基于振動摩擦焊接工藝的汽車塑料件設計及應用

蘇晟

（柳州兆豐汽車部件有限公司，廣西 柳州545616）

塑料構件的焊接過程需要考慮多種因素，當焊接過程發熱量較高，或者未能實現對于熱應力的有效處理時，會導致塑料構件出現變形問題，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件生產過程中發揮有效作用，在具體的工作方案設計中，要根據其作用特點，制定相應的操作流程和工作管理指標。

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，對相關構件進行加壓，從而讓摩擦面出現一定的熱量，讓摩擦面的塑料呈現熔融狀態，之后則可以在壓力的作用下將其拼接[1]。由于汽車塑料構件通常是大尺寸以及結構較為復雜的結構，而這些結構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域內調整塑料的參數，同時也無需使用膠接劑，所以在汽車行業的構件生產和連接工作中，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計工藝

2.1 焊接接頭設計

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

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，當前更多數量的構件可使用這一材料。基于振動摩擦焊接工藝下的塑料構件設計中，要考慮這類構件的功能和作用區域，才能夠讓系統的工作水平提高。就實際的作用效果上來看，當前車輛的保險杠、儀表板、車燈等都可以應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。設計過程首先要確定選用的塑料材料，半結晶樹脂如PA、TPO、HDPE 和PP 等，都可以用于保險杠等構件的生產，構件設計中要選用這類材料。其次要分析焊接點和構件尺寸，其中構件尺寸要按照車輛上相關構件裝配區域的參數和焊接區域的參數確定，其中焊接區的設計要合理確定焊接線路，比如對于彎角區域，要將這一區域進行角度方面的平緩處理，以防止出現工作問題。

2.3 輔助設計項目

輔助設計項目包括對于被焊接構件的裝配裝置、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構件中施加的力，以防止在實際的固定過程中出現塑料結構的變形問題[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域出現過大的熱應力，最終導致這一構件出現斷裂或者變形問題。

3 振動摩擦焊接工藝下的汽車塑料構件使用方法

構件設計要根據該結構件的功能和作用區域，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件。

3.1 高氣密性構件使用

這類構件中最主要的設備是汽車發動機的進氣歧管，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件的焊接質量。這一設備在生產中，要對塑料管道進行選擇和參數確定，從而讓所有的參數能夠確保其運行穩定性。就實際的作用效果來看，應用過程首先要研究這一構件的實際加工和具體的加工參數，同時要把原材料固定在焊接設備上，之后對被焊接件進行處理，要在調整焊接設備各項參數穩定和正確的基礎上，才可投入后續的焊接過程。其次則要做好對于接頭區域的清潔工作。尤其是對于焊接面上由周邊環境導致的污染狀況，更是需要通過對專業設備的使用和處理方法的了解，讓整個系統的運行質量獲得最大幅度的提高。最后則是對焊接區域的清潔度保持工作，可派遣專業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，才可操作設備完成焊接工作。

3.2 活動構件使用

在汽車的生產和運行中，一些構件屬于可活動構件，其在運行過程中可以讓這一系統的運行質量獲得提高。這一構件中的最具有指導性的是車輛的手套箱，其在焊接中可以發現，本身結構上含有連接件，而內部的主體部分主要是平面結構，所以使用振動摩擦焊接工藝不但能夠提高這一構件的實際強度，也具有加高的焊接便利度，在實際的焊接過程中，要采用優質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，要按照焊接設備的實際運行標準和規定，對焊接參數進行綜合性的調整，防止在焊接工作中出現壓力過高問題，導致裝配的構件出現損壞問題。實際的參數設定過程，要求整個工作體系中的從業人員做好對各個參數的記錄和審查工作，以此為基礎完成后續的焊接任務。

3.3 大型結構件的使用

大型結構件的焊接工作要根據這一構件的用途和實際參數合理設計，其中大型結構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件、轉角區域、各類輔助設施都被高強度焊接之后，才可把這一構件裝配到車輛的相應位置上。由于這類大型構件對于車輛的運行品質、外觀等因素都會造成重大影響，所以要提高對這一構件的焊接質量。焊接質量控制首先要做好對相關構件的預處理工作，預處理過程包括劃線、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一性的管理體系之內。比如對于劃線工作來說，要求做好對從業人員的素質審核工作，只有員工在具有較高的從業經驗這一基礎上，才可讓人員參與設施完善和劃線工作過程，并且之后按照已經劃定的加工體系對焊接頭區域進行處理。其次則要完成對于實際焊接過程中各類參數的合理控制工作，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，另一人完成各類數據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，要求完成專業的質量檢測工作，當發現實際焊接水平和設計要求不符，則要找到這一問題的出現原因，并追究相關當事人的責任。

3.4 中小型構件應用

這類構件的整體數量較多，比如儀表盤、儀表板等，使用過程可以通過對卡扣結構的使用，把設計的項目和構件直接固定在相應的構件工作區域上，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，符合當前的車輛生產和設計要求。[3]比如在某塑料構件的定位工作中，通過對該構件重心、幾何中心、焊接頭的定點區域詳細了解，把其裝配到固定臺上。在所有的工作指標符合規章制度時，才可落實相應的焊接工作。

4 結論

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