第9章 汽車先進制造技術(shù)4、5

1、9.4 焊接技術(shù)焊接定義：焊接定義：焊接是被焊工件的材質(zhì)（同種或異種），焊接是被焊工件的材質(zhì)（同種或異種），通過加熱或加壓或兩者并用，并且用或通過加熱或加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材質(zhì)達(dá)到原子不用填充材料，使工件的材質(zhì)達(dá)到原子間的建和而形成永久性連接的工藝過程。間的建和而形成永久性連接的工藝過程。焊接優(yōu)點：焊接優(yōu)點：（1）節(jié)省金屬材料，減輕結(jié)構(gòu)重量。）節(jié)省金屬材料，減輕結(jié)構(gòu)重量。（2）結(jié)構(gòu)強度高，街頭密封性好）結(jié)構(gòu)強度高，街頭密封性好（3）焊接過程易實現(xiàn)機械化和自動化）焊接過程易實現(xiàn)機械化和自動化（4）為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供較大的靈活性）為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供較大的靈活性汽車工業(yè)所用到的焊接

2、方法及零部件的應(yīng)用焊接方法焊接方法零部件的應(yīng)用零部件的應(yīng)用電阻焊電阻焊點焊點焊主要用于車身主要用于車身總成、地板、車門、側(cè)圍、后圍、前橋總成、地板、車門、側(cè)圍、后圍、前橋和小零部件等。和小零部件等。多點焊多點焊用于車身底板、載貨車車廂、車門、發(fā)動機蓋和行李用于車身底板、載貨車車廂、車門、發(fā)動機蓋和行李箱蓋等。箱蓋等。凸凸焊焊、滾滾凸焊凸焊用于車身零部件、減震器閥桿、制動蹄、螺釘、螺帽用于車身零部件、減震器閥桿、制動蹄、螺釘、螺帽和小支架等。和小支架等。縫焊縫焊用于車身頂蓋雨檐用于車身頂蓋雨檐對焊對焊用于鋼圈、進排氣閥桿、刀具等用于鋼圈、進排氣閥桿、刀具等電弧焊電弧焊CO2保護焊保護焊用于車廂、

3、后橋、車架、減震器閥桿、橫梁、后橋殼用于車廂、后橋、車架、減震器閥桿、橫梁、后橋殼管、傳動軸、液壓缸和千斤頂?shù)裙堋鲃虞S、液壓缸和千斤頂?shù)葰寤『笟寤『赣糜跈C油盤、鋁合金零部件的焊接和補焊。用于機油盤、鋁合金零部件的焊接和補焊。焊條電弧焊焊條電弧焊用于厚板零部件如支架、備用胎、車架等。用于厚板零部件如支架、備用胎、車架等。埋弧焊埋弧焊用于半橋套管、法蘭、天然氣汽車的壓力容器等用于半橋套管、法蘭、天然氣汽車的壓力容器等特種焊特種焊摩擦焊摩擦焊用于汽車閥桿、后橋、半軸、轉(zhuǎn)向桿和隨車工具等用于汽車閥桿、后橋、半軸、轉(zhuǎn)向桿和隨車工具等電子束焊電子束焊用于齒輪、后橋等用于齒輪、后橋等激光焊割激光焊割由于車

4、身底板、齒輪、零件下料及修邊等由于車身底板、齒輪、零件下料及修邊等氧乙烷焊氧乙烷焊用于車身總成的補焊用于車身總成的補焊釬焊釬焊用于散熱器、銅和鋼件、硬質(zhì)合金的焊接用于散熱器、銅和鋼件、硬質(zhì)合金的焊接攪拌摩擦焊在汽車制造中的應(yīng)用攪拌摩擦焊原理攪拌摩擦焊原理 由一個圓柱形的焊頭伸由一個圓柱形的焊頭伸入工件的接縫處，通過焊頭入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其與焊接工的高速旋轉(zhuǎn)，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化，同位的材料溫度升高軟化，同時對材料進行攪拌摩擦來完時對材料進行攪拌摩擦來完成焊接成焊接攪拌摩擦焊工藝攪拌摩擦焊工藝 夾緊固定攪拌指頭深入焊

5、縫攪拌指頭高速旋轉(zhuǎn)與工件摩擦產(chǎn)生熱量，使工件塑化攪拌指頭沿焊縫移動攪拌指頭離開，尾部塑性金屬流在擠壓下重新結(jié)合形成固相焊縫攪拌摩擦焊主要優(yōu)點有：攪拌摩擦焊主要優(yōu)點有：n（1）焊接接頭質(zhì)量高。）焊接接頭質(zhì)量高。n焊接接頭不易產(chǎn)生缺陷。焊接接頭不易產(chǎn)生缺陷。n焊接接頭熱影響區(qū)顯微組織變化小。焊接接頭熱影響區(qū)顯微組織變化小。n焊接工件不易變形。焊接工件不易變形。n（2）能一次完成較長、較大截面、不同位置的焊接。由于不是依靠兩焊接相對）能一次完成較長、較大截面、不同位置的焊接。由于不是依靠兩焊接相對摩擦來進行焊接，根本上改變了傳統(tǒng)的摩擦焊只能焊接簡單斷面的局限性，擴大摩擦來進行焊接，根本上改變了傳統(tǒng)的

6、摩擦焊只能焊接簡單斷面的局限性，擴大了應(yīng)用范圍。了應(yīng)用范圍。n（3）操作便于機械化自動化。不需要熟練技巧的高水平焊工進行操作，因此質(zhì)）操作便于機械化自動化。不需要熟練技巧的高水平焊工進行操作，因此質(zhì)量穩(wěn)定性好，重復(fù)性高。量穩(wěn)定性好，重復(fù)性高。n（4）低成本）低成本n不需要填充材料，也不用保護氣體；厚焊接件邊緣不用坡口加工；焊接鋁不需要填充材料，也不用保護氣體；厚焊接件邊緣不用坡口加工；焊接鋁材工件不用去氧化膜，只需用溶劑擦去油污即可；對接容許留一定間隙，不茍材工件不用去氧化膜，只需用溶劑擦去油污即可；對接容許留一定間隙，不茍求裝配精度；節(jié)能，安全，無污染，無煙塵求裝配精度；節(jié)能，安全，無污染，

