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第一章 熟悉Solidworks
在當(dāng)今市場上SolidWorks 2010是最受歡迎的3D機械電腦輔助設(shè)計(CAD)包之一。Solidworks自從1995年出現(xiàn)，它已經(jīng)成為一個當(dāng)今受許多工程師、機械設(shè)計師、工業(yè)設(shè)計師喜歡的設(shè)計工具。部分是因為其易學(xué)易懂的圖形用戶界面和強大的工具集,部分原因是因為它擁有容易學(xué)習(xí)的圖形用戶界面和功能強大的工具集，SolidWorks被許多國際型的頂級公司用作設(shè)計、工程以及記錄他們的各種領(lǐng)域的產(chǎn)品。
SolidWorks的核心是能夠創(chuàng)建參數(shù)化三維立體幾何，然后被用來制造圖紙、生產(chǎn)指令、指令手冊、動畫、全彩色效果圖和其他類型的文檔。無論被創(chuàng)建的項目多么復(fù)雜,創(chuàng)建的過程是很容易的并且遵循相同的基本步驟。首先創(chuàng)建一個示意圖，將其轉(zhuǎn)變成一個基本特征。然后基本過程是進一步細化、增加特征、添加或刪除材料從基本特性。個別零件模型可以用于構(gòu)建組件，組成了最終設(shè)計。在完成3d部分或裝配模型的創(chuàng)建之后，圖紙以及設(shè)計和制造過程就可以制作成文件。
學(xué)習(xí)一個新的CAD軟件包是一個艱巨的任務(wù)。除了新術(shù)語，首次使用一個新的用戶界面、工具欄和命令可能使用戶覺得有點不知所措。作為第一次使用SolidWorks，在這一章你將花一些時間來熟悉軟件界面以及SolidWorks CommandManager的使用。
開始SolidWorks
在第一次安裝和運行SolidWorks之前,要確保你的電腦系統(tǒng)滿足推薦的最低要求。SolidWorks目前支持以下操作系統(tǒng)：
Windows 7(32位)專業(yè)版,終極版或企業(yè)版。
Windows 7(64位)專業(yè)版,終極版或企業(yè)版。
Windows Vista(64位)極限版、商業(yè)版或企業(yè)版,SPO或更新的版本。
Windows Vista(32位)極限版、商業(yè)版或企業(yè)版,SPO或更新的版本。
Windows XP專業(yè)版(32位),SP2或更新的版本。
Windows XP專業(yè)版(64位)。
然后這里是隨機訪問存儲器(RAM)的需求：
最低限度 當(dāng)部分包含少于200個功能和程序集包含少于1000組件時1 GB RAM。
推薦使用 當(dāng)部分包含超過200個功能和程序集包含超過1000個組件時要求2GB以上。
一旦你確認你的電腦能支持SolidWorks并且已經(jīng)安裝到您的系統(tǒng),您可以通過點擊Start > Programs > SolidWorks 2010 > SolidWorks 2010 SPX.X > SolidWorks 2010啟動它。
注解：在這本書顯示的所有圖片是SolidWorks在Windows 7系統(tǒng)的運行結(jié)果 。如果您使用的是（如windows XP）另一個版本的windows，您可能會注意到有一些細微差別。
SolidWorks許可協(xié)議
在您第一次啟動SolidWorks時,將看到SolidWorks許可協(xié)議。為了使用SolidWorks你必須接受許可協(xié)議。閱讀許可協(xié)議后,點擊接受繼續(xù)。如果因為某些原因你不接受許可協(xié)議條款,點擊“Do Not Accept”將退出SolidWorks。
幫助和工作流程的定制
接受SolidWorks許可協(xié)議之后,你就會進入到一個 Welcome To SolidWorks的窗口。此頁面允許您設(shè)定動態(tài)幫助的外觀以及工作流程的定制。你只會在你的電腦第一次啟動SolidWorks時看到這個頁面,但你通過SolidWorks的選項窗口可以隨時改變這些設(shè)定。在幫助定制部分的屏幕上有三個選項可用。每個選項將向用戶提供不同水平的動態(tài)幫助,所以你需要按照自己的需要做出選擇。
我是一個新用戶。顯示小貼士來幫助我開始。這個選項將會為您在不同的模式下工作的SolidWorks提供彈出消息。
我是更新到這個版本的SolidWorks，給我顯示新的改進特點。經(jīng)驗豐富的SolidWorks的用戶在使用新版本的SolidWorks時將會發(fā)現(xiàn)這個選項對他們有幫助。當(dāng)這個選項被選中,問號圖標將顯示新的菜單項和PropertyManagers的新改變，并將鏈接到對應(yīng)的新手冊部分。這個新手冊的主題提供更多關(guān)于這個自先前版本進行更新的新版本的功能的信息。
對我不顯示任何動態(tài)幫助。對于更有經(jīng)驗的用戶，在SolidWorks工作時，這個選項不會為您提供任何有關(guān)新手冊的彈出窗口或鏈接。
注解：隨著你使用SolidWorks的熟練程度的增加,你可能會決定不適用幫助小貼士。你可以通過點擊“幫助”>“小貼士”或點擊在狀態(tài)欄的問號圖標禁用它們。熟悉了新版本的SolidWorks后,您可以通過點擊“幫助”>“新的特性”禁用鏈接的顯示。
