圖1 ：Andreas Mootz 博士是設(shè)在德國霍伊巴赫的埃馬克自動(dòng)化有限公司總裁，負(fù)責(zé)生產(chǎn)型激光焊接的技術(shù)開發(fā)
從雙離合器到傳統(tǒng)差速器：傳動(dòng)技術(shù)是汽車行業(yè)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。通過新材料和更改幾何尺寸，設(shè)計(jì)師們對(duì)不同變速箱的功能做出優(yōu)化。而且，由于眾多轎車對(duì)于變速齒輪的需求增加，從未出現(xiàn)過的“大批量”成為齒輪加工的新要求。在已經(jīng)應(yīng)用的、用于提升生產(chǎn)效率的創(chuàng)新工藝中，激光焊接是其中之一。在研發(fā) ELC 產(chǎn)品系列時(shí)，埃馬克專家采用了生產(chǎn)高效的集成工藝。 在研發(fā)過程當(dāng)中，他們還有的放矢地將其在許多典型傳動(dòng)部件生產(chǎn)工藝方面的豐富經(jīng)驗(yàn)融入其中。
圖2 ：用于變速箱齒輪焊接的 ELC 160 激光焊接機(jī)的加工區(qū)。 齒輪將在多達(dá)三個(gè)工位進(jìn)行預(yù)熱、壓裝和激光焊接
典型變速器部件的苛刻要求首先在于：即便是配備同步輪的小齒輪也是設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜的。為了能夠高效并精確地進(jìn)行制造，兩個(gè)部件被分別加工，然后依次進(jìn)行壓裝和焊接工序，將其相互連接。“在這一步上，激光焊接被廣泛用于現(xiàn)代變速器生產(chǎn)領(lǐng)域”，德國埃馬克自動(dòng)化有限公司總裁 Andreas Mootz 博士解釋道，“采用這種工藝可以精確計(jì)量并集中激光束的能量到焊接點(diǎn)，使變形最小化，并且達(dá)到很高的焊接速度。”另外，埃馬克焊接方法可采用能量利用率更高的固體類激光器。雖然傳統(tǒng)的二氧化碳激光器效率只有8％，埃馬克專家可以在他們的工藝中使其增加到大約20％ 的效率。換言之：人們可以使用明顯更少的電能來達(dá)到同樣的光學(xué)性能。生產(chǎn)中的能源成本得到大大降低。
圖3 ：ELC 160 中齒輪與同步環(huán)的壓裝
固定式焊接裝置的表現(xiàn)出類拔萃對(duì)整個(gè)工藝具有類似效果的方法是在ELC 系統(tǒng)中集成不同的生產(chǎn)過程。開始時(shí)，工作主軸通過上下料程序自動(dòng)裝夾。不同的部件隨后在壓裝站被夾緊并壓裝到一起。其間，采用的夾緊技術(shù)可保證部件非常精確的定位，從而為焊接提供最佳的條件。通過固定式光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)備和焊接工藝可以獲得最高的操作安全性和最佳的光學(xué)穩(wěn)定性。根據(jù)工件或材料，部件可以在焊接前感應(yīng)預(yù)熱，并在焊后進(jìn)行刷凈。在任何情況下，所有加工過程都只需要一次裝夾即可完成。一個(gè)變速箱齒輪的完整壓裝和焊接工序只需 12 秒，而差速器的部件以這種方式最多40 秒便可以完成焊接。
圖4 ：將同步輪激光焊接到齒輪上。通過在ELC 160 中配置光纖激光器，運(yùn)營成本降低至一半
激光焊接引導(dǎo)輕量化結(jié)構(gòu)趨勢差速器殼體的例子清晰表明，激光焊接技術(shù)還為汽車普遍研發(fā)開啟了更多可能性：例如，一段時(shí)間以來，汽車制造商已逐步用焊接連接來代替差速器箱體和錐齒輪間的螺栓連接。結(jié)果便是：材料成本降低，重量減輕了大約 1.2 kg。“鑒于汽車行業(yè)內(nèi)推行的輕量化結(jié)構(gòu)，這種節(jié)約非常巨大。”
Mootz 博士解釋道。
客戶將受益于埃馬克的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來自霍伊巴赫的焊接專家埃馬克有著令人印象深刻的成功史：在過去十年間，總共銷售了 50 多臺(tái) ELC 系統(tǒng)。所有領(lǐng)先的汽車制造商都在使用這些設(shè)備。在固體類激光設(shè)備用于變速器和動(dòng)力總成部件的加工領(lǐng)域，埃馬克處于世界領(lǐng)先地位。促成這些成就的原因是什么？“關(guān)鍵就是，針對(duì)這些部件的加工，我們掌握了大量的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。我們了解整個(gè)生產(chǎn)過程，從一開始的車削、磨削到焊接，直至最后的超聲波檢測過程。” Mootz 博士強(qiáng)調(diào)說，“我們可以研發(fā)和設(shè)計(jì)完整的工藝鏈。以這種方式就極大地簡化了新增生產(chǎn)車間的規(guī)劃和現(xiàn)有生產(chǎn)車間的擴(kuò)大。”
圖5 ：激光焊接的變速箱齒輪
總體市場開發(fā)呈現(xiàn)積極態(tài)勢
德國機(jī)械制造商認(rèn)為總體市場發(fā)展前景可控：不僅僅是成功的雙離合器變速器需要更多的齒輪，傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器也面臨著配備更多檔位的趨勢，因?yàn)檫@將減少燃料能耗，并提高行駛舒適性。“考慮到這一點(diǎn)，我們正提供一種成熟的焊接技術(shù)：一方面確保節(jié)能和高精度的制造工藝，另一方面可以幫助推進(jìn)輕量化結(jié)構(gòu)，而且還降低了生產(chǎn)成本。毫無疑問，這是一個(gè)成功的、令人信服的融合，” Mootz博士總結(jié)道。 ■
圖6 ：ELC 250 DUO ——用于差速器殼體加工的緊湊型激光焊接單元。作為 DUO 型設(shè)計(jì)的 ELC 采用雙主軸。這種雙工位操作的設(shè)計(jì)可以使工作主軸在主加工時(shí)間內(nèi)同時(shí)上下料
圖7 ：通過差速器殼體和錐齒輪的激光焊接，
可以將裝配件的重量減少大約 1.2 kg
