床支撑技术及系统，并

23、搭配相应的机床支撑技术及辅助单元技术辅助单元技术高速主轴单元高速主轴单元n高速运转的电主轴的主轴形式是将主轴电机的定子、高速运转的电主轴的主轴形式是将主轴电机的定子、转子直接装人主轴组件的内部，即把高速电机置于转子直接装人主轴组件的内部，即把高速电机置于精密主轴内部，电主轴的电机转子就是主轴，主轴精密主轴内部，电主轴的电机转子就是主轴，主轴的壳体就是电机的机座，实现了变频调速电机和主的壳体就是电机的机座，实现了变频调速电机和主轴一体，电机直接驱动主轴，形成电主轴。电主轴轴一体，电机直接驱动主轴，形成电主轴。电主轴取消了中间的传动环节，传动链长度为取消了中间的传动环节，传动链长度为0，可以实现，

24、可以实现真真意义上的机床主轴系统的真真意义上的机床主轴系统的“零传动零传动”，避免了，避免了中间环节对精度的影响中间环节对精度的影响密封圈旋转变压器电主轴陶瓷球轴承冷却水出口冷却水入口陶瓷球轴承高速化的电主轴，要解决三方面问题机械方面轴承发热和振动问题电机设计方面定子、转子功率密度和绕组发热问题驱动和控制角度调速问题n采用几下措施，来解决响应的问题：采用几下措施，来解决响应的问题：n(1)高速精密主轴上大量采用高速、高刚度的轴承，高速精密主轴上大量采用高速、高刚度的轴承，如一般情况采用陶瓷轴承和液体动静压轴承，特殊场如一般情况采用陶瓷轴承和液体动静压轴承，特殊场合采用空气润滑轴承和磁悬浮轴承；

25、轴承的润滑采用合采用空气润滑轴承和磁悬浮轴承；轴承的润滑采用定时定量的油气润滑而不是油脂润滑。定时定量的油气润滑而不是油脂润滑。n(2)主轴电机主要采用矢量控制的交流异步机。主轴电机主要采用矢量控制的交流异步机。n(3)电主轴的内置高速电机采用高频变频装置来驱动，电主轴的内置高速电机采用高频变频装置来驱动，实现每分钟几万甚至十几万转的转速，变频器的输出实现每分钟几万甚至十几万转的转速，变频器的输出频率甚至要达到几千频率甚至要达到几千Hz。高速进给系统n高速加工机床不仅有高速主轴功能，还应有高高速加工机床不仅有高速主轴功能，还应有高速进给功能。目前新的进给机构是大导程滚速进给功能。目前新的进给机

26、构是大导程滚珠丝杠或直线电机。下图为直线电机原理珠丝杠或直线电机。下图为直线电机原理n直线电机直接驱动有以下优点：直线电机直接驱动有以下优点：n高速度，目前最大进给速度可高速度，目前最大进给速度可100200m/min；n高加速度，可达高加速度，可达210g(g=9.8m/s)；n定位精度高，由于只能采用闭环控制，其理论定位定位精度高，由于只能采用闭环控制，其理论定位精度可以为精度可以为0,但由于存在检测元件安装、测量误差，但由于存在检测元件安装、测量误差，实际定位精度不可能为实际定位精度不可能为0，最高定位精度可达，最高定位精度可达 0.10.01m；n行程不受限制，由于直线电机的次级行程不

27、受限制，由于直线电机的次级(定子定子)可以一可以一段一段地铺在机床床身上，不论有多远，对系统的刚段一段地铺在机床床身上，不论有多远，对系统的刚度不会产生影响。度不会产生影响。物流系统n它是由原材料它是由原材料处理、存贮、处理、存贮、上下料装置和上下料装置和机床问传输装机床问传输装置组成置组成柔性生柔性生产线产线柔性制柔性制造系统造系统柔性柔性制造制造单元单元n柔性制造技术，也称柔性集成制造技术，是柔性制造技术，也称柔性集成制造技术，是现代先进制造技术的统称，主要边现在：现代先进制造技术的统称，主要边现在：n1.生产设备的零件、部件可根据所加工产品的需要变换生产设备的零件、部件可根据所加工产品的

