第9章-汽车先进制造技术4、5.pptx
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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;
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