7、無煙塵 攪拌摩擦焊可以用于眾多汽車攪拌摩擦焊可以用于眾多汽車零件的制造，比如汽車車體頂棚零件的制造，比如汽車車體頂棚加強板、車體地板加強構(gòu)件、鋁加強板、車體地板加強構(gòu)件、鋁合金發(fā)動機構(gòu)架、發(fā)動機殼體內(nèi)合金發(fā)動機構(gòu)架、發(fā)動機殼體內(nèi)襯、懸架系統(tǒng)加強件、側(cè)體內(nèi)襯襯、懸架系統(tǒng)加強件、側(cè)體內(nèi)襯加強件、車門加強結(jié)構(gòu)件、后門加強件、車門加強結(jié)構(gòu)件、后門加強結(jié)構(gòu)件等。加強結(jié)構(gòu)件等。激光焊接技術(shù)在汽車制造工業(yè)中應(yīng)用激光焊接技術(shù)在汽車制造工業(yè)中應(yīng)用 激光焊接是以激光作激光焊接是以激光作為能量的載體的一種高為能量的載體的一種高能密度焊接方法。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

8、工件上，使光束照射到工件上，使工件受熱溶化，然后冷工件受熱溶化，然后冷卻得到焊縫。卻得到焊縫。n激光焊接與常規(guī)焊接方法相比有如下特點：激光焊接與常規(guī)焊接方法相比有如下特點：n（1）可焊接高焊點材料如鈦、石英等，并能對異性材料進行焊接，效果良好。）可焊接高焊點材料如鈦、石英等，并能對異性材料進行焊接，效果良好。n（2）聚焦光斑小，焊接速度快，作用時間短。熱影響區(qū)小，變形小。）聚焦光斑小，焊接速度快，作用時間短。熱影響區(qū)小，變形小。 n（3）屬于非接觸焊接，無機械應(yīng)力和機械變形。）屬于非接觸焊接，無機械應(yīng)力和機械變形。n（4）易與計算機聯(lián)機，能實現(xiàn)精確定位，實現(xiàn)自動焊接。）易與計算機聯(lián)機，能實現(xiàn)精

9、確定位，實現(xiàn)自動焊接。n（5）可在大氣中進行，無環(huán)境污染。）可在大氣中進行，無環(huán)境污染。n（6）可焊接難接近的部位，可以遠(yuǎn)距離焊接。）可焊接難接近的部位，可以遠(yuǎn)距離焊接。n（7）激光束易實現(xiàn)按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，）激光束易實現(xiàn)按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件為更精密的焊接提供了條件n（8）激光束功率密度很高，焊縫熔深大，速度快，效率高。）激光束功率密度很高，焊縫熔深大，速度快，效率高。n（9）激光焊縫組織均勻、晶粒很小、氣孔少、夾雜缺陷少，在力學(xué)性能、抗）激光焊縫組織均勻、晶粒很小、氣孔少、夾雜缺陷少，在力學(xué)性能、抗腐蝕

10、性能和電磁學(xué)性能上優(yōu)于常規(guī)焊接方法。腐蝕性能和電磁學(xué)性能上優(yōu)于常規(guī)焊接方法。n（10）激光焊接具有）激光焊接具有 熔池凈化效應(yīng)，能純凈焊縫金屬。熔池凈化效應(yīng)，能純凈焊縫金屬。車身總成激光組焊n激光組焊技術(shù)是將已沖壓或切割成形的各種車身構(gòu)激光組焊技術(shù)是將已沖壓或切割成形的各種車身構(gòu)件，先兩兩件組焊，然后再多件組焊，從而形成白件，先兩兩件組焊，然后再多件組焊，從而形成白車身分總成，各白車身分總成再組裝成白車身總成。車身分總成，各白車身分總成再組裝成白車身總成。白車身激光焊接雖然目前尚存在設(shè)備投資及維護成白車身激光焊接雖然目前尚存在設(shè)備投資及維護成本高，使用條件苛刻等問題，但由于其具備焊接精本高，使

11、用條件苛刻等問題，但由于其具備焊接精度高、零件變形小，焊接結(jié)構(gòu)強度與剛度提升顯著度高、零件變形小，焊接結(jié)構(gòu)強度與剛度提升顯著等一系列突出的優(yōu)點，而被世界各大汽車廠商采納等一系列突出的優(yōu)點，而被世界各大汽車廠商采納使用。車身的激光焊接主要分為總成焊接、側(cè)圍與使用。車身的激光焊接主要分為總成焊接、側(cè)圍與車頂焊接、后續(xù)焊車頂焊接、后續(xù)焊n激光焊接技術(shù)運用于汽車車身的優(yōu)點（1）大幅度提高汽車的剛度、強度和密封性；（2）降低汽車車身重量并達(dá)到節(jié)能的目的；（3）提高汽車車身的裝配精度，使車身的剛度提升30%，從而提高車身的安全性；（4）降低汽車車身制造過程中的沖壓和裝配成本，減少車身零件的數(shù)目并提高車身一

12、體化程度；（5）使整個汽車車身強度更高，安全性更好，并且降低了車輛行駛過程中的噪音和震動，改善了乘坐舒適性。（6）推動了汽車車身在不降低剛度和強度的前提下，向輕量化設(shè)計方向發(fā)展。激光拼焊板的應(yīng)用激光拼焊板的應(yīng)用 拼焊板在汽車工業(yè)上被大量應(yīng)用為不同強度或不同表面拼焊板在汽車工業(yè)上被大量應(yīng)用為不同強度或不同表面處理狀態(tài)的零件的整體成形。使用拼焊板將幾個小零件通處理狀態(tài)的零件的整體成形。使用拼焊板將幾個小零件通過激光焊接集成一個大的毛坯并進行沖壓。充分發(fā)揮不同過激光焊接集成一個大的毛坯并進行沖壓。充分發(fā)揮不同強度、不同厚度板材的性能，并使汽車減重，降低零部件強度、不同厚度板材的性能，并使汽車減重，降

