第9章 汽车先进制造技术4、5

9.4焊接技术焊接定义：焊接是被焊工件的材质〔同种或异种〕，经过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充资料，使工件的材质到达原子间的建和而构成永久性衔接的工艺过程。焊接优点：〔1〕节省金属资料，减轻构造分量。〔2〕构造强度高，街头密封性好〔3〕焊接过程易实现机械化和自动化〔4〕为构造设计提供较大的灵敏性汽车工业所用到的焊接方法及零部件的运用焊接方法零部件的应用电阻焊点焊主要用于车身总成、地板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等。多点焊用于车身底板、载货车车厢、车门、发动机盖和行李箱盖等。凸焊、滚凸焊用于车身零部件、减震器阀杆、制动蹄、螺钉、螺帽和小支架等。缝焊用于车身顶盖雨檐对焊用于钢圈、进排气阀杆、刀具等电弧焊CO2保护焊用于车厢、后桥、车架、减震器阀杆、横梁、后桥壳管、传动轴、液压缸和千斤顶等氩弧焊用于机油盘、铝合金零部件的焊接和补焊。焊条电弧焊用于厚板零部件如支架、备用胎、车架等。埋弧焊用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等特种焊摩擦焊用于汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆和随车工具等电子束焊用于齿轮、后桥等激光焊割由于车身底板、齿轮、零件下料及修边等氧乙烷焊用于车身总成的补焊钎焊用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接搅拌摩擦焊在汽车制造中的运用搅拌摩擦焊原理由一个圆柱形的焊头伸入工件的接缝处，经过焊头的高速旋转，使其与焊接工件资料摩擦，从而使衔接部位的资料温度升高软化，同时对资料进展搅拌摩擦来完成焊接搅拌摩擦焊工艺

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：〔1〕焊接接头质量高。①焊接接头不易产生缺陷。②焊接接头热影响区显微组织变化小。③焊接工件不易变形。〔2〕能一次完成较长、较大截面、不同位置的焊接。由于不是依托两焊接相对摩擦来进展焊接，根本上改动了传统的摩擦焊只能焊接简单断面的局限性，扩展了运用范围。〔3〕操作便于机械化自动化。不需求熟练技巧的高程度焊工进展操作，因此质量稳定性好，反复性高。〔4〕低本钱①不需求填充资料，也不用维护气体；②厚焊接件边缘不用坡口加工；③焊接铝材工件不用去氧化膜，只需用溶剂擦去油污即可；④对接允许留一定间隙，不苟求装配精度；⑤节能，平安，无污染，无烟尘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、发动机壳体内衬、悬架系统加强件、侧体内衬加强件、车门加强构造件、后门加强构造件等。激光焊接技术在汽车制造工业中运用激光焊接是以激光作为能量的载体的一种高能密度焊接方法。激光焊接是把能量很高的激光束照射到工件上，使工件受热溶化，然后冷却得到焊缝。激光焊接与常规焊接方法相比有如下特点：〔1〕可焊接高焊点资料如钛、石英等，并能对异性资料进展焊接，效果良好。〔2〕聚焦光斑小，焊接速度快，作用时间短。热影响区小，变形小。〔3〕属于非接触焊接，无机械应力和机械变形。〔4〕易与计算机联机，能实现准确定位，实现自动焊接。〔5〕可在大气中进展，无环境污染。〔6〕可焊接难接近的部位，可以远间隔焊接。〔7〕激光束易实现按时间与空间分光，能进展多光束同时加工及多工位加工，为更精细的焊接提供了条件〔8〕激光束功率密度很高，焊缝熔深大，速度快，效率高。〔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、抗腐蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。〔10〕激光焊接具有熔池净化效应，能纯真焊缝金属。车身总成激光组焊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，从而构成白车身分总成，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本钱高，运用条件苛刻等问题，但由于其具备焊接精度高、零件变形小，焊接构造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用运用。