【正文】 圖 4），并采用蒂森克虜伯拼焊板公司的全套專有技術(shù)和質(zhì)量控制體系進(jìn)行生產(chǎn)和工藝開發(fā)，該線最小工件間距為 50mm，焊接速度可達(dá) 10m/min，年生產(chǎn)能力可達(dá) 20,000 噸（一條線）。 a．設(shè)計新產(chǎn)品時，就要根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、對零部件的作用、受力情況和工作條件以及工藝要求選用材料。在生產(chǎn)過程中，采用新材料、新工藝、新技術(shù)和節(jié)支降耗都涉及材料的變更問題。由此可以看出，原材料的選擇直接決定了汽車性能和經(jīng)濟(jì)性。 在汽車沖壓件中，一部分沖壓件經(jīng)沖壓后直接成為汽車零部件，另一部分沖壓件經(jīng)沖壓后還需經(jīng)過焊接、或機(jī)械加工、或油漆等工藝加工后才能成為汽車零部件。 汽車沖壓件的使用性能對沖壓材料性能的要求 所謂使用性能，是指機(jī)械零件在服役條件下所表現(xiàn)出來的力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能。每個具體的汽車零部件的使用和工作條件不同，承受的負(fù)荷不同，因此對用材的要求也有很大的差異。近幾年，成形性優(yōu)異、強(qiáng)度更高的含磷冷軋鋼板、高弓童度冷軋鋼板、冷軋雙相鋼板、烘烤硬化冷軋鋼板、超低碳鋼高強(qiáng)度冷軋鋼板以及其他種類鋼板如涂鍍層鋼板、拼焊鋼板和 TRIP 鋼板等，也被大量應(yīng)用到車門外板、車門內(nèi)板、車門加強(qiáng)板、車頂蓋、行李箱 蓋板和保險杠等汽車車身零件上。通常，采用強(qiáng)度級別為 300600 MPa 高強(qiáng) 度鋼板和超細(xì)晶粒鋼。 沖壓件的結(jié)構(gòu)類型不同，對材料的力學(xué)性能要求是不同的，如表 4。 成形工序 成形工藝主要以彎曲件、拉延件、成形件和冷擠壓件為主。一般汽車上使用的拉延件都是料厚在 mm 以下的冷軋鋼板，要求材料不僅要有良好的成形性能，同時要有良好的抗凹能力、足夠的結(jié)構(gòu)剛度及優(yōu)良的表面形貌，如表 5. 成形件對材料的要求 汽車上使用的成形件大都以拉延成形、彎曲成形和翻邊成形等復(fù)合工藝為主。 強(qiáng)比（一般 ），有利于沖壓成形，減少材料的起皺趨勢，提高極限變形程度。表 6 列出了幾種鋼材的焊接性及焊接規(guī)范。 涂漆工藝 對沖壓材料的要求 汽車的涂裝質(zhì)量直接影響到汽車的外觀質(zhì)量和汽車產(chǎn)品檔次的提升，汽車的涂裝質(zhì)量除了涂裝材料本身的影響外，鋼板的涂裝性能也是涂裝工藝不可忽視的因素。 結(jié)束語 沖壓材料選擇的合理與否，直接影響到?jīng)_壓產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和制造成本，還決定沖壓工藝過程及繼續(xù)加工的復(fù)雜程度，所以合理選材是十分重要的。 第三章：汽車的焊接現(xiàn)狀 汽車工業(yè)所用的焊接方法及零部件的應(yīng)用情況 汽車制造業(yè)是焊接應(yīng)用面最廣的行業(yè)之一，所用的焊接方法也種類繁多，其應(yīng)用情況如下： 電阻 (1)點(diǎn)焊 主要用于車身總成、地板、車門、側(cè)圍、后圍、前橋和小零部件等。 (5)對焊 用于鋼圈、排進(jìn)氣閥桿、刀具等。 (4)埋弧焊 用于半橋套管、法蘭、天然氣汽車的壓力容器等。 氧乙炔焊 用于車身總成的補(bǔ)焊。例如，在一輛 Passat 車身上有電阻焊焊點(diǎn) 5892 個。 在點(diǎn)焊過程中，影響焊點(diǎn)質(zhì)量的因素有：焊接電流，焊接壓力，電極的端面形狀，穿過電極的鐵磁性物質(zhì)，分流等；特別在阻焊設(shè)備較多的焊接車間，同時工 作的焊機(jī)相互感應(yīng)，對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時就會影響控制器的觸發(fā)，導(dǎo)致焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性較差。如果能保證焊點(diǎn)的 100%合格，每臺車身可減少焊點(diǎn)數(shù)量約 200 點(diǎn)，即可節(jié)約成本約 80 元。 2) 控制方法，由一種監(jiān)控方法發(fā)展為多種監(jiān)控方法進(jìn)行決策對點(diǎn)焊過程及質(zhì)量的控制趨勢。點(diǎn)焊電極材料主要包括：鉻鋯銅、彌散強(qiáng)化銅、鈹青銅等。