13、低零部件數(shù)量和保證安全。數(shù)量和保證安全。激光拼接焊技術(shù)在車身部件中的應(yīng)用激光拼接焊技術(shù)在車身部件中的應(yīng)用激光拼焊板優(yōu)點：激光拼焊板優(yōu)點：（1）增加汽車安全性、）增加汽車安全性、（2）減輕重量、）減輕重量、（3）減少加工工序、）減少加工工序、（4）降低成本、）降低成本、（5）提高生產(chǎn)效率、）提高生產(chǎn)效率、（6）減少材料消耗）減少材料消耗（7）提高總成裝配的精確性）提高總成裝配的精確性汽車零部件激光焊接汽車零部件激光焊接汽車零部件焊接采用激光焊代替?zhèn)鹘y(tǒng)焊接優(yōu)點汽車零部件焊接采用激光焊代替?zhèn)鹘y(tǒng)焊接優(yōu)點：（1）零件焊接部位幾乎沒有變形，）零件焊接部位幾乎沒有變形，（2）焊接速度快）焊接速度快（3）不需

14、要焊后熱處理）不需要焊后熱處理新型焊接技術(shù)新型焊接技術(shù)激光復(fù)合焊接 激光復(fù)合焊是將激光束與激光復(fù)合焊是將激光束與其他熱源結(jié)合起來，結(jié)合了兩其他熱源結(jié)合起來，結(jié)合了兩者各自的優(yōu)點，獲得了最佳的者各自的優(yōu)點，獲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縫搭橋能力。良好的焊縫搭橋能力。 激光激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)是電弧復(fù)合焊接技術(shù)是一種功能多、可靠性高、適應(yīng)一種功能多、可靠性高、適應(yīng)性強的精密焊接工藝方法。性強的精密焊接工藝方法。激光激光電弧復(fù)合焊原理電弧復(fù)合焊原理 激光與電弧同時作用于金激光與電弧同時作用于金屬表面的同一位置，兩者互屬表面的同一位置，兩者互相促進材料對其的

15、能量利用相促進材料對其的能量利用率率 提高了母提高了母材對激光材對激光的吸收率的吸收率外加電弧之外加電弧之后，低溫低后，低溫低密度的電弧密度的電弧等離子體會等離子體會稀釋激光產(chǎn)稀釋激光產(chǎn)生的等離子生的等離子體體電弧作用使電弧作用使母材溫度升母材溫度升高高提高了電提高了電弧的能量弧的能量利用率利用率激光熔化金屬，激光熔化金屬，為電弧提供了為電弧提供了大量的自由電大量的自由電子，減小了電子，減小了電弧通道的電阻弧通道的電阻激光激光電弧復(fù)合焊優(yōu)點：電弧復(fù)合焊優(yōu)點： （1）有效地提高了焊接效率）有效地提高了焊接效率（2）增加了間隙的適應(yīng)性）增加了間隙的適應(yīng)性（3）可以進行填絲，改善焊縫的組織性能）可以

16、進行填絲，改善焊縫的組織性能（4）通過兩種熱源的相互作用，提高彼此能量的利用率）通過兩種熱源的相互作用，提高彼此能量的利用率（5）很寬的焊速調(diào)整范圍）很寬的焊速調(diào)整范圍 激光激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)還能夠改善某些難焊材電弧復(fù)合焊接技術(shù)還能夠改善某些難焊材料的焊接性，如異質(zhì)金屬、鋁合金等。料的焊接性，如異質(zhì)金屬、鋁合金等。新型焊接技術(shù)激光遠(yuǎn)程焊接遠(yuǎn)程焊接的優(yōu)點遠(yuǎn)程焊接的優(yōu)點: : 發(fā)揮了單側(cè)，非接觸式發(fā)揮了單側(cè)，非接觸式激光焊接帶來的技術(shù)和經(jīng)濟激光焊接帶來的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，并將其與高速掃描鏡優(yōu)勢，并將其與高速掃描鏡片帶來的優(yōu)勢相結(jié)合，大大片帶來的優(yōu)勢相結(jié)合，大大縮短了焊接時間，在整個焊縮短了焊接時

17、間，在整個焊接流程中增加了總生產(chǎn)效率接流程中增加了總生產(chǎn)效率汽車制造中焊接數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用n通過焊接數(shù)值模擬，可以模擬出焊接過程中的應(yīng)通過焊接數(shù)值模擬，可以模擬出焊接過程中的應(yīng)力變化及分布情況，為制定合理的焊接工藝提供力變化及分布情況，為制定合理的焊接工藝提供理論依據(jù)理論依據(jù)n通過計算機模擬技術(shù)與設(shè)計者的經(jīng)驗相結(jié)合，可通過計算機模擬技術(shù)與設(shè)計者的經(jīng)驗相結(jié)合，可以優(yōu)化焊裝車間平面布置和工作單元布局；預(yù)測以優(yōu)化焊裝車間平面布置和工作單元布局；預(yù)測工藝對產(chǎn)品的影響和各工序間的關(guān)聯(lián)；校驗所需工藝對產(chǎn)品的影響和各工序間的關(guān)聯(lián)；校驗所需設(shè)備數(shù)量和對自動化設(shè)備的需求；計算生產(chǎn)面積設(shè)備數(shù)量和對自動化設(shè)備的需