在你使用SolidWorks時，歡迎窗口的工作流程定制部分可以讓你隱藏和顯示工具,鏈接,和菜單項。你可以選擇以下類別的一個、兩個、所有或全部不選：
機械設(shè)計
模具設(shè)計
消費產(chǎn)品設(shè)計
當(dāng)您在這個窗口的工作流程制定部分選擇一個選項，你的文檔環(huán)境將發(fā)生部分下面的變化：
機械設(shè)計 機器設(shè)計概述、機器設(shè)計教程,SolidWorks SimulationXpress鏈接將顯示在SolidWorks資源選項卡的任務(wù)窗格。金屬和焊件標簽將被添加到CommandManager。模具菜單項將隱藏在插入菜單中。草案分析，削弱檢測和偏差分析也將被隱藏在工具菜單。
模具設(shè)計 模具設(shè)計概述、模具設(shè)計教程，以及導(dǎo)入文件的鏈接將顯示在SolidWorks資源選項卡的任務(wù)窗格。曲面和模具標簽將被添加到CommandManager。焊件的菜單項將被隱藏在插入菜單中。
消費產(chǎn)品設(shè)計 消費產(chǎn)品設(shè)計教程鏈接將顯示在SolidWorks資源選項卡的任務(wù)窗格。曲面的標簽將被添加到CommandManager。焊件的菜單項將被隱藏在插入菜單中。削弱檢測菜單項將被隱藏在工具菜單中。
注解：通過選擇工具>自定義并選擇適當(dāng)?shù)倪x項，你可以在任何時間調(diào)整文件的工作流程的定制。
本書中為了演示該項目，在歡迎進入SolidWorks的窗口做下面的選擇：
1、在幫助定制選項,選擇不給我任何動態(tài)的幫助。
2、在工作流程定制部分，選擇消費產(chǎn)品設(shè)計、機械設(shè)計、模具設(shè)計。
3、點擊確定
SolidWorks界面導(dǎo)航
使用SolidWorks之前,您應(yīng)該先熟悉用戶界面的布局。三種文件類型SolidWorks(零件、裝配體和圖紙)都有相同的基本界面，只有小部分有區(qū)別。首先，我們將檢查常見元素的三種文檔類型。圖1.1顯示了當(dāng)你打開一個模型時SolidWorks的界面。
圖形區(qū)域
所有的功能都發(fā)生在SolidWorks的圖形區(qū)域。你將在這里進行零件建模，裝配體的組裝以及繪制草圖。你將在第2章了解有關(guān)這個區(qū)域的更多細節(jié)。通過學(xué)習(xí)這三種文件類型的更多細節(jié)內(nèi)容來學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識。
視圖工具欄
在圖形區(qū)域的頂部是視圖工具欄。這個透明的工具欄在頂部的圖形區(qū)域總是可用的，它能讓你快速和容易地獲得你所需要的的視角。如圖1.2所示，飛出一個小的向下指向箭頭為您提供更多的工具圖標。
圖1.1 Solidworks用戶界面
圖1.2顯示彈出菜單中額外的工具
當(dāng)你更加熟悉SolidWorks時，你可能會發(fā)現(xiàn)，這些視圖工具欄顯示的工具可能不是你最常使用的。有效的工具欄并不是只有這些默認的視圖工具。請執(zhí)行以下操作制定視圖工具欄：
1、右鍵點擊任何顯示在視圖工具欄的按鈕，從底部的菜單選擇定制。
2、選擇命令選項卡頂部的自定義窗口。
3、在分類部分的窗口，找到你想要的工具集。本例中,選擇標準視圖分類。這些選定的類別工具將被顯示在按鈕區(qū)域，如圖1.3所示。
4、拖拽自定義窗口中所需的按鈕至頂部的視圖工具欄。當(dāng)鼠標指針更改為一個綠色加號，將按鈕安放在那里。
注解：在SolidWorks 2010中這個視圖工具欄可以隱藏。通過右鍵單擊任何工具欄中的按鈕，取消選中菜單中的視圖(單)來隱藏工具欄。
圖1.4命令選項卡中的自定義窗口
狀態(tài)欄
SolidWorks界面的底部是狀態(tài)欄。顧名思義，狀態(tài)欄將會給出有關(guān)你所進行的操作的信息。狀態(tài)欄可以在視圖菜單中關(guān)閉，但我們強烈建議打開它，因為它在你的工作中是非常有用的。這里是一些你可以在狀態(tài)欄找到的信息的例子：
當(dāng)你將鼠標停留于一個工具圖標上，狀態(tài)欄通常會為您提供一個比工具提示更好的描述(見圖1.4)。當(dāng)你熟悉了SolidWorks各種工具的圖標，你將較少需要這一信息。
選擇一個邊、點或其任何組合將顯示出基本測量快速參考，如圖1.5所示。雖然這不能取代測量工具，但如果你只是想快速知道兩個邊線之間的距離它是非常有用的。
當(dāng)你在畫草圖時，你的鼠標指針將顯示你的草圖狀態(tài)以及坐標位置。草圖狀態(tài)將分為完全定義的、過定義、不完全定義、沒有找到解決方案或無效的方案。后面當(dāng)我們開始繪制草圖時我們將介紹它們所代表的意思。
圖1.4在狀態(tài)欄顯示的額外工具信息
圖1.5 在狀態(tài)欄快速顯示尺寸
任務(wù)窗格
圖形區(qū)域的右側(cè)是任務(wù)窗格。任務(wù)窗格是在一個位置提供了大量的資源的一組窗口。通常這個任務(wù)窗格是隱藏的，在圖形區(qū)域的標簽圖標是唯一可見的。這可能是最好的選擇，因為你的圖形區(qū)域基板面是非常寶貴的。然而，如果你希望任務(wù)窗格一直是打開的狀態(tài)，你可以這樣做：
1、單擊任務(wù)窗格的任何標簽圖標。
2、右上角的任務(wù)窗格中，單擊圖釘圖標“銷開放”任務(wù)窗格（見圖1.6）.