在國內(nèi)汽車制造廠主要采用鉻鋯銅電極，有少部分合資公司采用彌散強(qiáng)化銅電極。發(fā)展三相低頻電阻焊機(jī)、三相次級整流焊機(jī) (已在普通型點(diǎn)焊機(jī)、縫焊機(jī)、凸焊機(jī)中應(yīng)用 )和 IGBT 逆變電阻焊機(jī)，可以解決電網(wǎng)不平衡和提高功率因數(shù)的問題。在卡車車身制造中，所采用的材料為 08AL 和鍍鋅板，采用常用的點(diǎn)焊機(jī)即可。通過采用焊縫跟蹤技術(shù)，減少焊接缺陷，提高焊縫質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低成本。但這種方法不太適合轎車底盤零件的焊接，因轎車底盤零件機(jī)器人系統(tǒng)的夾具允許機(jī)器人工作空間范圍很小，很難實(shí)現(xiàn)附帶激光跟蹤頭焊槍的焊接。這兩種焊接方法與機(jī)器人相配合，能充分體現(xiàn)高效化焊接的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人系統(tǒng)在空間可達(dá)性和焊接速度之間的協(xié)同和完美組合。 雙絲 MIG/MAG 焊有兩種基本形式：一種是雙絲焊接工藝 (Twin— Wire)，兩個焊絲都是采用同樣的焊接參數(shù)：另一種是 TandemWire，采用兩個獨(dú)立的噴嘴和兩個獨(dú)立的電源，每個電弧有自己獨(dú)立的焊接參數(shù)。該焊接工藝為固態(tài)焊接，焊縫熱影響區(qū)相對較窄，晶粒細(xì)小，焊縫質(zhì)量較易控制，制造成本相對較低。目前，傳動軸、萬向轉(zhuǎn)向節(jié)叉等零件的焊接工藝均為 CO2 氣體保護(hù)焊，容易產(chǎn)生焊接缺陷，焊縫質(zhì)量較難控制，并且還須消耗大量的 CO2 氣體和焊絲等輔料，生產(chǎn)效率相對較低；若采用摩擦焊工藝，勿須填充任何輔助材料，并有利于作業(yè)環(huán)境的改善，減少污染。因此，在國內(nèi)推廣應(yīng)用摩擦焊技術(shù)勢在必行。但是，如何保證激光焊接的質(zhì)量，即激光焊接過程監(jiān)測與質(zhì)量控制，是激光利用領(lǐng)域的重要內(nèi)容，包括利用電感、電容、聲波、光電等各種傳感器，通過計算機(jī)處理，針對不同焊接對象和要求，實(shí)現(xiàn)諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫質(zhì)量監(jiān)測等項目，通過反饋控制調(diào)節(jié)焊接工 藝參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)自動化激光焊接。如今，德國大眾公司也已在 Audi A Golf A Passat 等車頂采用了此技術(shù)； BMW 公司的 5 系列、 Opel公司的 Vectra 車型等更是趨之若鶩。 在車身制造中，采用激光焊技術(shù)，可以提高產(chǎn)品設(shè)計的靈活性，降低制造成本，提高車身的剛度，增加產(chǎn)品的競爭力。有專家預(yù)言，激光拼焊板將成為一項數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。九十年代初，美國三大汽車公司已投入 40 多臺激光器用于傳動部件焊接。因此，生產(chǎn)線的整體柔性程度由各組成部分的柔性程度所決定。通過人工操作完成焊接工作，其獨(dú)立性較強(qiáng)，便于安裝、調(diào)整及維修，且價格低廉，所以在生產(chǎn)發(fā)展的各個時代都得到了廣泛地應(yīng)用。焊接設(shè)備作為焊裝生 產(chǎn)線的重要組成部分，是否采用焊接機(jī)器人是焊裝生產(chǎn)線柔性程度的重要標(biāo)志之一。在我國的汽車制造企業(yè)中，最早引進(jìn)焊接機(jī)器人的是長春“一汽”，自 1984 年起從 KUKA 公司先后引進(jìn)了三臺點(diǎn)焊機(jī)器人，曾用于當(dāng)時“紅旗牌”轎車的車身焊接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。一汽車身廠焊接車間只在主焊線個別工位采用了點(diǎn)焊機(jī)器人，點(diǎn)焊自動化率很低。 在國外，法國雷諾汽車公司與日本日產(chǎn)柴汽車公司都采用了全機(jī)器人的駕駛室焊裝線，駕駛室的裝配、涂膠、點(diǎn)焊全部由機(jī)器人完成。 銅散熱器硬釬焊工藝技術(shù)的應(yīng)用 20 世紀(jì) 50 年代，汽車散熱器的制造主要采用銅材料的錫焊工藝。 