18、求；計算生產(chǎn)面積和所需工人數(shù)；進行焊裝線上的機器人、自動化和所需工人數(shù)；進行焊裝線上的機器人、自動化設(shè)備及人體作業(yè)仿真分析設(shè)備及人體作業(yè)仿真分析汽車工業(yè)焊接的總體發(fā)展趨勢n焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢具有如下特點：焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢具有如下特點：n（1）隨著新的焊接材料和結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，）隨著新的焊接材料和結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，需要開發(fā)新的焊接工藝方法。需要開發(fā)新的焊接工藝方法。n（2）改進常用的普通焊接工藝方法，提高）改進常用的普通焊接工藝方法，提高焊接過程機械化、自動化水平，提高焊接焊接過程機械化、自動化水平，提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率質(zhì)量和生產(chǎn)效率n（3）采用電子計算機控制焊接過程，大力）采用電子計算機控制

19、焊接過程，大力推廣焊接機器人、焊接中心推廣焊接機器人、焊接中心n（4）發(fā)展專用成套焊接設(shè)備）發(fā)展專用成套焊接設(shè)備9.5機械加工及熱處理技術(shù)機械加工及熱處理技術(shù) 汽車制造機械加工技術(shù)汽車制造機械加工技術(shù)現(xiàn)在的機械加工技術(shù)是將現(xiàn)代化信現(xiàn)在的機械加工技術(shù)是將現(xiàn)代化信息技術(shù)、自動化技術(shù)、企業(yè)管理技息技術(shù)、自動化技術(shù)、企業(yè)管理技術(shù)的新成果運用于機械制造過程中，術(shù)的新成果運用于機械制造過程中，發(fā)展新的制造技術(shù)和生產(chǎn)模式，是發(fā)展新的制造技術(shù)和生產(chǎn)模式，是機械產(chǎn)品的生產(chǎn)更加優(yōu)質(zhì)、高效、機械產(chǎn)品的生產(chǎn)更加優(yōu)質(zhì)、高效、低能、快捷、靈活低能、快捷、靈活汽車零部件機械加工生產(chǎn)線的技術(shù)特征汽車零部件機械加工生產(chǎn)線的技術(shù)

20、特征流水生產(chǎn)線一直是汽車及零部件生產(chǎn)方式的主體，流水生產(chǎn)線一直是汽車及零部件生產(chǎn)方式的主體，其根本技術(shù)是集成技術(shù)其根本技術(shù)是集成技術(shù)將工藝系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、將工藝系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、信息系統(tǒng)集成為流水生產(chǎn)線信息系統(tǒng)集成為流水生產(chǎn)線n（1）工藝系統(tǒng)）工藝系統(tǒng) 也就是機床也就是機床工具工具工件系統(tǒng)。現(xiàn)代汽車制工件系統(tǒng)?，F(xiàn)代汽車制造，特別是轎車的生產(chǎn)線的工藝裝備已經(jīng)進造，特別是轎車的生產(chǎn)線的工藝裝備已經(jīng)進入柔性化時代，它由數(shù)控機床和智能工具組入柔性化時代，它由數(shù)控機床和智能工具組成。成。 現(xiàn)代高速加工機床的要求是：高速度、高精現(xiàn)代高速加工機床的要求是：高速度、高精度、高精度保持性度、高精度保持性n用于發(fā)動

21、機生產(chǎn)線的高速加工中心，快速移動已到達(dá)用于發(fā)動機生產(chǎn)線的高速加工中心，快速移動已到達(dá)60100m/min，加速度大，加速度大0.61.5g，主軸最高轉(zhuǎn)，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)速達(dá)800015000r/min，定位精度，定位精度/重復(fù)定位精重復(fù)定位精度度工作臺在工作臺在1m以下為以下為8m/4m（VD 標(biāo)準(zhǔn)），標(biāo)準(zhǔn)），工作臺工作臺1m以上為以上為10m/5m（VD 標(biāo)準(zhǔn)），主軸標(biāo)準(zhǔn)），主軸普遍應(yīng)用電主軸，進給運用普遍采用直線電機，同時普遍應(yīng)用電主軸，進給運用普遍采用直線電機，同時普遍運用三坐標(biāo)模塊化和箱中箱結(jié)構(gòu)，機床非常簡約，普遍運用三坐標(biāo)模塊化和箱中箱結(jié)構(gòu)，機床非常簡約，外購件（配套件）比例增加，交貨

22、值大大縮短外購件（配套件）比例增加，交貨值大大縮短某高速四軸臥式加工中心高速加高速加工優(yōu)點工優(yōu)點單位時間的材料單位時間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低可降低30%以上以上95%98%的切削熱被切的切削熱被切屑帶走屑帶走切屑是在瞬間切屑是在瞬間 被切離工件，被切離工件，工件表面的殘工件表面的殘余應(yīng)力非常小余應(yīng)力非常小切削平穩(wěn)振動切削平穩(wěn)振動小，能加工出小，能加工出非常精密的零非常精密的零件件n要實現(xiàn)數(shù)控高速切削加工，就是依據(jù)要實現(xiàn)數(shù)控高速切削加工，就是依據(jù)高速切削加工理論，采用高速主軸單高速切削加工理論，采用高速主軸單元、高速進給系統(tǒng)以及高性能的刀具元、高速進給系統(tǒng)以及高性

23、能的刀具系統(tǒng)，并搭配相應(yīng)的機床支撐技術(shù)及系統(tǒng)，并搭配相應(yīng)的機床支撐技術(shù)及輔助單元技術(shù)輔助單元技術(shù)高速主軸單元高速主軸單元n高速運轉(zhuǎn)的電主軸的主軸形式是將主軸電機的定子、高速運轉(zhuǎn)的電主軸的主軸形式是將主軸電機的定子、轉(zhuǎn)子直接裝人主軸組件的內(nèi)部，即把高速電機置于轉(zhuǎn)子直接裝人主軸組件的內(nèi)部，即把高速電機置于精密主軸內(nèi)部，電主軸的電機轉(zhuǎn)子就是主軸，主軸精密主軸內(nèi)部，電主軸的電機轉(zhuǎn)子就是主軸，主軸的殼體就是電機的機座，實現(xiàn)了變頻調(diào)速電機和主的殼體就是電機的機座，實現(xiàn)了變頻調(diào)速電機和主軸一體，電機直接驅(qū)動主軸，形成電主軸。電主軸軸一體，電機直接驅(qū)動主軸，形成電主軸。電主軸取消了中間的傳動環(huán)節(jié)，傳動鏈長度為