圖1.6 把任務(wù)窗格打開和隱藏一遍
3、圖形將調(diào)整使房間的任務(wù)窗格，它將保持開放甚至當(dāng)你點擊其他地方在SolidWorks
4、設(shè)置自動隱藏任務(wù)窗格,再次點擊圖釘圖標。
實習(xí)報告
一、實習(xí)目的
理論聯(lián)系實際，了解電阻點焊鉗的基本外形及構(gòu)造，為對零件三維建模打下基礎(chǔ)；了解電阻點焊鉗的工作原理及特性，了解國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，掌握發(fā)展趨勢，方便改進焊鉗；了解XM型電阻點焊鉗靜臂的材料以及該材料的材料性能。重點掌握XM型焊鉗靜臂的加工工藝以及加工設(shè)備。
二、實習(xí)內(nèi)容
對于任何機械工廠，安全始終是重中之重，所以指導(dǎo)老師首先對我們進行了一些安全教育。另外，由于這是一家外資企業(yè)，一般不允許參觀，所以在參觀過程中一定不能亂碰任何機器、按鈕，必須聽從工廠師傅的安排。
2.1、參觀整個電阻點焊鉗裝配的過程。
剛進入工廠，首先映入眼簾的是電阻點焊鉗的裝配流程。對照實體，師傅給我們講解了電阻點焊鉗的主要組成部分，包括機械傳動部分、氣缸部分、電氣控制部分等。還指出了一些安裝中需要注意到的問題，如潤滑等。如圖1所示為電阻點焊鉗的主要組成部分。
圖1 電阻點焊鉗的組成
工廠師傅還為我們講解了電阻點焊鉗的工作原理、工作方式以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。
2.2、聽工廠師傅講解有關(guān)焊鉗主要零件的工藝及材料。
看完裝配過程后，工廠師傅主要為我們講解了電阻點焊鉗中靜臂和動臂的材料。以前的焊鉗靜臂是從法國進口的，其材料為黃銅（H62)，但H62的導(dǎo)電率較低， IACS約 22%? 28 %。為獲得較大電流，節(jié)省電能，降低焊鉗靜臂的發(fā)熱，現(xiàn)在焊鉗所用材料為導(dǎo)電率較高的鉻鋯銅（其表達式為CuCr1Zr），該合金同時具有高強度（抗拉強度Rm≥450MPa、屈服強度Rp0.2≥360MPa）高導(dǎo)（導(dǎo)電率IACS：75%~83%）的優(yōu)良性能，且耐熱耐磨，防變形能力強。廣泛用作汽車、宇航工業(yè)的鋼板和不銹鋼板的接觸焊機點焊，滾焊焊炬最理想的電極材料，高壓開關(guān)焊點材料和斷路器材料，也廣泛用于IC框架引線材料。
焊鉗的靜臂和動臂的毛坯都是鑄件，并且都要求是精密鑄造。然后用數(shù)控機床直接加工出成品，如圖2為焊鉗靜臂的實體圖。
圖2 電阻點焊鉗的實體圖
2.3、提問環(huán)節(jié)
工廠師傅給我們講解完電阻點焊鉗主要零件的工藝之后，讓我們思考一會，有問題的話就提出來。同學(xué)們提出了很多問題，如斜塊上的光孔的作用，靜臂側(cè)面上M4螺紋孔的作用，與電極桿相連接的孔中M8的螺紋孔和M8的光孔分別有什么作用。工廠師傅一一為我們做出了解答。
2.4、自由觀看場內(nèi)的零件、裝配、加工。
最后就是工廠師傅允許我們自由觀察場內(nèi)的設(shè)備及零件，但是要求我們不能打擾工人的工作。大家組隊觀察、討論焊鉗的主要零件的各種問題，并拍攝部分照片以供后面的設(shè)計使用。
三、實習(xí)總結(jié)
本次實習(xí)對我后面的設(shè)計有很大的幫助，不僅讓我在對零件進行三維建模時腦海中有清晰地輪廓，而且使我對電阻點焊鉗靜臂的材料和工藝有了較深入的了解，讓我在后面的設(shè)計中有了很多的參考。
通過這次實習(xí)，我還了解了電阻點焊鉗的作用及發(fā)展趨勢，讓我對電阻點焊鉗的認識有了明顯的提高?？傊敬螌嵙?xí)讓我受益匪淺。
開題報告
1、 課題名稱：基于Solidworks的電阻電焊鉗主要零件的工藝工裝優(yōu)化
2、 課題來源：結(jié)合社會實際
3、 選題的目的與意義：
目的：在給定XM型電阻電焊鉗靜臂部件圖紙的基礎(chǔ)上，利用solidworks三維設(shè)計軟件，通過畢業(yè)設(shè)計訓(xùn)練，使我們熟悉掌握電阻點焊鉗的功能、用途和結(jié)構(gòu)特點，分析制定其主要零件的機械加工工藝路線，重點進行工序工裝夾具的三維建模設(shè)計與優(yōu)化。更是為了實現(xiàn)電阻點焊鉗的國有化。
意義：1將我們大學(xué)所學(xué)的知識做一個很好的融合與應(yīng)用
2掌握Solidworks三維軟件的使用
3提高我們對工藝工裝設(shè)計流程熟識和通用夾具的設(shè)計能力
4 實現(xiàn)電阻點焊鉗的國有化
4、 電阻點焊鉗，電阻點焊的基本認識，應(yīng)用范圍及特點
電阻點焊鉗的基本認識
如上圖，是XM型電阻點焊鉗的總裝圖片。本次設(shè)計主要是針對M型電阻點焊鉗的靜臂進行三維建模并進行工藝工裝優(yōu)化。下圖為XM型電阻點焊鉗靜臂的零件圖形。
電阻點焊的基本認識：