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〕降低汽车车身分量并到达节能的目的；〔3〕提高汽车车身的装配精度，使车身的刚度提升30%，从而提高车身的平安性；〔4〕降低汽车车身制造过程中的冲压和装配本钱，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高，平安性更好，并且降低了车辆行驶过程中的噪音和震动，改善了乘坐温馨性。〔6〕推进了汽车车身在不降低刚度和强度的前提下，向轻量化设计方向开展。激光拼焊板的运用拼焊板在汽车工业上被大量运用为不同强度或不同外表处置形状的零件的整体成形。运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展冲压。充分发扬不同强度、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平安。激光拼接焊技术在车身部件中的运用激光拼焊板优点：〔1〕添加汽车平安性、〔2〕减轻分量、〔3〕减少加工工序、〔4〕降低本钱、〔5〕提高消费效率、〔6〕减少资料耗费〔7〕提高总成装配的准确性汽车零部件激光焊接汽车零部件焊接采用激光焊替代传统焊接优点：〔1〕零件焊接部位几乎没有变形，〔2〕焊接速度快〔3〕不需求焊后热处置新型焊接技术——激光复合焊接激光复合焊是将激光束与其他热源结合起来，结合了两者各自的优点，获得了最正确的焊接效果、更高的焊接速度和良好的焊缝搭桥才干。激光—电弧复合焊接技术是一种功能多、可靠性高、顺应性强的精细焊接工艺方法。激光—电弧复合焊原理激光与电弧同时作用于金属外表的同一位置，两者互相促进资料对其的能量利用率

提高了母材对激光的吸收率外加电弧之后，低温低密度的电弧等离子体会稀释激光产生的等离子体电弧作用使母材温度升高提高了电弧的能量利用率激光熔化金属，为电弧提供了大量的自由电子，减小了电弧通道的电阻激光——电弧复合焊优点：〔1〕有效地提高了焊接效率〔2〕添加了间隙的顺应性〔3〕可以进展填丝，改善焊缝的组织性能〔4〕经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激光-电弧复合焊接技术还可以改善某些难焊材料的焊接性，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:发扬了单侧，非接触式激光焊接带来的技术和经济优势，并将其与高速扫描镜片带来的优势相结合，大大缩短了焊接时间，在整个焊接流程中添加了总消费效率汽车制造中焊接数值模拟技术的运用经过焊接数值模拟，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实际根据经过计算机模拟技术与设计者的阅历相结合，可以优化焊装车间平面布置和任务单元规划；预测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；计算消费面积和所需工人数；进展焊装线上的机器人、自动化设备及人体作业仿真分析汽车工业焊接的总体开展趋势焊接技术的开展趋势具有如下特点：〔1〕随着新的焊接资料和构造的不断出现，需求开发新的焊接工艺方法。〔2〕改良常用的普通焊接工艺方法，提高焊接过程机械化、自动化程度，提高焊接质量和消费效率〔3〕采用电子计算机控制焊接过程，大力推行焊接机器人、焊接中心〔4〕开展公用成套焊接设备9.5机械加工及热处置技术汽车制造机械加工技术如今的机械加工技术是将现代化信息技术、自动化技术、企业管理技术的新成果运用于机械制造过程中，开展新的制造技术和消费方式，是机械产品的消费更加优质、高效、低能、快捷、灵敏汽车零部件机械加工消费线的技术特征流水消费线不断是汽车及零部件消费方式的主体，其根本技术是集成技术——将工艺系统、物流系统、信息系统集成为流水消费线〔1〕工艺系统也就是机床—工具—工件系统。现代汽车制造，特别是轿车的消费线的工艺配备曾经进入柔性化时代，它由数控机床和智能工具组成。