24、取消了中間的傳動環(huán)節(jié)，傳動鏈長度為0，可以實現(xiàn)，可以實現(xiàn)真真意義上的機床主軸系統(tǒng)的真真意義上的機床主軸系統(tǒng)的“零傳動零傳動”，避免了，避免了中間環(huán)節(jié)對精度的影響中間環(huán)節(jié)對精度的影響密封圈旋轉(zhuǎn)變壓器電主軸陶瓷球軸承冷卻水出口冷卻水入口陶瓷球軸承高速化的電主軸，要解決三方面問題機械方面軸承發(fā)熱和振動問題電機設(shè)計方面定子、轉(zhuǎn)子功率密度和繞組發(fā)熱問題驅(qū)動和控制角度調(diào)速問題n采用幾下措施，來解決響應(yīng)的問題：采用幾下措施，來解決響應(yīng)的問題：n(1)高速精密主軸上大量采用高速、高剛度的軸承，高速精密主軸上大量采用高速、高剛度的軸承，如一般情況采用陶瓷軸承和液體動靜壓軸承，特殊場如一般情況采用陶瓷軸承和液體動

25、靜壓軸承，特殊場合采用空氣潤滑軸承和磁懸浮軸承；軸承的潤滑采用合采用空氣潤滑軸承和磁懸浮軸承；軸承的潤滑采用定時定量的油氣潤滑而不是油脂潤滑。定時定量的油氣潤滑而不是油脂潤滑。n(2)主軸電機主要采用矢量控制的交流異步機。主軸電機主要采用矢量控制的交流異步機。n(3)電主軸的內(nèi)置高速電機采用高頻變頻裝置來驅(qū)動，電主軸的內(nèi)置高速電機采用高頻變頻裝置來驅(qū)動，實現(xiàn)每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，變頻器的輸出實現(xiàn)每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，變頻器的輸出頻率甚至要達(dá)到幾千頻率甚至要達(dá)到幾千Hz。高速進給系統(tǒng)n高速加工機床不僅有高速主軸功能，還應(yīng)有高速加工機床不僅有高速主軸功能，還應(yīng)有高速進給功能。目前新

26、的進給機構(gòu)是大導(dǎo)程高速進給功能。目前新的進給機構(gòu)是大導(dǎo)程滾珠絲杠或直線電機。下圖為直線電機原理滾珠絲杠或直線電機。下圖為直線電機原理n直線電機直接驅(qū)動有以下優(yōu)點：直線電機直接驅(qū)動有以下優(yōu)點：n高速度，目前最大進給速度可高速度，目前最大進給速度可100200m/min；n高加速度，可達(dá)高加速度，可達(dá)210g ( g=9.8m/s)；n定位精度高，由于只能采用閉環(huán)控制，其理論定位定位精度高，由于只能采用閉環(huán)控制，其理論定位精度可以為精度可以為0,但由于存在檢測元件安裝、測量誤差，但由于存在檢測元件安裝、測量誤差，實際定位精度不可能為實際定位精度不可能為0，最高定位精度可達(dá)，最高定位精度可達(dá) 0.1

27、0.01m；n行程不受限制，由于直線電機的次級行程不受限制，由于直線電機的次級(定子定子)可以一可以一段一段地鋪在機床床身上，不論有多遠(yuǎn)，對系統(tǒng)的剛段一段地鋪在機床床身上，不論有多遠(yuǎn)，對系統(tǒng)的剛度不會產(chǎn)生影響。度不會產(chǎn)生影響。物流系統(tǒng)n它是由原材料它是由原材料處理、存貯、處理、存貯、上下料裝置和上下料裝置和機床問傳輸裝機床問傳輸裝置組成置組成柔性生柔性生產(chǎn)線產(chǎn)線柔性制柔性制造系統(tǒng)造系統(tǒng)柔性柔性制造制造單元單元n柔性制造技術(shù)，也稱柔性集成制造技術(shù)，是柔性制造技術(shù)，也稱柔性集成制造技術(shù)，是現(xiàn)代先進制造技術(shù)的統(tǒng)稱，主要邊現(xiàn)在：現(xiàn)代先進制造技術(shù)的統(tǒng)稱，主要邊現(xiàn)在：n1.生產(chǎn)設(shè)備的零件、部件可根據(jù)所加工

28、產(chǎn)品的需要變換生產(chǎn)設(shè)備的零件、部件可根據(jù)所加工產(chǎn)品的需要變換n2.對加工產(chǎn)品的批量可根據(jù)需要迅速調(diào)整對加工產(chǎn)品的批量可根據(jù)需要迅速調(diào)整n3.對加工產(chǎn)品的性能參數(shù)可迅速改變并及時投入生產(chǎn)對加工產(chǎn)品的性能參數(shù)可迅速改變并及時投入生產(chǎn)n4可迅速而有效地可迅速而有效地 綜合應(yīng)用新技術(shù)綜合應(yīng)用新技術(shù)n5.對用戶、貿(mào)易伙伴和供應(yīng)商的需求變化及特殊要求能迅速對用戶、貿(mào)易伙伴和供應(yīng)商的需求變化及特殊要求能迅速做出反應(yīng)做出反應(yīng)。n柔性制造系統(tǒng)原理n其他柔性技術(shù)形式還有n柔性制造單元（Flexible manufacturing Center，簡稱FMC）n柔性制造線（Flexible manufacturing

