电机悬置凸焊螺母间隙优化方法

(整期优先)网络出版时间:2023-02-07
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电机悬置凸焊螺母间隙优化方法

 赵思源 ,解乾泰 ,乔鑫 ,郑苗

 中车永济电机有限公司  044502

摘要:由于国际石油价格的不断上涨和环境污染的日益严重,新能源汽车应运而生,缓解了石油能源短缺和环境污染问题。随着我国新能源汽车的快速发展,螺纹连接被广泛应用于汽车零部件制造领域,大到白车身、副车架及转向节,小到高压线束支架、制动软管支架等。凸焊、摩擦焊、点焊和弧焊是汽车制造中的重要焊接工艺,其中凸焊用于整车连接占比90%以上,其质量直接影响后续工序。螺栓和螺母连接主要有焊接螺母、焊接螺栓和均不焊接3种形式,其中将螺母焊接到零件上,可防止螺母转动,保证空间避让。因此,大部分零件采用焊接螺母式螺纹连接。

关键词:电机悬置;凸焊螺母;间隙优化

引言

由于国际石油价格的不断上涨和环境污染的日益严重,新能源汽车应运而生,缓解了石油能源短缺和环境污染问题。随着我国新能源汽车的快速发展,螺纹连接被广泛应用于汽车零部件制造领域,大到白车身、副车架及转向节,小到高压线束支架、制动软管支架等。凸焊、摩擦焊、点焊和弧焊是汽车制造中的重要焊接工艺,其中凸焊用于整车连接占比90%以上,其质量直接影响后续工序。螺栓和螺母连接主要有焊接螺母、焊接螺栓和均不焊接3种形式,其中将螺母焊接到零件上,可防止螺母转动,保证空间避让。因此,大部分零件采用焊接螺母式螺纹连接。

一、凸焊螺母间隙的产生机理

凸焊是指在零件上预先加工几个凸点,使凸点与对手件接触,通过电极加热凸点并施加压力压塌凸点,从而使凸点熔化成焊点的1种电阻焊。凸焊螺母的焊接间隙主要受螺母凸点的高度、对手件焊接平面的平面度、焊接参数等影响,如几个凸点高度存在差异且焊接平面不够平整,凸焊时易产生不均匀间隙,或焊接关键参数不合适时,易造成熔深过小或烧穿焊接不良,形成局部焊瘤,产生焊接间隙。螺栓越长,其安装孔的垂直度要求越高,因此连接紧固跨距较大的螺栓时,对孔的精度要求较高。螺栓有效工作高度与垂直度的关系,其中α表示螺栓轴线与铅垂线的夹角。当螺栓有效工作高度一定时,α越大,螺栓轴线在水平方向上的分量越大;当α一定时,螺栓有效工作高度越大,螺栓轴线在水平方向上的分量也越大。

二、螺母凸焊工艺介绍

螺母凸焊是利用电阻焊接原理将螺母焊接在金属饭金上的一种焊接工艺,首先将金属饭金在下电极上进行定位,然后将凸焊方螺母放入定位销上与金属饭金贴合,通过上电极极短时间接触短路,产生较大的电流,由于凸焊方螺母为凸点接触,提高了单位面积的电流,电流在凸点位置高度密集,产生大量的热量将凸点融化,又由于上电极给了较大的压力,使得凸点迅速被压溃,形成高质量的焊接接头。螺母凸焊后有足够的抗扭强度,在交变载荷作用下不会松动,产品质量较好。

三、凸焊螺母焊接间隙的优化过程

(一)自动化焊接方案

自动化焊接方案包括零件之间的定位焊接和定位焊接之后的正式焊接。自动焊接过程由红外感应系统和自动焊接装置配套完成。红外感应系统是用来识别将要焊接的焊缝位置,并进行焊缝位置的感应跟踪,做到能根据各个零部件的公差情况自动感应并准确地进行焊接位置布置。自动焊接装置通过程序编写、示教及焊接参数设计等一系列流程来完成。

(二)最佳焊接电流

分别收集30个四脚高度差较小的凸焊螺母和30个状态相近的悬置底座组成30个样件,分为3组(每组10个),使用不同的焊接电流(焊接时间和电极压力相同)完成焊接试验,得到使焊接间隙最小的最佳焊接电流,具体数据见表1。当焊接电流为26kA时,凸焊螺母焊接间隙较小,为0.02~0.03mm,且满足悬置总成与前副车架的装配性要求,未出现偏孔情况。

