基于振動摩擦焊接工藝的汽車塑料件設(shè)計及應(yīng)用

蘇晟

（柳州兆豐汽車部件有限公司，廣西 柳州545616）

塑料構(gòu)件的焊接過程需要考慮多種因素，當(dāng)焊接過程發(fā)熱量較高，或者未能實現(xiàn)對于熱應(yīng)力的有效處理時，會導(dǎo)致塑料構(gòu)件出現(xiàn)變形問題，也會讓實際的焊接強度大幅度下滑。振動摩擦焊接工藝能夠全面防范這些問題，可以在汽車的塑料構(gòu)件生產(chǎn)過程中發(fā)揮有效作用，在具體的工作方案設(shè)計中，要根據(jù)其作用特點，制定相應(yīng)的操作流程和工作管理指標(biāo)。

1 振動摩擦焊接工藝的使用原理

振動摩擦焊接工藝是指在高頻的震動情況下，對相關(guān)構(gòu)件進行加壓，從而讓摩擦面出現(xiàn)一定的熱量，讓摩擦面的塑料呈現(xiàn)熔融狀態(tài)，之后則可以在壓力的作用下將其拼接[1]。由于汽車塑料構(gòu)件通常是大尺寸以及結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而這些結(jié)構(gòu)對變形量提出了極高的精度要求，所以在振動摩擦焊接工藝的實踐過程中，由于其可以在最小區(qū)域內(nèi)調(diào)整塑料的參數(shù)，同時也無需使用膠接劑，所以在汽車行業(yè)的構(gòu)件生產(chǎn)和連接工作中，有良好的實施效果。

2 振動摩擦焊接工藝在汽車塑料件焊接中的設(shè)計工藝

2.1 焊接接頭設(shè)計

焊接接頭的設(shè)計要采用合理方案，焊接頭的設(shè)計過程要采用合適的結(jié)構(gòu)進行穿插。比如對于某大尺寸構(gòu)件來說，要對接頭區(qū)域的打磨角度以及實際制造工藝進行合理的設(shè)計，確定將該區(qū)域能夠有效拼接，在此基礎(chǔ)上實施焊接工藝。另外焊接接頭的處理過程中，也要確保該區(qū)域不含有雜質(zhì)。要求焊接頭的設(shè)計過程，需要在分析接頭區(qū)域尺寸和作用水平的基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)對于各類參數(shù)的有效調(diào)整和精確設(shè)計，在此基礎(chǔ)上才能夠讓這一構(gòu)件處于更為優(yōu)質(zhì)的焊接工作體系下。

2.2 塑料材料選擇

并非所有的汽車零件都適合塑料件，但是可以確定的是，當(dāng)前更多數(shù)量的構(gòu)件可使用這一材料?；谡駝幽Σ梁附庸に囅碌乃芰蠘?gòu)件設(shè)計中，要考慮這類構(gòu)件的功能和作用區(qū)域，才能夠讓系統(tǒng)的工作水平提高。就實際的作用效果上來看，當(dāng)前車輛的保險杠、儀表板、車燈等都可以應(yīng)用高分子塑料材料制造，這類材料大多可采用振動摩擦焊接工藝生產(chǎn)。設(shè)計過程首先要確定選用的塑料材料，半結(jié)晶樹脂如PA、TPO、HDPE 和PP 等，都可以用于保險杠等構(gòu)件的生產(chǎn)，構(gòu)件設(shè)計中要選用這類材料。其次要分析焊接點和構(gòu)件尺寸，其中構(gòu)件尺寸要按照車輛上相關(guān)構(gòu)件裝配區(qū)域的參數(shù)和焊接區(qū)域的參數(shù)確定，其中焊接區(qū)的設(shè)計要合理確定焊接線路，比如對于彎角區(qū)域，要將這一區(qū)域進行角度方面的平緩處理，以防止出現(xiàn)工作問題。

2.3 輔助設(shè)計項目

輔助設(shè)計項目包括對于被焊接構(gòu)件的裝配裝置、固定裝置以及熱處理裝置等，對于固定裝置來說，要合理確定需要向相關(guān)構(gòu)件中施加的力，以防止在實際的固定過程中出現(xiàn)塑料結(jié)構(gòu)的變形問題[2]。對于熱處理裝置來說，通常要能夠和振動焊接裝置進行連接，尤其是要防止在焊接區(qū)域出現(xiàn)過大的熱應(yīng)力，最終導(dǎo)致這一構(gòu)件出現(xiàn)斷裂或者變形問題。