29、 Line，簡稱FML）n柔性制造工廠（Flexible manufacturing Factory，簡稱FMF）。信息系統(tǒng)n主要包括生產(chǎn)控制、刀具更換、工裝及附件更換、工件調(diào)度、自動編程、自動監(jiān)控、自動補償、工件質(zhì)量自動控制、刀具磨損或破損后的自動更換和自動報警等。最新要求是具備CAD，CAM功能，運程生產(chǎn)線管理和維護功能，故障診斷和自動修復(fù)功能等。發(fā)動機制造技術(shù)的發(fā)展與變革n發(fā)動機研發(fā)越來越快，新品開發(fā)周期越來越短(從30個月縮短到13個月)，車型數(shù)量多，生產(chǎn)批量不確定。目前為進一步提高高速柔性生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，最新發(fā)展出來敏捷高速柔性生產(chǎn)線（Agile Flexible Transfer

30、 Line，簡稱AFTL）。AFTL目標(biāo)：對變化的市場需求快速作出反應(yīng)。滿足汽車發(fā)動機多品種，大中批量、高效率、低成本生產(chǎn)的需要，符合“精益生產(chǎn)”原則特點1. 由通用高速加工中心和專用，組合機床組成的混合型柔性生產(chǎn)線(HSMC+SPM/TM)，按照工序流程排列設(shè)備并由自動輸送裝置連接，全部生產(chǎn)線上機床，輸送和工件識別均在一個控制系統(tǒng)中2. 采用敏捷夾具(柔性夾具可控、可調(diào))，采用智能刀具為特定工件加工設(shè)計的一系列專用高速刀具優(yōu)點：生產(chǎn)效率高，同時又具有相當(dāng)?shù)娜嵝?，能夠適應(yīng)大批量生產(chǎn)和變型產(chǎn)品生產(chǎn)，投資較小缺點：柔性受局限，不能加工不可預(yù)見的任意品種的零件n柔性夾具應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢為柔性夾具應(yīng)

31、用技術(shù)的發(fā)展趨勢為n(1)進一步對傳統(tǒng)夾具創(chuàng)新，繼續(xù)成為柔性夾具的主流，進一步對傳統(tǒng)夾具創(chuàng)新，繼續(xù)成為柔性夾具的主流，使之更具柔性和實用性。使之更具柔性和實用性。n(2)重視原理和結(jié)構(gòu)均有創(chuàng)新的柔性夾具開發(fā)和研究重視原理和結(jié)構(gòu)均有創(chuàng)新的柔性夾具開發(fā)和研究n(3)積極嘗試和推動計算機輔助夾具設(shè)計；積極嘗試和推動計算機輔助夾具設(shè)計；n(4)研究和開發(fā)用于標(biāo)準(zhǔn)的組合夾具、通研究和開發(fā)用于標(biāo)準(zhǔn)的組合夾具、通/專用夾具的專用夾具的CAFD中的新型軟件。中的新型軟件。n(5)通用、經(jīng)濟、元件的功能強的柔性夾將普遍推廣應(yīng)用。通用、經(jīng)濟、元件的功能強的柔性夾將普遍推廣應(yīng)用。n(6)智能夾具的開發(fā)與應(yīng)用。智能夾

32、具的開發(fā)與應(yīng)用。汽車齒輪制造技術(shù)發(fā)展n齒輪是汽車運動中的核心傳動部件，其加齒輪是汽車運動中的核心傳動部件，其加工質(zhì)量的優(yōu)劣對總成乃至整車的振動噪聲工質(zhì)量的優(yōu)劣對總成乃至整車的振動噪聲以及可靠性會帶來直接影響，有時會成為以及可靠性會帶來直接影響，有時會成為制約產(chǎn)品水平提高的關(guān)鍵因素。制約產(chǎn)品水平提高的關(guān)鍵因素。n汽車用齒輪大體可分為四類：圓柱齒輪，汽車用齒輪大體可分為四類：圓柱齒輪，錐齒輪（直齒錐齒輪和螺旋錐齒輪），齒錐齒輪（直齒錐齒輪和螺旋錐齒輪），齒環(huán)類，特殊用途齒輪環(huán)類，特殊用途齒輪齒輪類型齒輪類型應(yīng)用應(yīng)用圓柱齒輪發(fā)動機、變速箱、橋等動力傳動系統(tǒng)的平行軸錐齒輪主要用于變速箱、橋等動力傳動系

33、統(tǒng)中起差速、減速以及變向作用的交叉軸或交錯軸傳動齒環(huán)類變速箱的滑動齒套和行星變速傳動的齒圈屬于內(nèi)齒環(huán)，變速器同步器齒環(huán)屬于外齒環(huán)特殊用途齒輪 機油泵齒輪、速度表蝸桿、轉(zhuǎn)向齒條計算機輔助工程計算機輔助工程n設(shè)計過程中設(shè)計過程中CAE可在齒輪進入實際加工前可在齒輪進入實際加工前正確預(yù)測制造因素的影響程度。有效的分正確預(yù)測制造因素的影響程度。有效的分析可以獲得如下效果：析可以獲得如下效果：n（1）延伸和提升設(shè)計方法和思路。）延伸和提升設(shè)計方法和思路。n（2）最大限度地降低試制、試驗成本，縮）最大限度地降低試制、試驗成本，縮短開發(fā)周期。短開發(fā)周期。n（3）生產(chǎn)時獲得可靠的齒輪結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和正）生產(chǎn)時獲得可

34、靠的齒輪結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和正確的工藝調(diào)整數(shù)據(jù)。確的工藝調(diào)整數(shù)據(jù)。n齒輪數(shù)值分析的有效性取決于計算數(shù)學(xué)模齒輪數(shù)值分析的有效性取決于計算數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性、幾何實體模型的精確程度、型的準(zhǔn)確性、幾何實體模型的精確程度、各種可知邊界條件輸入數(shù)據(jù)的正確與否。各種可知邊界條件輸入數(shù)據(jù)的正確與否。n于各種可知邊界條件中，材料于各種可知邊界條件中，材料PSN曲線、曲線、熱處理狀態(tài)、摩擦因數(shù)等主要性能數(shù)據(jù)可熱處理狀態(tài)、摩擦因數(shù)等主要性能數(shù)據(jù)可通過試獲得，而對于潤滑、溫度、相對滑通過試獲得，而對于潤滑、溫度、相對滑移速度等一些重要數(shù)據(jù)的獲得還需要更深移速度等一些重要數(shù)據(jù)的獲得還需要更深入的研究入的研究應(yīng)用CAE的過程前處理