a、釬焊速度快，可降低加工成本； b、銅的導(dǎo)熱性好，強(qiáng)度和剛度大，可使材料的厚度減薄，為硬釬焊散熱器小型化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)； c、材料的回收和再生產(chǎn)利用率高。 經(jīng)世界許多知名企業(yè)的實(shí)踐證明，銅硬釬焊工藝技術(shù)能在客車、載貨車和工程機(jī)械的散熱器、暖風(fēng)機(jī)、機(jī)油冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器及中冷器等產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮巨大的優(yōu)勢。通過焊接數(shù)值模擬，可以模擬出焊接過程中的應(yīng)力和應(yīng)變的變化和分布情況，為制定合理的焊接工藝提供理論依據(jù)。 2020 年日本大阪大學(xué)結(jié)合科學(xué)研究所提出了一個五年完成耗資 20 億日元（ 2 千萬美元）的國家課題：“高效與安全焊接技術(shù)的開發(fā)”，事實(shí)上它包括著一個焊接虛擬工程研究，其目的是開發(fā)一個用戶界面友好的高效與安全焊接的計算機(jī)系統(tǒng)，它同時給出三個精密模擬程序，即焊接過程模擬程序、被焊區(qū)域組織預(yù)測程序和變形預(yù)測程序；近來英國焊接研究所開發(fā)了一個“結(jié)構(gòu)變形預(yù)測系統(tǒng)”（ SDPS），可 以用來預(yù)測復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接變形。通過計算機(jī)模擬技術(shù)與設(shè)計者的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，可以優(yōu)化焊裝車間平面布置和工作單元布局；預(yù)研工藝對產(chǎn)品的影響和各工序間的關(guān)聯(lián)；校驗(yàn)所需設(shè)備數(shù)量和對自動化設(shè)備的需求；生產(chǎn)面積和所需工人數(shù)的計算；而且能進(jìn)行焊裝線上的機(jī)器人、自動化設(shè)備及人體 作業(yè)進(jìn)行仿真分析。 Delmia BIW 是對汽車白車身規(guī)劃與仿真應(yīng)用的一套解決方案。只有做到這些，才能對焊接夾具進(jìn)行全方位的設(shè)計。只要把握住以上幾點(diǎn)，就能合理地解決焊接夾具的自動化水平及制造成本這對矛盾。 以空間三維坐標(biāo)標(biāo)注尺寸 汽車車身產(chǎn)品圖以空間三維坐標(biāo)來標(biāo)注尺寸。貨車車向的裝配精度一般控制在 2mm 內(nèi)，轎車控制在 1mm 內(nèi)。 從定位原則 看，支承對薄板來說是必不可少的，可消除由于工件受夾緊力作用而引起的變形。在外觀上它有兩種式樣：大面積的定位塊，小面積的氣動或手動壓頭； 大面積的定位塊，大面積的氣動或手動壓頭。因此這種整體為鑄件的“定位塊”式夾具是耗能耗材的，其設(shè)計、制造周期和成本都比較高。 。它的優(yōu)點(diǎn)是定位板、壓頭用損后修復(fù)、裝調(diào)比較方便；也比較容易形成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、制造（除定位塊、壓頭上壓塊外，其余零件均可制成標(biāo)準(zhǔn)件）?？上胙b配調(diào)整工作量之大，它同樣是以提高加工精度為代價換來的。 ，就使夾具在生產(chǎn)使用中加工、裝配上使車身裝焊精度得到了保證。 保證前后風(fēng)窗口的裝配尺寸 。 五、車身分塊和定位基準(zhǔn)的選擇 車身焊接總成一般由底板、前圍、后圍、側(cè)圍和頂蓋幾大部分組成，不同的車型分塊方式不同，在選擇定位基準(zhǔn)時，一般應(yīng)做到： 保證門洞的裝配尺寸 當(dāng)總成焊接無側(cè)圍分塊時，門洞必須作為主要的定位基準(zhǔn)，在分裝夾具中，凡與前后立柱有關(guān)的分總成裝焊都必須直接用前后立柱定位，而且從分裝到總裝定位基準(zhǔn)應(yīng)統(tǒng)一；當(dāng) 總成焊接有側(cè)圍分塊時，則門洞應(yīng)在側(cè)圍焊接夾具上形成，總裝焊時以門洞及工藝孔定位，且從分裝到總裝定位基準(zhǔn)也應(yīng)統(tǒng)一。 采用三個圓柱銷定位各零、部件，它把以上兩種定位法加工精度從 , L177。也延長了裝配周期，從定位型面到檢測銷孔等尺寸鏈增多，累計誤差上升。要想使車身幾何精度在夾具上一次裝調(diào)成功，沖壓件就不能有較大的尺寸偏差，而且定位點(diǎn)的數(shù)量也比較多。