定義：焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊方法。
利用點焊機進行交叉鋼筋的焊接，可成型為鋼筋網(wǎng)片或骨架，以代替人工綁扎。同人工綁扎相比較，電焊具有功效高、節(jié)約勞動力、成品整體性好、節(jié)約材料、降低成本等特點。
點焊采用的點焊機有單點點焊機（主要用于焊接較粗鋼筋），多點點焊機（主要用于焊接鋼筋網(wǎng)片）和懸掛式點焊機（能任意移動、可焊接各種幾何形狀的大型鋼筋網(wǎng)片和鋼筋骨架）。
電阻點焊主要工作參數(shù)有變壓器級數(shù)、焊接通電時間、電流強度、電極壓力等。焊接時應(yīng)根據(jù)鋼筋級別、直徑及焊機性能等具體情況合理選擇工作參數(shù)。
點焊接頭的質(zhì)量檢查包括外觀檢查和強度檢驗兩部分內(nèi)容。取樣時，外觀檢查應(yīng)按同一類型制品分批抽查，一般制品每批抽查5%；梁柱、桁架等重要制品每批抽查10%，且均不能少于3件。要求焊點處金屬熔化均勻；壓入深度符合規(guī)定；焊點無脫落、漏焊、裂紋、多孔性缺陷及明顯的燒傷現(xiàn)象；制品尺寸，網(wǎng)格間距偏差應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)定。偏差應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)定。強度檢驗時，從每批成品中切取。熱軋鋼筋焊點應(yīng)作抗剪試驗；冷拔低碳鋼絲焊點處作抗剪試驗外，還應(yīng)對較小鋼絲作拉力試驗。強度指標應(yīng)符合《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》的規(guī)定。試驗結(jié)果，如有一個試件達不到上述要求，則應(yīng)取雙倍數(shù)量的試件進行復(fù)檢。復(fù)檢結(jié)果，如仍有一個試件不能達到上述要求，則該批制品即為不合格。采用加固處理后，可進行二次驗收。
電阻點焊的特點
1、焊件間依靠尺寸不大的熔核進行連接，熔核應(yīng)均勻，對稱的分布在兩焊件的貼合面上。
2、點焊是熱——機械（力）聯(lián)合作用的焊接過程。
3、點焊接頭質(zhì)量主要取決于熔核尺寸（直徑和焊透率）、熔核本身及其周圍熱影響區(qū)的金屬顯微組織及缺陷情況。同時若有壓紋過深，表面裂紋，貼損等表面缺陷，也會使表面疲勞強度降低。
點焊的工作原理
點焊工作原理見圖。將鋼筋的交叉部分置于點焊機的兩個電極間，然后通電，鋼筋溫升至一定高度后熔化，再加壓使交叉處鋼筋焊接在一起，焊點的壓入深度應(yīng)符合下列要求：熱軋鋼筋點焊時，壓入深度為較小鋼筋直徑的30%~45%；冷拔低碳鋼絲點焊時，壓入深度為較小鋼絲直徑的30%~35%。
點焊機的焊接回路主要是由電阻焊變壓器次級線圈，次級硬，軟件接件，電極臂（導(dǎo)電軸，軸瓦），電極握桿，電極（電極平板）等組成。
電阻點焊實際中的應(yīng)用和發(fā)展前景：
在汽車工業(yè)的應(yīng)用
電阻焊作為一種高效、廉價且機械化和 自動化程度較高的連接技術(shù) ，在汽車工業(yè)中得到 了廣泛的應(yīng)用 。無論是在汽車車身組裝中，還是汽車零部件的生產(chǎn)中，電阻焊工藝都占了 相當(dāng)重要且相當(dāng)數(shù)量比例的地位 。
電阻焊在汽車零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用：
1 轎車橫梁裝配焊接
2 液力變矩器平衡塊焊接
3 傳動軸平衡塊凸焊
4 汽車制動蹄焊接
汽車車身焊裝線上的電阻焊設(shè)備主要有 3 類:
a. 懸掛式點焊機 它是目前車身焊裝生產(chǎn)線上的主要設(shè)備，用于車身的各個部位的裝配點焊，特別用于點焊焊接位置復(fù)雜多變的部件。
b. 點焊機器人 為了提高車身焊裝線的自動化程度 ，減輕操作者的勞動強度，提高工作效率，保證焊接質(zhì)量，在現(xiàn)代化的車身焊接生產(chǎn)線上，采用點焊機器人代替笨重的懸掛式點焊機，以代替人的單主要從事壓力焊工藝及設(shè)備 、焊接自動控制等方調(diào)、重復(fù)、長時間的強體力勞動 。同時，還適應(yīng)產(chǎn)品的多樣化生產(chǎn)。
c. 多點焊機 采用多點焊工藝的目的是為了提高生產(chǎn)效率，減小焊接變形，在車身焊裝生產(chǎn)線上，車身底板的點焊裝配經(jīng)常采用多點焊機。
電阻點焊的發(fā)展及現(xiàn)狀
電阻點焊技術(shù)的技術(shù)研究中，研究的熱點和重點是點焊電源，電阻點焊電源提供電阻焊的電阻加熱能量，它的發(fā)展經(jīng)歷了單相工頻交流點焊機、直流脈沖點焊機、三相低頻點焊機、次級整流式及電容儲能式點焊機的過程，80年代中期又出現(xiàn)了逆變式點焊機。日本、美國等國家先后推出逆變式電阻焊機產(chǎn)品，并應(yīng)用于汽車、家電、電子行業(yè)，建立起以逆變點焊機器人為主的汽車車身焊裝線，使逆變式電阻點焊機進入實際應(yīng)用階段。目前，逆變電阻焊機主要用于中小功率焊機及集成點焊鉗上。
