В связи с высокими производственными объёмами современное автомобилестроение выдвигает высокие требования к технологическим системам. В частности, для процессов сборки основными требованиями являются простота автоматизации, малые энергозатраты, высокая надёжность соединений и коротки срок обучения рабочего и обслуживающего персонала. Процесс рельефной контактной сварки соответствует данным требованиям и широко применяется в области изготовления автокомпонентов. В исследуемом случае рассматривается процесс приварки гайки с резьбой М8 к штампованной детали (внутренняя панель крыла автомобиля) выполненной из оцинкованной стали. В изделии применена гайка М8 круглого сечения с лыской и тремя сферическими рельефами, диаметр которых составляет 4 мм. Сварка производится на машине контактной сварки с инверторным источником питания Bosh, оснащенным цифровым блоком управления, позволяющим тонко настроить параметры режима сварки и установить многоэтапный цикл сварки [2]. В применяемой технологии для точного позиционирования гаек относительно заготовки применятся приспособление, фиксирующее штампованную деталь по базовым отверстиям, а также нижний электрод с керамическим центратором (рис. 1). Центратор выступает за поверхность электрода и позволяет точно позиционировать отверстие на детали. Сферический наконечник центратора предназначен для установки на него гайки (для гаек разного диаметра резьбы применяются центраторы с разным диметром сферы). Центратор в выдвинутом состоянии поддерживается пневматической систему контактной машины. В процессе сварки верхний электрод прижимает гайку к заготовке, точно её позиционируя, при этом центратор убирается внутрь нижнего электрода и возвращается в исходное положение только после снятия готовой детали с приспособления.

В ходе производства больших объёмов продукции с малым временем цикла наблюдается деформация и выход из строя верхнего электрода, что является причиной потери времени и дополнительных затрат на расходные материалы. Также в процессе сварки наблюдаются значительные выплески, которые оказывают отрицательное влияние на качество изделия (риск нарушения резьбы и коррозионной стойкости детали), а также снижают безопасность технологического процесса.

Целью работы было совершенствование технологии рельефной приварки гаек к листовым заготовкам с целью снижения энергозатратности процесса и частоты обслуживания производственного оборудования.

В базовой технологии контакт между верхним электродом и деталью осуществляется по торцу гайки. Однако из расчетов в программной среде Elcut (рис. 2) видно, что при подведении тока к периферийной части гайки при одной и той же мощности его плотность оказывается на порядок выше за счет снижения электрического сопротивления вторичного контура [5]. Опираясь на эти данные можно сделать вывод о том, что замена контактной поверхности гайки положительно скажется на процессе формирования соединения за счет возросшего энерговложения в зону соединения

Для экспериментальной проверки выдвинутого предположения был изготовлен модифицированный электрод с проточкой для размещения верхней части гайки и обеспечения контакта с периферийной частью гайки.

При испытаниях модифицированной оснастки на серийных режимах сварки наблюдалось большее проплавление штампованной детали, выражающееся более отчетливыми следами на обратной стороне изделия. В ходе тестового производства наблюдался незначительный износ рабочей поверхности верхнего электрода в связи со снизившимся сопротивлением контакта. Меньшее влияние металла гайки на сопротивление цепи упрощает процесс подбора режима сварки обеспечивающего снижение выплеска материала покрытия и повышения экономичности процесса.

С целью предотвращения явления выплеска, в особенности при приварке гаек к оцинкованной листовой заготовки, предложено реализовать двухступенчатый режим сварки с предварительным подогревом. Благодаря этому должен быть обеспечен более плавный нагрев зоны сварки, предотвращающий взрывообразное плавление металла контакта. При приварке гаек к оцинкованным заготовкам данный технологический прием должен способствовать оттеснению из контакта более легкоплавкого цинкового покрытия при пластическом деформировании выступов гайки [3, 4].

