牛偉強(qiáng)，呂浩，唐春，陳科，猶安模，霍春梅

（重慶紅宇精密工業(yè)有限責(zé)任公司民品技術(shù)中心，重慶402760）

0 前言

液力變矩器是應(yīng)用于AT和CVT等自動(dòng)檔變速器轎車中的一個(gè)關(guān)鍵零部件,其工作原理是利用液體的流動(dòng)將發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩平穩(wěn)地傳遞給自動(dòng)變速器。由于液力變矩器的技術(shù)含量高，制造難度大，涉及沖壓、焊接、機(jī)加、裝配等多項(xiàng)專業(yè)技術(shù)，所以前期投入大、利潤(rùn)低，目前國(guó)內(nèi)對(duì)它的開發(fā)和應(yīng)用還依賴于進(jìn)口，因此液力變矩器的開發(fā)制造對(duì)推動(dòng)我國(guó)汽車傳動(dòng)行業(yè)的發(fā)展有著極其重要的作用。

在液力變矩器泵輪總成焊接過(guò)程中，因其零部件加工精度累計(jì)誤差較大（如釬焊變形、沖壓變形等因素），直接影響了泵輪總成軸套尺寸φ45mm的合格率，具體表在：變形方向不確定，尺寸不穩(wěn)定、一致性差，徑向跳動(dòng)大、超差和報(bào)廢率高等。嚴(yán)重影響了生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)效率，極大地增加了焊接工藝技術(shù)難度。在不具備電子束焊、激光焊及微束等離焊等先進(jìn)工藝方法設(shè)備條件的前提下，針對(duì)以上技術(shù)難題，在不增加高額投資基礎(chǔ)上，開展了MAG自動(dòng)焊接泵輪總成工藝研究，提高了泵輪總成焊接工藝水平，降低了成本，實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。

1 泵輪總成結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求

1.1 泵輪總成及軸套結(jié)構(gòu)

泵輪總成由內(nèi)環(huán)、葉片、泵輪外殼及軸套組成。內(nèi)環(huán)、葉片、泵輪外殼為沖壓成形件；軸套為模鍛坯件，經(jīng)車削、熱處理、銑削和精磨形成半成品，軸套結(jié)構(gòu)又分為撥叉形、平頂形和整體形，文中僅以撥叉形結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，如見圖1所示；內(nèi)環(huán)、葉片、泵輪外殼裝配后經(jīng)釬焊、車削形成泵輪組件，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

軸套與泵輪組件經(jīng)裝配稱為泵輪總成，焊接結(jié)構(gòu)為Y形帶鎖底結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

1.2 泵輪外殼及軸套材料

泵輪外殼材料：鋼板3.5-Q/BQB 301—2002；軸套材料：45-GB/T 699—1999。

圖1 撥叉形結(jié)構(gòu)軸套示意圖

圖2 泵輪外殼組件示意圖

圖3 泵輪總成結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 焊接技術(shù)要求

設(shè)計(jì)要求焊縫為Ⅱ級(jí)焊縫，焊接后軸套徑向跳動(dòng)＜0.02mm，直徑滿足φ45mm公差要求，熔深符合表1各項(xiàng)要求，抗拉強(qiáng)度≥母材強(qiáng)度的80%，且5萬(wàn)km公路試驗(yàn)焊縫無(wú)裂紋和斷裂現(xiàn)象。

表1 不同部位熔深要求

2 泵輪總成焊接工藝分析

2.1 焊接性分析

焊接性是說(shuō)明材料對(duì)焊接的適應(yīng)性，用以衡量材料在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊縫的難易程度和該接頭能否在使用條件下可靠地運(yùn)行。通常是從工藝焊接性和使用焊接性去考察材料對(duì)焊接的適應(yīng)能力。上述材料經(jīng)計(jì)算CE＜0.45%（IIW），說(shuō)明其焊接性良好，無(wú)需采用特殊工藝措施也能保證焊縫的力學(xué)性能及使用可靠性。