28、需要变换n2.对加工产品的批量可根据需要迅速调整对加工产品的批量可根据需要迅速调整n3.对加工产品的性能参数可迅速改变并及时投入生产对加工产品的性能参数可迅速改变并及时投入生产n4可迅速而有效地可迅速而有效地 综合应用新技术综合应用新技术n5.对用户、贸易伙伴和供应商的需求变化及特殊要求能迅速对用户、贸易伙伴和供应商的需求变化及特殊要求能迅速做出反应做出反应。n柔性制造系统原理n其他柔性技术形式还有n柔性制造单元（Flexible manufacturing Center，简称FMC）n柔性制造线（Flexible manufacturing Line，简称FML）n柔性制造工厂（Flexib

29、le manufacturing Factory，简称FMF）。信息系统n主要包括生产控制、刀具更换、工装及附件更换、工件调度、自动编程、自动监控、自动补偿、工件质量自动控制、刀具磨损或破损后的自动更换和自动报警等。最新要求是具备CAD，CAM功能，运程生产线管理和维护功能，故障诊断和自动修复功能等。发动机制造技术的发展与变革n发动机研发越来越快，新品开发周期越来越短(从30个月缩短到13个月)，车型数量多，生产批量不确定。目前为进一步提高高速柔性生产线的生产效率，最新发展出来敏捷高速柔性生产线（Agile Flexible Transfer Line，简称AFTL）。AFTL目标：对变化的市

30、场需求快速作出反应。满足汽车发动机多品种，大中批量、高效率、低成本生产的需要，符合“精益生产”原则特点1.由通用高速加工中心和专用，组合机床组成的混合型柔性生产线(HSMC+SPM/TM)，按照工序流程排列设备并由自动输送装置连接，全部生产线上机床，输送和工件识别均在一个控制系统中2.采用敏捷夹具(柔性夹具可控、可调)，采用智能刀具为特定工件加工设计的一系列专用高速刀具优点：生产效率高，同时又具有相当的柔性，能够适应大批量生产和变型产品生产，投资较小缺点：柔性受局限，不能加工不可预见的任意品种的零件n柔性夹具应用技术的发展趋势为柔性夹具应用技术的发展趋势为n(1)进一步对传统夹具创新，继续成为

31、柔性夹具的主流，进一步对传统夹具创新，继续成为柔性夹具的主流，使之更具柔性和实用性。使之更具柔性和实用性。n(2)重视原理和结构均有创新的柔性夹具开发和研究重视原理和结构均有创新的柔性夹具开发和研究n(3)积极尝试和推动计算机辅助夹具设计；积极尝试和推动计算机辅助夹具设计；n(4)研究和开发用于标准的组合夹具、通研究和开发用于标准的组合夹具、通/专用夹具的专用夹具的CAFD中的新型软件。中的新型软件。n(5)通用、经济、元件的功能强的柔性夹将普遍推广应用。通用、经济、元件的功能强的柔性夹将普遍推广应用。n(6)智能夹具的开发与应用。智能夹具的开发与应用。汽车齿轮制造技术发展n齿轮是汽车运动中的

32、核心传动部件，其加齿轮是汽车运动中的核心传动部件，其加工质量的优劣对总成乃至整车的振动噪声工质量的优劣对总成乃至整车的振动噪声以及可靠性会带来直接影响，有时会成为以及可靠性会带来直接影响，有时会成为制约产品水平提高的关键因素。制约产品水平提高的关键因素。n汽车用齿轮大体可分为四类：圆柱齿轮，汽车用齿轮大体可分为四类：圆柱齿轮，锥齿轮（直齿锥齿轮和螺旋锥齿轮），齿锥齿轮（直齿锥齿轮和螺旋锥齿轮），齿环类，特殊用途齿轮环类，特殊用途齿轮齿轮类型齿轮类型应用应用圆柱齿轮发动机、变速箱、桥等动力传动系统的平行轴锥齿轮主要用于变速箱、桥等动力传动系统中起差速、减速以及变向作用的交叉轴或交错轴传动齿环类变

33、速箱的滑动齿套和行星变速传动的齿圈属于内齿环，变速器同步器齿环属于外齿环特殊用途齿轮 机油泵齿轮、速度表蜗杆、转向齿条计算机辅助工程计算机辅助工程n设计过程中设计过程中CAE可在齿轮进入实际加工前可在齿轮进入实际加工前正确预测制造因素的影响程度。有效的分正确预测制造因素的影响程度。有效的分析可以获得如下效果：析可以获得如下效果：n（1）延伸和提升设计方法和思路。）延伸和提升设计方法和思路。n（2）最大限度地降低试制、试验成本，缩）最大限度地降低试制、试验成本，缩短开发周期。短开发周期。n（3）生产时获得可靠的齿轮结构数据和正）生产时获得可靠的齿轮结构数据和正确的工艺调整数据。确的工艺调整数据。