(三)电极预压时间

电极预热时间应考虑电极运行时间和焊接螺母凸点平整时间,电极运行时间由上下电极长度和缸压速度、l凸点压力决定当电极预热时间短时,当电极刚接触到焊接元件且打开时没有形成足够的压力,就会发生突然放电现象,导致电极被焊接板材料穿孔或损坏此时,焊接电极刚接触焊接件一小段时间而没有形成压力,焊接螺母和焊接板的凸点只是变形和通电,此时,焊接芯内部高压很容易导致金属破裂。

(四)凸焊螺母和螺栓匹配分析

点焊螺母是清洁螺纹螺母,与实际汽车相对应的螺栓是自锁螺栓,二者之间存在一致性问题。将自攻螺钉装配到点焊螺母上时,会损坏点焊螺母的内螺纹,因此两者之间存在部分间隙,不能保证100%的齿轮啮合,从而提高螺栓与点焊螺母之间的接触强度。

(五)盖面焊

立焊位置盖面时,电流应适度调小些,要适当提高焊接速度,到达水平位置焊接处时,焊条摆动幅度要大,同时要放慢焊接速度,使上坡口处充分熔合且填满,防止出现上坡口处咬边。收弧时,要在上坡口处准备,把熔池拉到焊道中间收弧,防止产生弧坑。左半圈盖面完成后,进行右半圈盖面,方法与左半圈相同。盖面过程中,为使焊缝成形美观,运条幅度应上下均匀、宽窄一致,无论管件倾斜角度大小,均要注意观察熔化金属水平面,始终保持电弧熔池水平走向。也就是说在焊接过程中,为了防止熔化金属下垂,电弧应在下侧坡口前移幅度大一点,且停留时间略长,否则会造成焊缝成形不良。另外,要注意焊条角度变化,尽量压低电弧,仰焊位置和立焊位置要控制好熔池温度和焊接速度,防止产生焊接缺陷。盖面焊缝余高不低于母材,且余高不超过3mm,两侧立焊焊接时,运条速度相应加快,以得到窄薄的焊缝接头,使试件外观表面余高均匀、宽窄一致,达到合格要求。焊接完成后要对焊件进行清理,去除药渣和飞溅物,焊缝表面不得有气孔、咬边、未熔合及夹渣等缺陷。

(六)焊缝跟踪技术的应用

水轮发电机磁极铁心尺寸差异大,为适应小批量、多品种快速焊接生产,仅采用定位销的机械定位方式精度有限,无法适应快速动态的生产需求,只有将焊缝特征进行精准识别并将其提取转换成焊接机器人认可的数据信息,才能做到焊接过程中不依靠人工干预,使焊接机器人自行根据焊缝形式进行实时轨迹调整,其核心在于焊缝特征的实时快速识别及其特征准确提取。针对焊缝识别跟踪,电弧传感、接触式传感和非接触式传感均有应用,其中非接触式传感中的视觉传感主要依靠焊缝中反馈回的光源信息进行特征识别,可以捕捉电弧状态、熔池轮廓等信息,其获取的焊缝特征信息丰富、抗干扰能力强、灵敏度和精度高,逐渐成为主流方式。其中,工业应用较多的是激光式结构光传感器,激光作为具有判别性特性的结构光,具有精度高、稳定性好的优点,其检测方法基于光学三角形测量原理,通过外部光源进行投影可以准确获取被测物体的三维轮廓信息,结构简单稳定,能够有效克服自然光下信息采集的问题,可快速准确地提取焊缝中心位置,适用于磁极铁心焊缝形式和轨迹简单的焊缝识别。

结束语

在汽车零部件焊接领域,提升凸焊螺母焊接质量具有重要意义。当分别优化焊接电流、焊接时间和电极压力这3个焊接参数后,在保证凸焊螺母焊接间隙最小的前提下,确定了最佳焊接参数,即焊接电流、焊接时间和电极压力分别为26kA、11cyc和0.45MPa时,焊接间隙最小,为0.02mm。在焊接强度满足广汽《钢板气体保护焊强度技术规范》要求的同时,降低了悬置总成与前副车架装配偏孔的不良率,极大地提高了总装车间的装配效率。

参考文献

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