3 振動摩擦焊接工藝下的汽車塑料構(gòu)件使用方法

構(gòu)件設(shè)計要根據(jù)該結(jié)構(gòu)件的功能和作用區(qū)域，選用合適的焊接方法，目前的常見焊接接頭有如下四種處理模式：

其中第一種是最基本的焊接方法，第二種常用于進氣歧管和變速箱的焊接過程，第三種用于電子模塊的焊接過程，第四種是三零件焊接模式，常使用于引擎蓋下的構(gòu)件。

3.1 高氣密性構(gòu)件使用

這類構(gòu)件中最主要的設(shè)備是汽車發(fā)動機的進氣歧管，其在詳細的分析和研究過程中，多是采用分片式焊接法提高構(gòu)件的焊接質(zhì)量。這一設(shè)備在生產(chǎn)中，要對塑料管道進行選擇和參數(shù)確定，從而讓所有的參數(shù)能夠確保其運行穩(wěn)定性。就實際的作用效果來看，應(yīng)用過程首先要研究這一構(gòu)件的實際加工和具體的加工參數(shù)，同時要把原材料固定在焊接設(shè)備上，之后對被焊接件進行處理，要在調(diào)整焊接設(shè)備各項參數(shù)穩(wěn)定和正確的基礎(chǔ)上，才可投入后續(xù)的焊接過程。其次則要做好對于接頭區(qū)域的清潔工作。尤其是對于焊接面上由周邊環(huán)境導(dǎo)致的污染狀況，更是需要通過對專業(yè)設(shè)備的使用和處理方法的了解，讓整個系統(tǒng)的運行質(zhì)量獲得最大幅度的提高。最后則是對焊接區(qū)域的清潔度保持工作，可派遣專業(yè)的工作人員在具體焊接工作之前做好檢查工作，只有在清潔度符合焊接要求的情況下，才可操作設(shè)備完成焊接工作。

3.2 活動構(gòu)件使用

在汽車的生產(chǎn)和運行中，一些構(gòu)件屬于可活動構(gòu)件，其在運行過程中可以讓這一系統(tǒng)的運行質(zhì)量獲得提高。這一構(gòu)件中的最具有指導(dǎo)性的是車輛的手套箱，其在焊接中可以發(fā)現(xiàn)，本身結(jié)構(gòu)上含有連接件，而內(nèi)部的主體部分主要是平面結(jié)構(gòu)，所以使用振動摩擦焊接工藝不但能夠提高這一構(gòu)件的實際強度，也具有加高的焊接便利度，在實際的焊接過程中，要采用優(yōu)質(zhì)的焊接工藝完成詳細的焊接工作。

對于焊接過程的后個工作項目，要按照焊接設(shè)備的實際運行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，對焊接參數(shù)進行綜合性的調(diào)整，防止在焊接工作中出現(xiàn)壓力過高問題，導(dǎo)致裝配的構(gòu)件出現(xiàn)損壞問題。實際的參數(shù)設(shè)定過程，要求整個工作體系中的從業(yè)人員做好對各個參數(shù)的記錄和審查工作，以此為基礎(chǔ)完成后續(xù)的焊接任務(wù)。

3.3 大型結(jié)構(gòu)件的使用

大型結(jié)構(gòu)件的焊接工作要根據(jù)這一構(gòu)件的用途和實際參數(shù)合理設(shè)計，其中大型結(jié)構(gòu)件中最常見的是門護板和汽車上的保險杠，詳細的使用中要在掛鉤構(gòu)件、轉(zhuǎn)角區(qū)域、各類輔助設(shè)施都被高強度焊接之后，才可把這一構(gòu)件裝配到車輛的相應(yīng)位置上。由于這類大型構(gòu)件對于車輛的運行品質(zhì)、外觀等因素都會造成重大影響，所以要提高對這一構(gòu)件的焊接質(zhì)量。焊接質(zhì)量控制首先要做好對相關(guān)構(gòu)件的預(yù)處理工作，預(yù)處理過程包括劃線、對焊接頭的處理以及清潔度保持，所有這些工作項目都要處于統(tǒng)一性的管理體系之內(nèi)。比如對于劃線工作來說，要求做好對從業(yè)人員的素質(zhì)審核工作，只有員工在具有較高的從業(yè)經(jīng)驗這一基礎(chǔ)上，才可讓人員參與設(shè)施完善和劃線工作過程，并且之后按照已經(jīng)劃定的加工體系對焊接頭區(qū)域進行處理。其次則要完成對于實際焊接過程中各類參數(shù)的合理控制工作，可通過建成三人工作組的工作模式，讓兩人對整個焊接件進行實際的加工，另一人完成各類數(shù)據(jù)的記錄和實際操作過程的觀察工作。最后是焊接之后的處理工作，要求完成專業(yè)的質(zhì)量檢測工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)實際焊接水平和設(shè)計要求不符，則要找到這一問題的出現(xiàn)原因，并追究相關(guān)當(dāng)事人的責(zé)任。

3.4 中小型構(gòu)件應(yīng)用

這類構(gòu)件的整體數(shù)量較多，比如儀表盤、儀表板等，使用過程可以通過對卡扣結(jié)構(gòu)的使用，把設(shè)計的項目和構(gòu)件直接固定在相應(yīng)的構(gòu)件工作區(qū)域上，相較于原有的螺絲固定工藝，其降低了對于各類零件和材料的使用量，并且減輕了車輛的重量，符合當(dāng)前的車輛生產(chǎn)和設(shè)計要求。[3]比如在某塑料構(gòu)件的定位工作中，通過對該構(gòu)件重心、幾何中心、焊接頭的定點區(qū)域詳細了解，把其裝配到固定臺上。在所有的工作指標(biāo)符合規(guī)章制度時，才可落實相應(yīng)的焊接工作。

4 結(jié)論

綜上所述，振動摩擦焊接工藝的設(shè)計過程中，要完成對于塑料構(gòu)件焊接頭的處理、焊接區(qū)域的打磨以及被焊接構(gòu)件的定位，在此基礎(chǔ)上才能夠讓整個系統(tǒng)的運行質(zhì)量獲得大幅度的提高。設(shè)計的零件類型包括中小型塑料構(gòu)件、高氣密性構(gòu)件、大型結(jié)構(gòu)件和可活動結(jié)構(gòu)件等，都建立了一套完善的焊接工藝和焊接方法，焊接質(zhì)量符合要求時可將其實際應(yīng)用。