34、n齿轮数值分析的有效性取决于计算数学模齿轮数值分析的有效性取决于计算数学模型的准确性、几何实体模型的精确程度、型的准确性、几何实体模型的精确程度、各种可知边界条件输入数据的正确与否。各种可知边界条件输入数据的正确与否。n于各种可知边界条件中，材料于各种可知边界条件中，材料PSN曲线、曲线、热处理状态、摩擦因数等主要性能数据可热处理状态、摩擦因数等主要性能数据可通过试获得，而对于润滑、温度、相对滑通过试获得，而对于润滑、温度、相对滑移速度等一些重要数据的获得还需要更深移速度等一些重要数据的获得还需要更深入的研究入的研究应用CAE的过程前处理：对工程或产品进行建模，建 立合理的有限元分析模型。有限

35、元分析：对有限元模型进行单元特性分析、有限元单元组装、有限元系统求解和有限元结果生成。后处理：根据工程或产品模型与设计要求，对有限元分析结果进行用户所要求的加工、检查，并以图形方式提供给用户，辅助用户判定计算结果与设计方案的合理性。预调修正技术n预调修正是基于系统性考虑问题的方法，预调修正是基于系统性考虑问题的方法，其目的是最大程度地利用已有条件制造其目的是最大程度地利用已有条件制造出适合不同产品性能要求的齿轮，该方出适合不同产品性能要求的齿轮，该方法目前主要有如下几个方面法目前主要有如下几个方面。n（1）热处理变形预调修正）热处理变形预调修正n（2）考虑结构和装配误差的预调修正）考虑结构和装

36、配误差的预调修正n（3）考虑噪声和寿命的预调修正）考虑噪声和寿命的预调修正n（4）考虑工况载荷的预调修正）考虑工况载荷的预调修正汽车工业热处理技术展望汽车工业热处理技术展望n近年来，汽车工业热处理技术的发展除了对产品近年来，汽车工业热处理技术的发展除了对产品质量实行更加严格的控制之外，也更加重视节能质量实行更加严格的控制之外，也更加重视节能与环保。与环保。n在信息时代，热处理技术会更加充分利用计算机在信息时代，热处理技术会更加充分利用计算机技术，依赖计算机技术。使热处理生产管理、工技术，依赖计算机技术。使热处理生产管理、工艺过程控制、工艺设计与质量预测分析实现高度艺过程控制、工艺设计与质量预测

37、分析实现高度数字化、智能化数字化、智能化n未来，热处理技术会紧紧围绕精密、节能、环保、未来，热处理技术会紧紧围绕精密、节能、环保、智能化的方向发展。智能化的方向发展。精密（精确）化热处理精密（精确）化热处理n所谓精密化热处理是指以组织、硬度、硬化所谓精密化热处理是指以组织、硬度、硬化层为控制指标的内在质量的精密化及对以零层为控制指标的内在质量的精密化及对以零件外形特征为指标的畸变量的严格控制。件外形特征为指标的畸变量的严格控制。n精密化的热处理是通过对材料、热处理工艺精密化的热处理是通过对材料、热处理工艺装备的精确设计，对热处理工艺过程和冷却装备的精确设计，对热处理工艺过程和冷却技术的严格控制

38、，保证使产品热处理后的组技术的严格控制，保证使产品热处理后的组织、硬度、硬化层、畸变量等质量分散度最织、硬度、硬化层、畸变量等质量分散度最小。小。节能热处理技术的发展节能热处理技术的发展热处理节能措施和技术1.实现专业化、规模化生产2.节能新材料的采用3.采用新的加热元4.热处理余热利用5.直列式气体反应罐或直生式气氛的应用6.节能热处理工艺的应用7.汽车节能材料的广泛应用n热处理是能耗巨大的工艺之一，节能技术的热处理是能耗巨大的工艺之一，节能技术的开发和应用对热处理节能降耗、降低生产成开发和应用对热处理节能降耗、降低生产成本具有十分重要的意义本具有十分重要的意义n采用新型节能筑炉材料，如陶瓷