现代高速加工机床的要求是：高速度、高精度、高精度坚持性用于发动机消费线的高速加工中心，快速挪动已到达60~100m/min，加速度大0.6~1.5g，主轴最高转速达8000~15000r/min，定位精度/反复定位精度—任务台在1m以下为8μm/4μm〔VDⅠ规范〕，任务台1m以上为10μm/5μm〔VDⅠ规范〕，主轴普遍运用电主轴，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构造，机床非常简约，外购件〔配套件〕比例添加，交货值大大缩短某高速四轴卧式加工中心高速加工优点单位时间的材料切除率可增加3~6倍切削力可降低30%以上95%~98%的切削热被切屑带走切屑是在瞬间被切离工件，工件表面的残余应力非常小切削平稳振动小，能加工出非常精密的零件要实现数控高速切削加工，就是根据高速切削加工实际，采用高速主轴单元、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辅助单元技术高速主轴单元高速运转的电主轴的主轴方式是将主轴电机的定子、转子直接装人主轴组件的内部，即把高速电机置于精细主轴内部，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轴一体，电机直接驱动主轴，构成电主轴。电主轴取消了中间的传动环节，传动链长度为0，可以实现真真意义上的机床主轴系统的“零传动〞，防止了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——调速问题采用几下措施，来处理呼应的问题：(1)高速精细主轴上大量采用高速、高刚度的轴承，如普通情况采用陶瓷轴承和液体动静压轴承，特殊场所采用空气光滑轴承和磁悬浮轴承；轴承的光滑采用定时定量的油气光滑而不是油脂光滑。(2)主轴电机主要采用矢量控制的交流异步机。(3)电主轴的内置高速电机采用高频变频安装来驱动，实现每分钟几万甚至十几万转的转速，变频器的输出频率甚至要到达几千Hz。高速进给系统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珠丝杠或直线电机。以下图为直线电机原理直线电机直接驱动有以下优点：①高速度，目前最大进给速度可100~200m/min；②高加速度，可达2~10g(g=9.8m/s)；③定位精度高，由于只能采用闭环控制，其实际定位精度可以为0,但由于存在检测元件安装、丈量误差，实践定位精度不能够为0，最高定位精度可达0.1~0.01m；④行程不受限制，由于直线电机的次级(定子)可以一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。物流系统它是由原资料处置、存贮、上下料安装和机床问传输安装组成柔性生产线柔性制造系统柔性制造单元柔性制造技术，也称柔性集成制造技术，是现代先进制造技术的统称，主要边如今：1.消费设备的零件、部件可根据所加工产品的需求变换2.对加工产品的批量可根据需求迅速调整3.对加工产品的性能参数可迅速改动并及时投入消费4可迅速而有效地综合运用新技术5.对用户、贸易同伴和供应商的需求变化及特殊要求能迅速做出反响。柔性制造系统原理其他柔性技术方式还有柔性制造单元〔FlexiblemanufacturingCenter，简称FMC〕柔性制造线〔FlexiblemanufacturingLine，简称FML〕柔性制造工厂〔FlexiblemanufacturingFactory，简称FMF〕。信息系统主要包括消费控制、刀具改换、工装及附件改换、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改换和自动报警等。最新要求是具备CAD，CAM功能，运程消费线管理和维护功能，缺点诊断和自动修复功能等。发动机制造技术的开展与变革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，消费批量不确定。目前为进一步提高高速柔性消费线的消费效率，最新开展出来矫捷高速柔性消费线〔AgileFlexibleTransferLine，简称AFTL〕。AFTL目标：对变化的市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柔性夹具运用技术的开展趋势为(1)进一步对传统夹具创新，继续成为柔性夹具的主流，使之更具柔性和适用性。(2)注重原理和构造均有创新的柔性夹具开发和研讨．(3)积极尝试和推进计算机辅助夹具设计；(4)研讨和开发用于规范的组合夹具、通/公用夹具的CAFD中的新型软件。(5)通用、经济、元件的功能强的柔性夹将普遍推行运用。(6)智能夹具的开发与运用。汽车齿轮制造技术开展齿轮是汽车运动中的中心传动部件，其加工质量的优劣对总成乃至整车的振动噪声以及可靠性会带来直接影响，有时会成为制约产品程度提高的关键要素。