圖1 :Andreas Mootz 博士是設在德國霍伊巴赫的埃馬克自動化有限公司總裁,負責生產型激光焊接的技術開發

    從雙離合器到傳統差速器:傳動技術是汽車行業的重點研究領域。通過新材料和更改幾何尺寸,設計師們對不同變速箱的功能做出優化。而且,由于眾多轎車對于變速齒輪的需求增加,從未出現過的“大批量”成為齒輪加工的新要求。在已經應用的、用于提升生產效率的創新工藝中,激光焊接是其中之一。在研發 ELC 產品系列時,埃馬克專家采用了生產高效的集成工藝。 在研發過程當中,他們還有的放矢地將其在許多典型傳動部件生產工藝方面的豐富經驗融入其中。

圖2 :用于變速箱齒輪焊接的 ELC 160 激光焊接機的加工區。 齒輪將在多達三個工位進行預熱、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計相當復雜的。為了能夠高效并精確地進行制造,兩個部件被分別加工,然后依次進行壓裝和焊接工序,將其相互連接。“在這一步上,激光焊接被廣泛用于現代變速器生產領域”,德國埃馬克自動化有限公司總裁 Andreas Mootz 博士解釋道,“采用這種工藝可以精確計量并集中激光束的能量到焊接點,使變形最小化,并且達到很高的焊接速度。”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到同樣的光學性能。生產中的能源成本得到大大降低。

圖3 :ELC 160 中齒輪與同步環的壓裝

    固定式焊接裝置的表現出類拔萃對整個工藝具有類似效果的方法是在ELC 系統中集成不同的生產過程。開始時,工作主軸通過上下料程序自動裝夾。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。通過固定式光學系統的設計,設備和焊接工藝可以獲得最高的操作安全性和最佳的光學穩定性。根據工件或材料,部件可以在焊接前感應預熱,并在焊后進行刷凈。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,運營成本降低至一半

    激光焊接引導輕量化結構趨勢差速器殼體的例子清晰表明,激光焊接技術還為汽車普遍研發開啟了更多可能性:例如,一段時間以來,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。“鑒于汽車行業內推行的輕量化結構,這種節約非常巨大。”

Mootz 博士解釋道。

    客戶將受益于埃馬克的經驗知識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 ELC 系統。所有領先的汽車制造商都在使用這些設備。在固體類激光設備用于變速器和動力總成部件的加工領域,埃馬克處于世界領先地位。促成這些成就的原因是什么?“關鍵就是,針對這些部件的加工,我們掌握了大量的經驗知識。我們了解整個生產過程,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 博士強調說,“我們可以研發和設計完整的工藝鏈。以這種方式就極大地簡化了新增生產車間的規劃和現有生產車間的擴大。”

圖5 :激光焊接的變速箱齒輪

總體市場開發呈現積極態勢

    德國機械制造商認為總體市場發展前景可控:不僅僅是成功的雙離合器變速器需要更多的齒輪,傳統的手動變速器也面臨著配備更多檔位的趨勢,因為這將減少燃料能耗,并提高行駛舒適性。“考慮到這一點,我們正提供一種成熟的焊接技術:一方面確保節能和高精度的制造工藝,另一方面可以幫助推進輕量化結構,而且還降低了生產成本。毫無疑問,這是一個成功的、令人信服的融合,” Mootz博士總結道。 ■

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 型設計的 ELC 采用雙主軸。這種雙工位操作的設計可以使工作主軸在主加工時間內同時上下料

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

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