39、纤维材料、采用新型节能筑炉材料，如陶瓷纤维材料、矽酸钙板、红外炉内涂料等，可以大大减少矽酸钙板、红外炉内涂料等，可以大大减少炉衬蓄热量，降低炉壁热损耗，节能效果可炉衬蓄热量，降低炉壁热损耗，节能效果可达达10-20%。n与电加热相比，采用燃气加热具有更高的加与电加热相比，采用燃气加热具有更高的加热效率。热效率。n热处理生产过程中的热处理生产过程中的余热利用是热处理节余热利用是热处理节能的重要途径。能的重要途径。n（1）利用烟道气废）利用烟道气废热预热燃烧用空气，热预热燃烧用空气，节能效果显著。节能效果显著。n（2）等温退火炉利用毛坯在中冷过程中）等温退火炉利用毛坯在中冷过程中发出的余热来预热前

40、室毛坯发出的余热来预热前室毛坯n（3）调质线利用淬火槽的热油预热清洗）调质线利用淬火槽的热油预热清洗机的清洗液机的清洗液n（4）利用炉顶直列式反应罐产生的吸热）利用炉顶直列式反应罐产生的吸热式气体可直接通入炉内，节省了独立发生式气体可直接通入炉内，节省了独立发生器的工作能耗器的工作能耗n（5）采用燃气辐射管加热时，利用排除的）采用燃气辐射管加热时，利用排除的废热预热混合空气，可节约废热预热混合空气，可节约1520%n合理的热处理工艺设计合理的热处理工艺设计n（1）亚温淬火工艺的应用）亚温淬火工艺的应用n（2）低温化学热处理代替浅层渗）低温化学热处理代替浅层渗碳和碳氮共渗；碳和碳氮共渗；n（3）

41、局部表面硬化处理代替整体）局部表面硬化处理代替整体强化等。强化等。清洁热处理技术的发展清洁热处理技术的发展n正确处理好资源与环境，技术与环境正确处理好资源与环境，技术与环境的关系是实现可持续发展的基本保证。的关系是实现可持续发展的基本保证。新世纪，汽车工业热处理更加重视清新世纪，汽车工业热处理更加重视清洁、无害化技术的发展。真空热处理洁、无害化技术的发展。真空热处理技术，离子热处理技术得到迅速的发技术，离子热处理技术得到迅速的发展，就是清洁热处理技术发展的一个展，就是清洁热处理技术发展的一个标志。标志。真空热处理真空热处理n真空热处理是指热处理工艺的全部和部真空热处理是指热处理工艺的全部和部分

42、在低于一个大气压的环境中进行加热分在低于一个大气压的环境中进行加热的热处理工艺。的热处理工艺。n真空热处理包括真空淬火和真空渗碳。真空热处理包括真空淬火和真空渗碳。n真空淬火工艺流程如图所示。同其他热处理工艺相比真空真空淬火工艺流程如图所示。同其他热处理工艺相比真空淬火工艺不仅热后畸变小，而且还使所处理的模具使用寿淬火工艺不仅热后畸变小，而且还使所处理的模具使用寿命可以提高命可以提高13倍。模具采用真空热处理代替盐浴热处理倍。模具采用真空热处理代替盐浴热处理的加热方法已成为热处理行业的发展趋势。的加热方法已成为热处理行业的发展趋势。装料装料抽真空（真抽真空（真空度为空度为110-2Pa）同惰性

43、或中性气体同惰性或中性气体进行对流加热（真进行对流加热（真空淬火加热温度为空淬火加热温度为7801200C）在高压惰在高压惰性气体中性气体中淬火（如淬火（如Ar、He）n真空渗碳工艺流程如图所示。真空真空渗碳工艺流程如图所示。真空(低压低压)渗碳具有原料气渗碳具有原料气消耗极少、零件变形小、热处理质量好、零件表面光洁、消耗极少、零件变形小、热处理质量好、零件表面光洁、无污染的显著特点，是真正意义上的清洁热处理，是未来无污染的显著特点，是真正意义上的清洁热处理，是未来可预测的对环境友好的主导工艺之一可预测的对环境友好的主导工艺之一装料装料抽真抽真空空通保通保护气护气加热温度加热温度为为90010

44、50C工件在高温下脉冲工件在高温下脉冲式通入渗碳气氛式通入渗碳气氛（纯丙烷或乙烷）（纯丙烷或乙烷）和保护气氛（纯氮和保护气氛（纯氮气）进行高速渗碳气）进行高速渗碳离子化学热处理离子化学热处理n可显著提高零件表可显著提高零件表面的耐磨性，抗疲面的耐磨性，抗疲劳性，耐腐蚀性能。劳性，耐腐蚀性能。n对冷冲模、热锻模、对冷冲模、热锻模、压铸模采用离子氮压铸模采用离子氮化，对提高表面耐化，对提高表面耐磨性，抗热疲劳性磨性，抗热疲劳性能均有显著效果。能均有显著效果。其他清洁热处理技术n对热处理工艺排放的无害化技术处理对热处理工艺排放的无害化技术处理是清洁热处理技术发展的重要内容。是清洁热处理技术发展的重要