目前，對于逆變電源的控制，有采用集成移相控制芯片與微型計算機相結(jié)合的方式，實現(xiàn)對電源能量的恒流控制；也有使用了數(shù)字信號處理器(DSP)作為主控芯片，通過軟件來實現(xiàn)控制方式，這些控制方式主要有傳統(tǒng)移相控制、雙極性控制和有限雙極性控制三種方式，也有通過在雙極性控制和有限雙極性控制兩種控制方式基礎(chǔ)上增加移相控制，形成移相雙極性控制方式和移相有限雙極性控制方式。通過對各種控制方式下的檢測分析，傳統(tǒng)移相控制方式實現(xiàn)了開關(guān)管的零電壓開通，其開關(guān)管的開通功率損失小，更適合精密逆變點焊電源。
電阻點焊電源技術(shù)快速發(fā)展，但其加壓技術(shù)卻還沒有得到相應(yīng)的發(fā)展，這將影響著電阻點焊技術(shù)的進一步發(fā)展。
國外電阻焊技術(shù)的最新發(fā)展
1計算機模擬的工業(yè)應(yīng)用
計算機數(shù)值模擬有其成本低，參數(shù)改變靈活、方便等優(yōu)點，但目前大部分都用于離線計算和模擬，如何將這種方法有效地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中對焊接質(zhì)量進行在線評估和控制，這個問題也成為近年來焊接學(xué)家們研究的一個重點。丹麥學(xué)者Zhang,Wenqi基于長期的工程研究和工業(yè)合作，開發(fā)了一個新的基于有限元方法的焊接軟件:SORPAS,用于模擬電阻凸焊和點焊過程。為了使該軟件能被工廠中的工程師和技術(shù)員直接應(yīng)用，電阻焊中的所有參數(shù)被考慮并自動地在軟件中實現(xiàn)。該軟件支持Windows友好界面，操作靈活，對工件及電極可靈活地進行幾何形狀設(shè)計，參數(shù)設(shè)置猶如正式焊機，它可用于工業(yè)中支持產(chǎn)品開發(fā)和工藝優(yōu)化?，F(xiàn)在Volkswangen, Volvo, Siemens和ABB等公司都開始采用此軟件。美國華盛頓大學(xué)的Li,Wei提出了一個基于接觸區(qū)域的點焊質(zhì)量評估模型，它是用一個有限元分析模型來表示接觸區(qū)域變化，根據(jù)模擬結(jié)果進行在線應(yīng)用，經(jīng)試驗：在不同的電極尺寸、電極力、焊接時間和電流下這種方法是成功的，它將為電阻焊監(jiān)測和控制提供重要的信息。
2新型材料的可焊性研究
隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，對工業(yè)產(chǎn)品(特別是汽車)外殼用材的性能提出了更高的要求，并促進了產(chǎn)品用材的更新?lián)Q代。例如，為了改善汽車外殼的抗腐蝕性能，提高汽車的使用壽命，在汽車車身制造中大量采用鍍鋅鋼板代替普通冷軋鋼板；為了減輕車身總體重量，節(jié)省能源消耗，世界各大汽車公司正在開發(fā)鋁合金或高強鋼車身的汽車。由于在汽車車身等薄板結(jié)構(gòu)的裝配制造中，大量采用電阻點焊方法，為保證焊接質(zhì)量，研究鋁合金、鍍鋅鋼板高強鋼等新材料的電阻點焊性能已成了非常迫切的任務(wù)。近年來，各國焊接工作者就此方面做了大量的理論及實際研究工作，并取得了一定的成績。
5、 選用Solidworks三維設(shè)計軟件的優(yōu)勢
1、 Solidworks菜單少，使用直觀、簡單，界面友好。
2、 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口豐富，轉(zhuǎn)換成功率高。
3、 Solidworks與I-DEAS、ANSYS、Pro-e、AutoCAD等之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換均非常成功、流暢。
4、Solidworks具有很好的設(shè)計柔性，使設(shè)計過程靈活、方便修改。
6、 工作的進度安排及最終完成時間
1 設(shè)計準備工作及開題報告
①查閱有關(guān)文獻資料，了解電阻點焊鉗在汽車工業(yè)上的用途，熟悉電阻點焊鉗的工作原理，組成結(jié)構(gòu)及設(shè)計特點；分子主要零部件的靜臂的材料特性和結(jié)構(gòu)特性，了解工藝工裝的有關(guān)內(nèi)容（1周）
②學(xué)習(xí)掌握Solidworks設(shè)計方法及實際應(yīng)用
③構(gòu)思設(shè)計流程框架，撰寫開題報告（設(shè)計思路。計劃進程等，3000字），撰寫文獻綜述（3000字）。（1周）
2 主要零件工藝工裝設(shè)計與優(yōu)化（總7周）