2.2 過(guò)程變形分析

由焊接物理理論知道，泵輪總成焊接時(shí)，無(wú)論是哪種熱傳導(dǎo)方式輸入零件，焊接熱循環(huán)和焊接應(yīng)力對(duì)軸套頸部尺寸φ45mm產(chǎn)生影響是必然的，其過(guò)程極為復(fù)雜。借助于仿真軟件模擬其過(guò)程變化將有助于焊接工藝研究、改善和提高。圖4為溫度對(duì)軸套尺寸精度變化的影響。隨著溫度的增高，軸套變形增大，熱源離軸套越近變形也越大；反之，遠(yuǎn)離熱源則焊接熱循環(huán)、焊接應(yīng)力對(duì)軸套尺寸的影響減小，軸套變形隨之減小。這一研究表明，焊接熱循環(huán)及產(chǎn)生的焊接應(yīng)力是影響軸套變形的根源。

圖4 應(yīng)變趨勢(shì)示意圖

2.3 焊接工藝分析

MAG焊與電子束或激光焊相比，存在能量密度小、電弧難控制、熱影響區(qū)大及焊接變形大等問(wèn)題。工藝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用MAG焊焊接泵輪總成，軸套頸部最高溫度達(dá)450℃以上，所以溫度對(duì)軸套頸部尺寸的影響程度非常大。批量生產(chǎn)中因溫度的影響，軸套頸部變形尺寸在0.02～0.2mm之間波動(dòng)，不合格品率達(dá)到了80%，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度要求。

2.4 軸套工藝尺寸分析

3 工藝試驗(yàn)對(duì)比分析

根據(jù)上述分析可知，軸套變形的主要原因是焊接熱應(yīng)力變形和工藝不合理。為了提高泵輪總成焊接精度，有效地控制焊接熱應(yīng)力對(duì)軸套頸部的影響，應(yīng)用單機(jī)器人MAG自動(dòng)焊進(jìn)行了如下工藝試驗(yàn)。采用TIG焊定位，對(duì)稱焊4點(diǎn)，長(zhǎng)6mm，寬4mm。焊接工藝參數(shù)如表2所示，焊接試驗(yàn)試件50件。焊后進(jìn)行了3坐標(biāo)檢測(cè)。不同工藝試驗(yàn)方案如表3所示。

（1）自然條件下單機(jī)器人MAG自動(dòng)連續(xù)焊接，泵輪總成輪軸套頸部尺寸變形大、波動(dòng)大，超差廢品率達(dá)100%。

（2）采用銅制實(shí)心熱交換焊接夾具（圖5），單機(jī)器人MAG自動(dòng)連續(xù)焊接，泵輪總成軸套頸部尺寸范圍在0.015～0.03mm以內(nèi)變動(dòng)，尺寸一致性不好，波動(dòng)較大，超差廢品率達(dá)10%。

表2 單機(jī)器人MAG自動(dòng)焊工藝參數(shù)

表3 不同工藝試驗(yàn)方案對(duì)比

（3）采用內(nèi)循環(huán)水冷熱交換焊接夾具（圖6），單機(jī)器人MAG自動(dòng)連續(xù)焊接，泵輪總成軸套頸部尺寸范圍在0.005～0.012mm以內(nèi)，尺寸一致性好，波動(dòng)小，合格品達(dá)到99%。

圖5 銅制實(shí)心熱交換裝置示意圖

圖6 循環(huán)水冷熱交換裝置示意圖

4 雙機(jī)器人MAG自動(dòng)焊工藝

圖7為單工位帶內(nèi)循環(huán)水冷雙機(jī)器人系統(tǒng)，其工作原理為人工裝夾泵輪軸套、泵輪殼，自動(dòng)壓緊，開啟按鈕，雙機(jī)器人呈對(duì)稱焊接姿態(tài)，焊槍下移至工件焊縫中心與焊縫水平面呈73°短路起弧，外部軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)185°完成焊接，雙機(jī)器人回到原點(diǎn)，重復(fù)以上動(dòng)作直到連續(xù)焊完下一件泵輪總成。