45、内容。n在清洗技术方面，开发无污染高效清在清洗技术方面，开发无污染高效清洗剂也成为清洁技术发展的重要方面。洗剂也成为清洁技术发展的重要方面。智能化热处理技术的发展n传感技术与计算机控制技术是热处理智能化的基础。传感技术与计算机控制技术是热处理智能化的基础。n在传感技术方面未来研究重点为：在传感技术方面未来研究重点为：n开发可分别用于气体和离子渗氮和氮碳共渗所用的开发可分别用于气体和离子渗氮和氮碳共渗所用的氮势传感器；氮势传感器；n低压渗碳、离子渗碳和直生式气氛条件下的碳势传低压渗碳、离子渗碳和直生式气氛条件下的碳势传感器；感器；n可在线准确反映、检测零件表面硬化层的硬度分布可在线准确反映、检测

46、零件表面硬化层的硬度分布传感器；传感器；n可在线准确检测、显示零件表层应力分布的应力传可在线准确检测、显示零件表层应力分布的应力传感器。感器。n在控制技术方面，未来的热处理技术发在控制技术方面，未来的热处理技术发展趋势：展趋势：n建立和完善针对不同材料，产品结构建立和完善针对不同材料，产品结构和性能要求，为实现产品最佳质量要求和性能要求，为实现产品最佳质量要求的热处理工艺过程控制的自适应系统；的热处理工艺过程控制的自适应系统；n零件淬火冷却过程的计算机模拟技术；零件淬火冷却过程的计算机模拟技术；n针对炉子结构设计建立的气氛和温度针对炉子结构设计建立的气氛和温度场的计算机模拟技术。场的计算机模拟

47、技术。感应热处理新技术n（1）双频淬火技）双频淬火技术术高频感应加热高频感应加热中频感应加热中频感应加热n由于齿轮存在凸面和凹面，采用高频感应加热进由于齿轮存在凸面和凹面，采用高频感应加热进行齿轮表面淬火，感应电流产生的热量迅速传导，行齿轮表面淬火，感应电流产生的热量迅速传导，齿顶得到完全硬化，但是齿根硬化不足。此外，齿顶得到完全硬化，但是齿根硬化不足。此外，这种处理方法还容易在根齿面上增加残留应力，这种处理方法还容易在根齿面上增加残留应力，导致断裂的发生。导致断裂的发生。n同样地，采用中频感应加热进行齿轮的表面淬火，同样地，采用中频感应加热进行齿轮的表面淬火，热量在齿根进行传导，由于齿根的凹

48、面形状，热热量在齿根进行传导，由于齿根的凹面形状，热量在传导的过程中以指数形式递减，齿根得到有量在传导的过程中以指数形式递减，齿根得到有效的硬化，而齿顶却硬化不足。效的硬化，而齿顶却硬化不足。n同步双频感应加热技术就是在一个感应线圈同步双频感应加热技术就是在一个感应线圈上同时使用两种不同频率上同时使用两种不同频率(高频和中频高频和中频)对一对一个工件进行热处理。个工件进行热处理。n在中频振荡基础上叠加高频振荡在中频振荡基础上叠加高频振荡n采用集成采用集成PLC控制，具有多个程序时间和功控制，具有多个程序时间和功率设定率设定n两个频率的输出比例和在齿根和齿面的硬化两个频率的输出比例和在齿根和齿面

49、的硬化深度可以根据工件的处理要求进行调整。深度可以根据工件的处理要求进行调整。n(2)汽车车身薄板件的感应淬火汽车车身薄板件的感应淬火n(3)冲压件粘接后感应加热固化技术冲压件粘接后感应加热固化技术n(4)中空零件的感应淬火中空零件的感应淬火n(5)超快速短时间感应淬火技术超快速短时间感应淬火技术n(6)发动机缸体缸孔淬火发动机缸体缸孔淬火机械加工及热处理的发展趋势n未来先进机械加工的特点可以用未来先进机械加工的特点可以用八个字概括，即八个字概括，即“数、精、极、数、精、极、自、集、网、智、绿自、集、网、智、绿”n热处理技术的发展趋势：热处理技术的发展趋势：n(1)是可持续发展战略是可持续发展战略n(2)是产品质量的持续提高是产品质量的持续提高