①零件圖的二維繪制，三維建模，二維工程圖輸出（1周）
②毛坯圖三維建模，二維工程圖輸出（1周）
③制定出零件的加工工藝路線，重點工序的工時定額，鞋靴用量計算，填寫加工工藝和工序卡（1周）
④夾具實體建模運動仿真與優(yōu)化設(shè)計（3周）
⑤夾具而為裝配圖，專用零件圖繪制（1周）
3 外文翻譯（1周）
4 編寫設(shè)計說明書（1周）
5 修改打印，輸出圖紙，流程圖及設(shè)計說明書（1周）
6 最終完成時間：2013年5月
7、 主要內(nèi)容及應(yīng)完成的工作
1 了解汽車工業(yè)中廣泛使用的電阻點焊鉗的功能和結(jié)構(gòu)特點
2 分析其中的組要組成零件的材料和結(jié)構(gòu)特性，制定其加工工藝規(guī)程，生成有關(guān)的工藝文件
3 利用Solidworks進行有關(guān)工序工裝的實體建模運動仿真與優(yōu)化設(shè)計，并輸出二維工程圖。
8、 現(xiàn)有條件及必須采取的措施
應(yīng)收集的資料及主要參考文獻：
1、 電阻點焊鉗在汽車工業(yè)上的應(yīng)用方面有關(guān)文獻資料
2、 焊接設(shè)備與方法有關(guān)的教材與手冊資料
3、 機械加工工藝手冊與資料
4、 夾具設(shè)計教材與圖冊
5、 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程（鄒青主編）
6、 機械加工工藝手冊，第二版，王先逵主編
7、 機械加工工藝裝備設(shè)計手冊，機械工業(yè)出版社，1998
8、 機床夾具設(shè)計手冊，楊黎明，國防工業(yè)出版社
9、 Solidworks三維設(shè)計教材及有關(guān)參考書
6
汽車車身用鋁合金與鋼材料電阻點焊技術(shù)研究
摘要：綜述了鋁合金與鋼的電阻點焊技術(shù)的研究現(xiàn)狀。介紹了工藝墊片法和過渡層法兩類工藝方法，分析了其各自特點。利用工藝墊片法能夠以較低的焊接電流獲得具有很高抗剪強度的接頭；采用過渡層法能獲得具有較高抗拉強度的接頭，但焊接時需要較高的焊接電流。并就此指出了今后鋁鋼的電阻點焊的研究方向。
1、 緒論
隨著整個汽車工業(yè)的發(fā)展，節(jié)約資源、減少環(huán)境污染成為整個汽車工業(yè)亟待解決的兩大問題。材料輕量化成為汽車制造業(yè)的發(fā)展趨勢，作為汽車輕量化材料中最主要的兩類材料，由高強度鋼板和鋁合金鋼組成的鋼-鋁一體化車身結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)車身框架結(jié)構(gòu)輕量化和高強度的重要途徑。在汽車工業(yè)中，由于鋼和鋁之間的導(dǎo)電、導(dǎo)熱等物理性能存在著較大的差異以及它們之間易形成極脆金屬間化合物，使得難以形成質(zhì)優(yōu)、穩(wěn)定的點焊接頭。因此，開展高強度鋼板與鋁合金異種材料點焊工藝機理研究，具有重大的工程應(yīng)用價值。
為了既能實現(xiàn)車身輕量化又能保證其安全性系數(shù)，多元材料結(jié)構(gòu)型車身越來越受到汽車工業(yè)的青睞。在這種車身結(jié)構(gòu)里，承重部位和加強零件使用傳統(tǒng)的鋼材或超高強度鋼以確保安全性，其余部位則采用鋁合金、鎂合金等輕材料以實現(xiàn)車身整體輕量化[1]。因此，在焊裝這種車身結(jié)構(gòu)時，將必然涉及到鋁合金和鋼之間的異種材料連接。而電阻點焊因具有生產(chǎn)效率高、操作簡便、不需填充材料、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，迄今仍是汽車車身生產(chǎn)的主要焊接方法[2－3]。
由于鋁合金和鋼的電阻率、熱導(dǎo)率、熔點等熱物理性能差異很大，且兩者之間的的固溶度較低，容易在界面生成脆性的反應(yīng)層[4－6]，這兩種材料之間的連接還存在一些問題。為此，許多學(xué)者對鋁鋼之間的連接進行了詳細的研究。在此綜述鋁合金與鋼之間的電阻點焊技術(shù)研究現(xiàn)狀，分析了各方法的特點，探討了界面反應(yīng)層對接頭性能的影響，并展望了今后鋁鋼的電阻點焊的研究方向。
2、 主體
1 現(xiàn)代汽車車身金屬用材
目前，汽車用材的研發(fā)動向主要有兩點：1)車身材料的混合設(shè)計，即根據(jù)對車輛性能的不同要求采用復(fù)合材料車身概念，如增加低密度的鋁合金、鎂合金、塑料和復(fù)合材料等的使用量。2)使用高強度材料降低鋼板厚度規(guī)格，這主要表現(xiàn)在高強鋼或超高強鋼的使用，車用鋼板在較長時間內(nèi)仍為車身的主要用材。由高強度鋼板和鋁合金鋼組成的鋼-鋁一體化車身結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)的鋼車身基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化設(shè)計，以高強鋼減少車身鋼板的質(zhì)量，以鋁合金材料替代某些構(gòu)件或組件，由多種材質(zhì)的薄壁梁結(jié)構(gòu)經(jīng)可靠連接，實現(xiàn)車身框架結(jié)構(gòu)的輕量化和高強度，鋼-鋁一體化車身結(jié)構(gòu)已成為今后車身輕量化的發(fā)展技術(shù)路線[8，9]。