整個夾具本體改為焊接合件，在制造、裝配上都縮短了周期，相對降低了成本。在生產(chǎn)中使用的夾具，其精度必須保證產(chǎn)品總成的要求；其選擇定位面的數(shù)量也是比較保守的，寧多勿少。 80 年代，車身焊接使用的大量夾具其型式是從沖壓模具的定位面截切而來，即在車身沖壓零件的型腔上定位，它被稱為“定位塊”，其特點(diǎn)是定位面積大，據(jù)統(tǒng)計投影面積在 50 100 以上。 四、 6 點(diǎn)定則在車身焊裝夾具上的應(yīng)用 6 點(diǎn)定則指限制幾個方向運(yùn)動的自由度，在設(shè)計車身焊裝夾具時，常有兩種誤解，一是認(rèn)為 6 點(diǎn)定位則對薄板焊裝夾具不適用；二是看到薄板焊裝夾具上有超定位現(xiàn)象，產(chǎn)生這種誤解的原因是把限制 6 個方向運(yùn)動的自由度理解為限制 6 個方向的自由度，焊接夾具設(shè)計的宗旨是限制 6 個方向運(yùn)動的自由度，這種限制不僅依靠夾具的定位夾緊裝置，而且依靠制件之間的相互制約關(guān)系。三個坐標(biāo)的基準(zhǔn)是：前后方向（ Y 向） ——— 以汽車前輪中心為 0，往前為負(fù)值，往后為正值；上下方向（ Z 向） ——— 以縱梁上平面為 0，往上為正值，往下為負(fù)值；左右方向（ X 向） ——— 以汽車對稱中心為 0，左右為正負(fù)。對焊接夾具設(shè)計來說，有以下特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，構(gòu) 圖困難 汽車車身都是由薄板沖壓件裝焊而成的空間殼體，為了造型美觀和殼體具有一定的剛性，組成本身的零件通常是經(jīng)過拉延成型的空間曲面體，結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜。生產(chǎn)節(jié)拍由夾具動作時間、裝配時間、焊接時間、搬運(yùn)時間等組成。 BIW 支持整個企業(yè)各部門瀏覽與利用 PPR 數(shù)據(jù)庫中的各種信息。在通用、豐田等汽車企業(yè)中，都大量應(yīng)用了 Delmia 軟件，通用卡車公司把 Delmia 公司作為唯一的數(shù)字制造解決方案供應(yīng)商。無法科學(xué)地判斷某個設(shè)計方案的優(yōu)劣。在國內(nèi)， 高校對焊接結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬技術(shù)研究的較多，并且已有一些成功的應(yīng)用案例。 汽車制造中焊接數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用 在許多焊接結(jié)構(gòu)件中，由于焊接工藝本身的特點(diǎn)，焊縫接頭（特別 是弧焊接頭）存在著各種焊接缺陷和應(yīng)力集中，焊接應(yīng)力分布復(fù)雜，引起承載能力下降和焊接變形，采用常規(guī)的手段無法分析焊接應(yīng)力分布和預(yù)測焊接變形，很難控制焊接總成的質(zhì)量。目前，東風(fēng)公司銅散熱器的焊接采用了軟釬焊工藝，其焊縫的高溫強(qiáng)度較低，特別是在重型車上，焊縫的密封性較 差。 90 年代以后，由于新型銅硬釬焊散熱器比鋁散熱器的制造成本更低。另外，電極磨損量的監(jiān)控反饋的精度較差，影響焊接質(zhì)量。東風(fēng)車身廠六萬輛新品駕駛室總裝線采用了 6 臺點(diǎn)焊機(jī)器人， 1 臺自動焊機(jī)，點(diǎn)焊自動化率不足 60%。機(jī)器人 MIG/MAG 焊接工作量占 75％以上，為上海大眾、上海通用汽車公司提供后橋 、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件。據(jù) 2020 年的統(tǒng)計，全國共有各類焊接機(jī)器人 1040臺，而汽車制造和汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中的焊接機(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的76％，成為工業(yè)機(jī)器人的最主要用戶。 焊接機(jī)器人是本體獨(dú)立，動作自由度多，程序變更靈活、自動化程度高、柔性程度極高的焊接設(shè)備。 車身焊裝線上的焊接設(shè)備主要有手工焊設(shè)備、自動焊專機(jī)及焊接機(jī)器人三類。 4) 非金屬及對電磁性有要求的汽車零件焊接 Volvo 和大眾公司激光焊接塑料燃料箱；許多廠家利用激光精細(xì)焊接發(fā)動機(jī)上的傳感