35、：對工程或產(chǎn)品進行建模，建 立合理的有限元分析模型。有限元分析：對有限元模型進行單元特性分析、有限元單元組裝、有限元系統(tǒng)求解和有限元結(jié)果生成。后處理：根據(jù)工程或產(chǎn)品模型與設(shè)計要求，對有限元分析結(jié)果進行用戶所要求的加工、檢查，并以圖形方式提供給用戶，輔助用戶判定計算結(jié)果與設(shè)計方案的合理性。預(yù)調(diào)修正技術(shù)n預(yù)調(diào)修正是基于系統(tǒng)性考慮問題的方法，預(yù)調(diào)修正是基于系統(tǒng)性考慮問題的方法，其目的是最大程度地利用已有條件制造其目的是最大程度地利用已有條件制造出適合不同產(chǎn)品性能要求的齒輪，該方出適合不同產(chǎn)品性能要求的齒輪，該方法目前主要有如下幾個方面法目前主要有如下幾個方面。n（1）熱處理變形預(yù)調(diào)修正）熱處理變形預(yù)

36、調(diào)修正n（2）考慮結(jié)構(gòu)和裝配誤差的預(yù)調(diào)修正）考慮結(jié)構(gòu)和裝配誤差的預(yù)調(diào)修正n（3）考慮噪聲和壽命的預(yù)調(diào)修正）考慮噪聲和壽命的預(yù)調(diào)修正n（4）考慮工況載荷的預(yù)調(diào)修正）考慮工況載荷的預(yù)調(diào)修正汽車工業(yè)熱處理技術(shù)展望汽車工業(yè)熱處理技術(shù)展望n近年來，汽車工業(yè)熱處理技術(shù)的發(fā)展除了對產(chǎn)品近年來，汽車工業(yè)熱處理技術(shù)的發(fā)展除了對產(chǎn)品質(zhì)量實行更加嚴(yán)格的控制之外，也更加重視節(jié)能質(zhì)量實行更加嚴(yán)格的控制之外，也更加重視節(jié)能與環(huán)保。與環(huán)保。n在信息時代，熱處理技術(shù)會更加充分利用計算機在信息時代，熱處理技術(shù)會更加充分利用計算機技術(shù)，依賴計算機技術(shù)。使熱處理生產(chǎn)管理、工技術(shù)，依賴計算機技術(shù)。使熱處理生產(chǎn)管理、工藝過程控制、工藝

37、設(shè)計與質(zhì)量預(yù)測分析實現(xiàn)高度藝過程控制、工藝設(shè)計與質(zhì)量預(yù)測分析實現(xiàn)高度數(shù)字化、智能化數(shù)字化、智能化n未來，熱處理技術(shù)會緊緊圍繞精密、節(jié)能、環(huán)保、未來，熱處理技術(shù)會緊緊圍繞精密、節(jié)能、環(huán)保、智能化的方向發(fā)展。智能化的方向發(fā)展。精密（精確）化熱處理精密（精確）化熱處理n所謂精密化熱處理是指以組織、硬度、硬化所謂精密化熱處理是指以組織、硬度、硬化層為控制指標(biāo)的內(nèi)在質(zhì)量的精密化及對以零層為控制指標(biāo)的內(nèi)在質(zhì)量的精密化及對以零件外形特征為指標(biāo)的畸變量的嚴(yán)格控制。件外形特征為指標(biāo)的畸變量的嚴(yán)格控制。n精密化的熱處理是通過對材料、熱處理工藝精密化的熱處理是通過對材料、熱處理工藝裝備的精確設(shè)計，對熱處理工藝過程和

38、冷卻裝備的精確設(shè)計，對熱處理工藝過程和冷卻技術(shù)的嚴(yán)格控制，保證使產(chǎn)品熱處理后的組技術(shù)的嚴(yán)格控制，保證使產(chǎn)品熱處理后的組織、硬度、硬化層、畸變量等質(zhì)量分散度最織、硬度、硬化層、畸變量等質(zhì)量分散度最小。小。節(jié)能熱處理技術(shù)的發(fā)展節(jié)能熱處理技術(shù)的發(fā)展熱處理節(jié)能措施和技術(shù)1.實現(xiàn)專業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)2.節(jié)能新材料的采用3.采用新的加熱元4.熱處理余熱利用5.直列式氣體反應(yīng)罐或直生式氣氛的應(yīng)用6.節(jié)能熱處理工藝的應(yīng)用7.汽車節(jié)能材料的廣泛應(yīng)用n熱處理是能耗巨大的工藝之一，節(jié)能技術(shù)的熱處理是能耗巨大的工藝之一，節(jié)能技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用對熱處理節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成開發(fā)和應(yīng)用對熱處理節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本具有十分重要

39、的意義本具有十分重要的意義n采用新型節(jié)能筑爐材料，如陶瓷纖維材料、采用新型節(jié)能筑爐材料，如陶瓷纖維材料、矽酸鈣板、紅外爐內(nèi)涂料等，可以大大減少矽酸鈣板、紅外爐內(nèi)涂料等，可以大大減少爐襯蓄熱量，降低爐壁熱損耗，節(jié)能效果可爐襯蓄熱量，降低爐壁熱損耗，節(jié)能效果可達(dá)達(dá)10-20%。n與電加熱相比，采用燃?xì)饧訜峋哂懈叩募优c電加熱相比，采用燃?xì)饧訜峋哂懈叩募訜嵝?。熱效率。n熱處理生產(chǎn)過程中的熱處理生產(chǎn)過程中的余熱利用是熱處理節(jié)余熱利用是熱處理節(jié)能的重要途徑。能的重要途徑。n（1）利用煙道氣廢）利用煙道氣廢熱預(yù)熱燃燒用空氣，熱預(yù)熱燃燒用空氣，節(jié)能效果顯著。節(jié)能效果顯著。n（2）等溫退火爐利用毛坯在中冷