1.1 鋁合金
在輕質(zhì)材料中，由于聚合物類的塑料制品在回收環(huán)節(jié)存在環(huán)境污染問題，鎂合金材料的價格和安全性也限制了它的廣泛應(yīng)用，而鋁合金材料由于資源豐富，并隨著電力工業(yè)的發(fā)展和鋁冶煉工藝的改進，使鋁的產(chǎn)量迅速增加，成本相應(yīng)下降。此外，鋁合金具有一系列優(yōu)良特性，如密度小、比強度和比剛度高、彈性好、抗沖擊性能良好、高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電、耐磨、耐腐蝕、表面易著色、良好的加工成型性以及高的回收再生性等，使得鋁合金在汽車工業(yè)中逐漸廣泛應(yīng)用成了不可阻擋的趨勢。
鋁合金在汽車工業(yè)中呈現(xiàn)出快速增長的勢頭。所用的鋁合金基本上屬于兩大類，即鑄造鋁合金和變形鋁合金，前者主要生產(chǎn)各種鑄件如發(fā)動機上的部分零部件（活塞、缸蓋等）以及變速箱、制動器、轉(zhuǎn)向器等部件上的部分鋁合金鑄件；后者主要用于生產(chǎn)各種加工材（如板、帶、型、棒、線）及鍛件，各類加工材一般要經(jīng)過進一步加工才能成為汽車零部件如汽車水箱、車用空調(diào)的蒸發(fā)器和冷凝器以及車身各部分等。其品種構(gòu)成是鑄件占 80%左右，鍛件只占 1%～3%，其余是加工材[10]。
1.2 現(xiàn)代車用鋼板
鋼材是汽車制造的主要原料，據(jù)粗略統(tǒng)計，生產(chǎn)一輛汽車的原材料中，鋼材所占的比例約為 72%～88%。用于汽車制造的鋼材品種主要有型鋼、中板、薄板、鋼帶、優(yōu)質(zhì)鋼材、鋼管等，其中以薄板和優(yōu)質(zhì)鋼材為主，薄板主要用于車身，要求鋼板成型性能良好、表面質(zhì)量好、厚度公差小。按鋼板特點分，車身用鋼板可分為特殊鋼板和普通低碳鋼板。其中特殊鋼板又可分為高強度鋼板、涂層鋼板、拼焊鋼板等；普通低碳鋼板多用于中低檔汽車車身和結(jié)構(gòu)零件(如前后縱梁、轉(zhuǎn)向器橫梁、車身 B 立柱及各零件加強板等)。隨著對車身輕量化、高剛度等要求的進一步提高，高強度鋼板、涂層鋼板在車身的使用比率逐年提高。在汽車用高強度鋼板中，雙相鋼(DP)、復(fù)相鋼(CP)、相變誘發(fā)塑性鋼(TRIP)和馬氏體鋼(MART)等的強度范圍為 500～1600MPa，均具有高的減重潛力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向異性等優(yōu)點，在汽車上得到了廣泛應(yīng)用[11]。
目前在車身材料中還大量應(yīng)用著涂層鋼板，主要有鍍鋅鋼板、鍍鋁鋼板、鍍銅鋼板、鍍鉛錫鋼板、鍍鉻鋼板及涂覆塑料或?qū)訝顝?fù)合板，其中以鍍鋅鋼板的應(yīng)用最廣，轎車用涂鍍鋼板占其鋼板總量的比例已超過 50%。隨著汽車輕量化發(fā)展，高強度鍍鋅鋼板的使用越來越廣泛，特別是中高檔轎車車身幾乎完全使用鍍鋅板，鍍鋅鋼板厚度從 0.5～3.0mm，其中車身覆蓋件多用 0.6～0.8mm 的鍍鋅鋼板。鍍鋅鋼板一般以 DP 鋼、TRIP 鋼、CP 鋼等高強度鋼板為基板。高強度鍍鋅鋼板在成型性能、烘烤硬化性、以及焊接性能等方面也有其獨特的優(yōu)越性能，在汽車工業(yè)中取代普通的冷軋鋼板已經(jīng)成為必然的趨勢。
2 鋁鋼電阻點焊工藝方法
目前，關(guān)于鋁合金與鋼的異種材料電阻點焊的研究主要有如下兩類工藝方法。
2.1采用工藝墊片法
由于鋁合金和鋼的電阻率、熱導(dǎo)率差異很大，致使焊接過程中析熱不平衡以及熔核(Nugget)偏析現(xiàn)象。為此，采用工藝墊片法對鋁鋼異種材料材進行電阻點焊[4，7]。即在點焊時，在鋁合金板與電極之間夾一材質(zhì)為鋼的工藝墊片(Cover Plate)用來改善鋁側(cè)的析熱。強度試驗結(jié)果顯示，采用工藝墊片法焊接鋁鋼異種材料可在較低焊接電流條件下獲得具有較高抗剪強度的接頭。與鋁合金同種材料接頭相比，用這種方法焊接的鋁鋼接頭具有同等程度的抗剪強度和較低的抗拉強度，表明界面反應(yīng)層將使接頭抗拉強度降低而對接頭的抗剪強度沒有影響[7]。所以，在實際應(yīng)用中，應(yīng)盡量避免焊接界面與受力方向垂直的接頭結(jié)構(gòu)，而選擇界面平行于受力方向的工藝設(shè)計。
2.2采用中間過渡層法