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〕，齿环类，特殊用途齿轮齿轮类型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设计过程中CAE可在齿轮进入实践加工前正确预测制造要素的影响程度。有效的分析可以获得如下效果：〔1〕延伸和提升设计方法和思绪。〔2〕最大限制地降低试制、实验本钱，缩短开发周期。〔3〕消费时获得可靠的齿轮构造数据和正确的工艺调整数据。齿轮数值分析的有效性取决于计算数学模型的准确性、几何实体模型的准确程度、各种可知边境条件输入数据的正确与否。于各种可知边境条件中，资料PSN曲线、热处置形状、摩擦因数等主要性能数据可经过试获得，而对于光滑、温度、相对滑移速度等一些重要数据的获得还需求更深化的研讨应用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。预调修正技术预调修正是基于系统性思索问题的方法，其目的是最大程度地利用已有条件制造出适宜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。〔1〕热处置变形预调修正〔2〕思索构造和装配误差的预调修正〔3〕思索噪声和寿命的预调修正〔4〕思索工况载荷的预调修正汽车工业热处置技术展望近年来，汽车工业热处置技术的开展除了对产质量量实行更加严厉的控制之外，也更加注重节能与环保。在信息时代，热处置技术会更加充分利用计算机技术，依赖计算机技术。使热处置消费管理、工艺过程控制、工艺设计与质量预测分析实现高度数字化、智能化未来，热处置技术会紧紧围绕精细、节能、环保、智能化的方向开展。精细〔准确〕化热处置所谓精细化热处置是指以组织、硬度、硬化层为控制目的的内在质量的精细化及对以零件外形特征为目的的畸变量的严厉控制。精细化的热处置是经过对资料、热处置工艺配备的准确设计，对热处置工艺过程和冷却技术的严厉控制，保证使产品热处置后的组织、硬度、硬化层、畸变量等质量分散度最小。节能热处置技术的开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热处置是能耗宏大的工艺之一，节能技术的开发和运用对热处置节能降耗、降低消费本钱具有非常重要的意义采用新型节能筑炉资料，如陶瓷纤维资料、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，节能效果可达10-20%。与电加热相比，采用燃气加热具有更高的加热效率。热处置消费过程中的余热利用是热处置节能的重要途径。〔1〕利用烟道气废热预热熄灭用空气，节能效果显著。〔2〕等温退火炉利用毛坯在中冷过程中发出的余热来预热前室毛坯〔3〕调质线利用淬火槽的热油预热清洗机的清洗液〔4〕利用炉顶直列式反响罐产生的吸热式气体可直接通入炉内，节省了独立发生器的任务能耗〔5〕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15~20%合理的热处置工艺设计〔1〕亚温淬火工艺的运用〔2〕低温化学热处置替代浅层渗碳和碳氮共渗；〔3〕部分外表硬化处置替代整体强化等。清洁热处置技术的开展正确处置好资源与环境，技术与环境的关系是实现可继续开展的根本保证。新世纪，汽车工业热处置更加注重清洁、无害化技术的开展。真空热处置技术，离子热处置技术得到迅速的开展，就是清洁热处置技术开展的一个标志。真空热处置真空热处置是指热处置工艺的全部和部分在低于一个大气压的环境中进展加热的热处置工艺。真空热处置包括真空淬火和真空渗碳。真空淬火工艺流程如下图。同其他热处置工艺相比真空淬火工艺不仅热后畸变小，而且还使所处置的模具运用寿命可以提高1—3倍。模具采用真空热处置替代盐浴热处置的加热方法已成为热处置行业的开展趋势。装料抽真空（真空度为1~10-2Pa）同惰性或中性气体进行对流加热（真空淬火加热温度为780~1200°C）在高压惰性气体中淬火（如Ar、He）真空渗碳工艺流程如下图。真空(低压)渗碳具有原料气耗费极少、零件变形小、热处置质量好、零件外表光洁、无污染的显著特点，是真正意义上的清洁热处置，是未来可预测的对环境友好的主导工艺之一装料抽真空通保护气加热温度为900~1050°C工件在高温下脉冲式通入渗碳气氛（纯丙烷或乙烷）和保护气氛（纯氮气）进行高速渗碳离子化学热处置可显著提高零件外表的耐磨性，抗疲劳性，耐腐蚀性能。对冷冲模、热锻模、压铸模采用离子氮化，对提高