40、過程中）等溫退火爐利用毛坯在中冷過程中發(fā)出的余熱來預(yù)熱前室毛坯發(fā)出的余熱來預(yù)熱前室毛坯n（3）調(diào)質(zhì)線利用淬火槽的熱油預(yù)熱清洗）調(diào)質(zhì)線利用淬火槽的熱油預(yù)熱清洗機的清洗液機的清洗液n（4）利用爐頂直列式反應(yīng)罐產(chǎn)生的吸熱）利用爐頂直列式反應(yīng)罐產(chǎn)生的吸熱式氣體可直接通入爐內(nèi)，節(jié)省了獨立發(fā)式氣體可直接通入爐內(nèi)，節(jié)省了獨立發(fā)生器的工作能耗生器的工作能耗n（5）采用燃?xì)廨椛涔芗訜釙r，利用排除的）采用燃?xì)廨椛涔芗訜釙r，利用排除的廢熱預(yù)熱混合空氣，可節(jié)約廢熱預(yù)熱混合空氣，可節(jié)約1520%n合理的熱處理工藝設(shè)計合理的熱處理工藝設(shè)計n（1）亞溫淬火工藝的應(yīng)用）亞溫淬火工藝的應(yīng)用n（2）低溫化學(xué)熱處理代替淺層滲）低溫

41、化學(xué)熱處理代替淺層滲碳和碳氮共滲；碳和碳氮共滲；n（3）局部表面硬化處理代替整體）局部表面硬化處理代替整體強化等。強化等。清潔熱處理技術(shù)的發(fā)展清潔熱處理技術(shù)的發(fā)展n正確處理好資源與環(huán)境，技術(shù)與環(huán)境正確處理好資源與環(huán)境，技術(shù)與環(huán)境的關(guān)系是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基本保證。的關(guān)系是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基本保證。新世紀(jì)，汽車工業(yè)熱處理更加重視清新世紀(jì)，汽車工業(yè)熱處理更加重視清潔、無害化技術(shù)的發(fā)展。真空熱處理潔、無害化技術(shù)的發(fā)展。真空熱處理技術(shù)，離子熱處理技術(shù)得到迅速的發(fā)技術(shù)，離子熱處理技術(shù)得到迅速的發(fā)展，就是清潔熱處理技術(shù)發(fā)展的一個展，就是清潔熱處理技術(shù)發(fā)展的一個標(biāo)志。標(biāo)志。真空熱處理真空熱處理n真空熱處理是指

42、熱處理工藝的全部和部真空熱處理是指熱處理工藝的全部和部分在低于一個大氣壓的環(huán)境中進行加熱分在低于一個大氣壓的環(huán)境中進行加熱的熱處理工藝。的熱處理工藝。n真空熱處理包括真空淬火和真空滲碳。真空熱處理包括真空淬火和真空滲碳。n真空淬火工藝流程如圖所示。同其他熱處理工藝相比真空真空淬火工藝流程如圖所示。同其他熱處理工藝相比真空淬火工藝不僅熱后畸變小，而且還使所處理的模具使用壽淬火工藝不僅熱后畸變小，而且還使所處理的模具使用壽命可以提高命可以提高13倍。模具采用真空熱處理代替鹽浴熱處倍。模具采用真空熱處理代替鹽浴熱處理的加熱方法已成為熱處理行業(yè)的發(fā)展趨勢。理的加熱方法已成為熱處理行業(yè)的發(fā)展趨勢。裝料裝

43、料抽真空（真抽真空（真空度為空度為110-2Pa）同惰性或中同惰性或中性氣體進行性氣體進行對流加熱對流加熱（真空淬火（真空淬火加熱溫度為加熱溫度為7801200C）在高壓惰性在高壓惰性氣體中淬火氣體中淬火（如（如Ar、He）n真空滲碳工藝流程如圖所示。真空真空滲碳工藝流程如圖所示。真空(低壓低壓)滲碳具有原料氣滲碳具有原料氣消耗極少、零件變形小、熱處理質(zhì)量好、零件表面光潔、消耗極少、零件變形小、熱處理質(zhì)量好、零件表面光潔、無污染的顯著特點，是真正意義上的清潔熱處理，是未來無污染的顯著特點，是真正意義上的清潔熱處理，是未來可預(yù)測的對環(huán)境友好的主導(dǎo)工藝之一可預(yù)測的對環(huán)境友好的主導(dǎo)工藝之一裝料裝料抽

44、真空抽真空通保護通保護氣氣加熱溫加熱溫度為度為9001050C工件在工件在高溫下高溫下脈沖式脈沖式通入滲通入滲碳?xì)夥仗細(xì)夥眨儽儽榛蛞彝榛蛞彝椋┖屯椋┖捅Ｗo氣保護氣氛（純氛（純氮氣）氮氣）進行高進行高速滲碳速滲碳離子化學(xué)熱處理離子化學(xué)熱處理n可顯著提高零件表可顯著提高零件表面的耐磨性，抗疲面的耐磨性，抗疲勞性，耐腐蝕性能。勞性，耐腐蝕性能。n對冷沖模、熱鍛模、對冷沖模、熱鍛模、壓鑄模采用離子氮壓鑄模采用離子氮化，對提高表面耐化，對提高表面耐磨性，抗熱疲勞性磨性，抗熱疲勞性能均有顯著效果。能均有顯著效果。其他清潔熱處理技術(shù)n對熱處理工藝排放的無害化技術(shù)處理對熱處理工藝排放的無害化技術(shù)處理是清潔熱處理技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。是清潔熱處理技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。n在清洗技術(shù)方面，開發(fā)無污染高效清在清洗技術(shù)方面，開發(fā)無污染高效清洗劑也成為清潔技術(shù)發(fā)展的重要方