如上所述，鋁鋼直接接觸焊接，兩者發(fā)生界面反應(yīng)而影響接頭抗拉強度。因而，中間過渡層法被諸多學(xué)者所采用。即焊接鋁鋼異種材料時，在兩者之間插入第三金屬或合金，使鋁鋼不直接接觸以避免鋁鋼界面反應(yīng)。一般與兩母材有較高固溶度且具有一定強度能滿足接合要求的金屬作為中間過渡層將能很好地改善接頭性能?？墒菍嶋H上很難發(fā)現(xiàn)這樣的中間過渡層金屬。為此，一些其他材料被選為過渡層用來焊接鋁合金與鋼[6,13]。
3 鋁合金及鋼的電阻點焊
3.1鋁合金的電阻點焊
由于鋁合金在其物理性能上的特殊性,使它在電阻點焊可焊性方面與常用冷軋低碳鋼相比有其一定的特點,其中存在的最嚴重的問題是電極的燒損及壽命問題對于一般低碳鋼的點焊,電極壽命可以達到幾千點,而鋁合金的點焊一般僅能達到幾十點[12]。鋁合金電阻點焊技術(shù)還存在著飛濺問題、焊點表面成型質(zhì)量問題及點焊接頭的焊接質(zhì)量不穩(wěn)定等問題,這些問題皆與電極的磨損及其工作壽命存在著密切的關(guān)系。因此,電極磨損及壽命問題是鋁合金電阻點焊技術(shù)的關(guān)鍵問題。
國內(nèi)的天津大學(xué)在鋁合金點焊電極壽命研究方面做了較多的工作[12]:研究了工件表面清理工藝對電極壽命的影響;研究了鋁合金連續(xù)點焊焊點表面質(zhì)量及電極端面狀態(tài)變化情況;研究了點焊過程電極燒損的形式;進行了電刷鍍鉆的電極表面改性及電流波形控制以提高鋁合金點焊電極壽命吳志生等人從電極端而銅鋁合金化的角度進行了研究,認為點焊電極/工件接觸面的銅鋁合金化是鋁合金點焊電極壽命顯著降低的根本原因,并提出了采用深冷處理電極的方法來提高電極壽命。
3.2鍍鋅鋼板的電阻點焊
近年來,為防止銹蝕,國外汽車生產(chǎn)中大量采用鍍鋅板,其結(jié)果是導(dǎo)致可焊性惡化,每輛轎車中大致有3000一4000個點焊焊點,大批量的生產(chǎn)帶來了一系列的問題,因而引起焊接界的廣泛關(guān)注,開始進行比較深入的研究,雖然已取得一些進展,但迄今為止仍沒有得到比較圓滿的解決。
與無鍍層碳鋼板點焊相比,鍍鋅鋼板的點焊主要有兩點不同,一是在通電加熱時,由于鋅的熔點低(約420℃),工件間的鋅層先于鋼板熔化,在壓力的作用下將之排擠出焊接區(qū)域,形成一個鋅的園環(huán),將焊核包在其中,由于鋅環(huán)的分流作用,故需要更大的焊接電流,以及適當(dāng)增大壓力和延長通電時間。二是在通電時熔化的鋅與電極相互作用,在電極表面形成一合金層,同時一些氧化了的鋅也附在電極上,這樣就改變了電極的物理性能和形狀,使得電極迅速“磨損”,壽命大大降低,如一對電極焊無鍍層鋼板時,可焊數(shù)千個焊點,而鍍鋅板則可能只焊20個焊點就需更換或修理。這對于大批量生產(chǎn)的汽車工業(yè)來說是一個非常嚴重的問題,特別是在采用點焊機器人的情況下更是如此。目前對于鍍鋅板點焊的研究主要從三個方面著手一是鍍鋅板的性能對可焊性的影響.如鍍鋅層的厚度、成分、形態(tài)、表面狀態(tài)等;二是對鍍鋅板點焊工藝及設(shè)備的要求;三是對鍍鋅點焊電極材料的研究[16]。
3、 總結(jié)
鋼-鋁一體化車身結(jié)構(gòu)是高性能輕質(zhì)材料的應(yīng)用及發(fā)展方向。目前，鋼-鋁連接機理及技術(shù)的研究仍處于起步階段，尚未形成成熟理論和技術(shù)工藝。現(xiàn)有的低碳鋼-鋁合金點焊連接研究對抑制和控制界面化合物的生成、提高接頭強度等內(nèi)容進行了研究，但在提高電阻點焊效率方面有待進一步完善；在鋼-鋁電阻點焊的界面反應(yīng)機理等方面仍需進一步深入研究。已有的研究內(nèi)容未涉及高強鋼-鋁合金點焊條件下焊接熱循環(huán)以及焊接接頭熔核形成機理。因此，進行鋼-鋁一體化車身結(jié)構(gòu)的電阻點焊機理的基礎(chǔ)理論研究，為解決鋼-鋁一體化車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)高效連接技術(shù)的瓶頸,擴大鋁-鋼異種金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)在工程中應(yīng)用提供新的研究方向，對提升自主創(chuàng)新技術(shù)能力、提高新型節(jié)能汽車的自主研發(fā)水平有著重要意義。
由于鋁合金與鋼的物理、冶金性能差異較大，致使它們之間的焊接難度較大?，F(xiàn)在，多種的焊接工藝方法已被嘗試，雖然較大地提高了接頭性能，但尚未達到實用化層面。所以，為推動汽車輕量化的進展，今后在對鋁鋼界面反應(yīng)動力學(xué)、合金元素對界面反應(yīng)的影響、界面反應(yīng)生成物類型、形貌和厚度對接頭性能的影響等現(xiàn)象解明的同時，研究開發(fā)一些新工藝、新技術(shù)也是非常重要的。
4、 參考文獻
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