激光切焊一体化夹具设计与错边量对焊缝性能影响的研究

摘要

汽车工业在世界工业强国中被称为“工业中的工业”。随着汽车产业竞争的日趋激烈，采用高效率、高水平的生产制造技术成为其发展趋势。激光焊接以其高精度、低变形、高效率、可焊接难焊接材料以及良好的加工柔性等特点，在汽车车身制造中受到广泛关注并应用。与传统的焊接方法相比，采用激光焊接工艺可以减轻车身重量，减少材料消耗，降低成本，提高车身制造精度和刚度，保证车身安全性能，在汽车制造业中逐渐成为标准的焊接加工工艺。中国汽车工业在国民经济中占有非常重要的地位，但是中国汽车产业在核心技术和自主创新能力等方面与其他汽车强国相比，仍存在明显的差距。加强激光焊接等先进技术的基础理论和工艺的研究，将对打破国外垄断，提升我国制造装备集成能力，促进民族汽车产业的发展具有重要的战略意义。
　　本文综述了国内外研究现状，进行了机器人焊接路径仿真与优化，提出了一种基于对接连接车身结构的激光切割焊接一体化新方法，并应用该方法进行激光切割焊接一体化夹具设计，另外经过大量试验分析了错边量和对接间隙对对接连接高强钢激光焊接焊缝性能的影响。
　　首先，对机器人的焊接路径仿真做了详细的研究分析，介绍了机器人结构特点和机器人运动方程，选择中车架及其夹具建模，利用DELMIA软件对中车架焊接路径进行仿真和动作控制优化，实现了机器人焊接过程的顺利进行，并为夹具的设计制造提供了依据。
　　其次，分析并总结了激光切割与焊接夹具的特点，提出了一种适用于三维拉伸件对接连接的激光切割与焊接一体化装夹方法，纠正了冲压件冲压后的回弹问题，避免了因焊接热应力而产生的变形，保证了加工精度和质量，实现了三维拉伸件的激光切割和对接连接。选用车身前纵梁对接件进行夹具试制，实现了前纵梁高精度高质量对接焊接，焊接件具有良好的吸能效果，符合前纵梁的设计准则。
　　最后，针对错边量对车用高强镀锌钢光纤激光对接焊接焊缝性能的影响进行了深入研究。采用正交试验，获得无错边状态下的最优焊接参数，在该最优参数下进行不同错边量焊接接头的表面、截面形貌分析，显微硬度、接头力学性能测试和金相组织观测，同时研究了对接间隙对临界错边量的影响。结果表明：当错边量小于或等于0.30mm(约为板厚的17％)时，焊缝表面成形良好；焊缝区和热影响区显微硬度高于母材；焊缝拉伸强度优于母材，且拉伸试件均断裂在母材区；错边量的变化对金相组织无明显影响；对接间隙的变化对最大允许错边量值有很大影响。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 激光焊接技术概述

1.2.1 激光焊接原理

1.2.2 激光焊接特点

1.2.3 激光焊接在汽车工业中的应用

1.3 研究现状

1.3.1 焊接路径规划的研究现状

1.3.2 车用夹具的研究现状

1.3.3 车用高强钢对接焊接研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 焊接机器人应用及焊接路径仿真

2.1 工业机器人概述

2.1.1 工业机器人定义

2.1.2 工业机器人的分类

2.1.3 工业机器人的结构

2.2 机器人运动方程

2.2.1 刚体位姿的描述

2.2.2 坐标变换

2.2.3 关节机器人D-H表示法

2.3 基于DELMIA的机器人焊接路径仿真

2.3.1 机器人焊接路径仿真

2.3.2 机器人关节轨迹的插值计算

2.3.3 DELMIA简介

2.3.4 焊接路径规划仿真

2.4 本章小结

第3章 基于对接连接车身结构的激光切割焊接一体化装夹方法及夹具设计

3.1 车身覆盖件及特点

3.1.1 车身覆盖件的结构特点

3.1.2 高强钢板的成形性能

3.1.3 白车身焊接接头形式

3.2 激光切割工装夹具

3.2.1 网格夹具

3.2.2 原子灰快速成型夹具

3.2.3 激光切割夹具的特点

3.3 激光焊接夹具及特点

3.4 基于对接连接车身结构的激光切割焊接一体化装夹方法

3.5 基于对接中车架激光切割焊接一体化新型夹具设计

3.5.1 中车架结构分析

3.5.2 基于对接连接车身结构的激光切割焊接一体化夹具设计

3.5.3 夹具结构仿真优化

3.5.4 夹具试制

3.6 本章小结

第4章 对接错边量对激光深熔焊接焊缝性能影响的试验研究

4.1 试验条件及试验方法

4.1.1 试验方案总体描述

4.1.2 焊接试验材料

4.1.3 试验设备

4.1.4 错边量对激光对接焊接焊缝性能影响的试验过程

4.1.5 对接间隙对临界错边量影响规律的试验过程

4.2 试验结果及分析

4.2.1 焊缝的表面成形性

4.2.2 焊缝的力学性能

4.2.3 对接间隙对临界错边量的影响

4.3 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A

致谢