4.1 工藝過(guò)程

雙機(jī)器人MAG自動(dòng)焊接工藝過(guò)程：零件清洗烘干→自動(dòng)或手動(dòng)裝配零件→零件自動(dòng)夾緊→雙機(jī)器人對(duì)稱同步焊接→松開夾緊氣缸頂出零件→自動(dòng)或手動(dòng)轉(zhuǎn)入下道工序。

4.2 焊接工藝

4.2.1 焊接設(shè)備

雙IRB 1410型機(jī)器人，雙PHOENIX DRIVE 4ROB 2WE送絲機(jī)、雙Alpha Q 332 RC puls coldArc焊接電源、雙水冷機(jī)及2把水冷焊槍。

4.2.2 焊前準(zhǔn)備

（1）設(shè)備、程序、夾具、水冷系統(tǒng)、噴嘴、電極、送絲機(jī)構(gòu)等檢查及泵輪總成輸入、焊接參數(shù)及程序調(diào)試。

（2）泵輪組件和泵輪軸套采用自動(dòng)清洗機(jī)清洗并烘干。

（3）泵輪組件、泵輪軸采用彈性?shī)A具定位。

（4）零件由傳送小車輸入到泵輪總成焊接工位，自動(dòng)裝配或人工裝配泵輪組件和泵輪軸套并壓緊。

4.2.3 焊接

（1）按圖8焊接順序連續(xù)旋轉(zhuǎn)185°，完成泵輪軸套焊接，焊接參數(shù)如表4所示。

（2）松開氣缸人工轉(zhuǎn)入下道工序。

圖8 焊接方向

表4 雙機(jī)器人MAG自動(dòng)焊工藝參數(shù)

4.2.4 檢測(cè)

焊縫外觀檢查，要求100%用電子圓度儀檢測(cè)軸套頸部尺寸，經(jīng)50件檢查，軸套頸部尺寸全部合格，焊縫外觀一致性優(yōu)于工藝試驗(yàn)焊接方法，單件效率＜45 s，廢品損失每百萬(wàn)件中小于400件。

4.3 效果對(duì)比

采用不同工藝方法的焊后變形如圖9所示，經(jīng)對(duì)比，采用具有水冷控制的熱交換裝置，雙機(jī)器人同步對(duì)稱MAG自動(dòng)連續(xù)焊接軸套工藝獲得了令人滿意的效果，其變形量和高能束焊接工藝相當(dāng)，焊接效率比單機(jī)器人成倍增長(zhǎng)。

圖9 不同焊接工藝下的變形率對(duì)比

研究結(jié)果表明，采用具有水冷控制的熱交換裝置，雙機(jī)器人、一次裝夾，精確定位、同步對(duì)稱焊接工藝滿足了泵輪總成焊接的要求。目前，該方法已應(yīng)用于液力變矩器泵輪總成的批量焊接生產(chǎn)。

5 結(jié)論

（1）該方法解決了泵輪總成焊接過(guò)程焊接熱循環(huán)、溫度場(chǎng)及熱傳導(dǎo)對(duì)軸套尺寸精度的影響所造成的液力變矩器泵輪軸套焊接變形不合格、生產(chǎn)效率降低、廢品率增大、成本提高、產(chǎn)能降低等一系列問(wèn)題。

（2）工藝研究表明，在不具備昂貴的高能束焊接設(shè)備條件下，采用合理的工藝方法，利用循環(huán)水冷熱交換系統(tǒng)，克服了焊接熱變形對(duì)終端尺寸的影響，為類似結(jié)構(gòu)的焊接工藝及過(guò)程控制提供了參考數(shù)據(jù)。

（3）該工藝方法能夠應(yīng)用于液力變矩器泵輪總成批量生產(chǎn)。

［1］ 陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［2］ 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)焊接手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

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［4］ 吳金杰.焊接工程師專業(yè)技能入門與精通[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

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