Исследование особенностей процесса рельефной сварки гаек с оцинкованными заготовками выполнили по методу планирования эксперимента [1]. В качестве факторов эксперимента были приняты время предварительного подогрева tпредв (мс), ток предварительного подогрева Iпредв (кА), время сварки t (мс) и ток сварки I (кА). На основании предварительных опытов по подбору параметров сварки приняли диапазоны варьирования силы тока предварительного подогрева и сварки 5…10 кА и 15…20 кА соответственно. Диапазоны варьирования продолжительности предварительного подогрева и сварки составили 0…30 мс и 20…50 мс соответственно. Уровни факторов и интервалы варьирования для эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1. План эксперимента

 

Фактор	Уровни факторов			Интервал варьирования
	-1	0	+1
tпредв	0	15	30	15
Iпредв	5	7,5	10	2,5
t	20	35	50	15
I	15	17,5	50	2,5

 

В результате проведения эксперимента, была получена зависимость (1), диаметра литого ядра от значений вышеуказанных параметров, анализ которого показал, что основное влияние на размер литого ядра оказывают время протекания тока сварки, его величина и двойное взаимодействие тока и времени сварки.

y = -3, 377 + 0, 088tпредв + 0, 013Iпредв + 0,145t + 0, 3872I + 0, 01tпредв × Iпредв - 0, 00088tпредв × t -

-0, 00718tпредв × I + 0, 000027Iпредв × t - 0, 00016Iпредв × I - 0, 00735tI - 0, 0003834tпредв × Iпредв × t +

+0, 000082tпредв × t × I - 0, 00037tпредв × Iпредв × I - 0, 000064Iпредв × t × I + 0, 0000184tпредв × Iпредвt × I

(1)

Анализ полученного выражения показал, что максимальное влияние на диаметр литого ядра оказывает время протекания тока сварки, значение сварочного тока и их двойное взаимодействие. Значение и время протекания тока  предварительного подогрева и их взаимодействия оказывают незначительное влияние на результат сварки, однако с увеличением энерговложений в во время данного цикла диаметр литого ядра уменьшается.

При проведении опытов также оценивался выплеск во время сварки и было выявлено, что минимальные выплески наблюдаются при минимальном токе предварительного подогрева, который протекает в течение максимального времени. В случае использования цикла предварительного подогрева, значения параметров сварки не оказывают влияние на возникновения выплеска.

Исходя из результатов эксперимента, оптимальными были приняты параметры с минимальным током сварки 20кА и временем его протекания не менее 40мс. Для серийного процесса были выбраны следующие параметры сварки: время предварительного подогрева 30мс; ток предварительного подогрева 5кА; время протекания основного тока сварки 50мс, основной ток сварки 20кА

На основании проведенных работ можно сделать следующие выводы:

1.   Для определения наиболее оптимального токоподвода к привариваемому компоненту был произведен и опробован верхний электрод, обеспечивающий контакт с привариваемой гайкой по поверхности с большей площадью. Данное решение позволило повысить стойкость оснастки более чем в 2 раза.

2.   В результате проведения эксперимента и расчетов была выявлена функциональная зависимость диметра литого ядра и величины выплеска от параметров сварки, на основе которой были выбраны диапазоны значений параметров сварки  для получения сварного соединения, удовлетворяющего требованиям конструкторской документации и обеспечивающим процесс сварки с минимальным выплеском.

 

Список литературы

 

1.    Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий - М.: Наука, 1976. - 280 с.

2. Гиллевич В. А. Технология и оборудование рельефной сварки. – Л.: Машиностроение, 1976. – 152с.

3.   Гиллевич В. А. Особенности образования соединения при рельефной сварке // Автоматическая сварка. 1968. № 12. С. 35 - 38.

4.   Емельянов С. Н., Попковский В. А., Катькало А. А., Коротеев А. О. О выборе параметров режима при контактной точечной сварке оцинкованных сталей с сохранением покрытия // Вестник Белорусско- Российского университета. 2011. №2

5.   Ерофеев В.А., Логвинов Р.В. Компьютерная имитация контактной точечной сварки листов с покрытиями // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2008. Вып. 3. С. 63-70.