基于振动摩擦焊接工艺的汽车塑料件设计及应用

苏晟

（柳州兆丰汽车部件有限公司，广西 柳州545616）

塑料构件的焊接过程需要考虑多种因素，当焊接过程发热量较高，或者未能实现对于热应力的有效处理时，会导致塑料构件出现变形问题，也会让实际的焊接强度大幅度下滑。振动摩擦焊接工艺能够全面防范这些问题，可以在汽车的塑料构件生产过程中发挥有效作用，在具体的工作方案设计中，要根据其作用特点，制定相应的操作流程和工作管理指标。

1 振动摩擦焊接工艺的使用原理

振动摩擦焊接工艺是指在高频的震动情况下，对相关构件进行加压，从而让摩擦面出现一定的热量，让摩擦面的塑料呈现熔融状态，之后则可以在压力的作用下将其拼接[1]。由于汽车塑料构件通常是大尺寸以及结构较为复杂的结构，而这些结构对变形量提出了极高的精度要求，所以在振动摩擦焊接工艺的实践过程中，由于其可以在最小区域内调整塑料的参数，同时也无需使用胶接剂，所以在汽车行业的构件生产和连接工作中，有良好的实施效果。

2 振动摩擦焊接工艺在汽车塑料件焊接中的设计工艺

2.1 焊接接头设计

焊接接头的设计要采用合理方案，焊接头的设计过程要采用合适的结构进行穿插。比如对于某大尺寸构件来说，要对接头区域的打磨角度以及实际制造工艺进行合理的设计，确定将该区域能够有效拼接，在此基础上实施焊接工艺。另外焊接接头的处理过程中，也要确保该区域不含有杂质。要求焊接头的设计过程，需要在分析接头区域尺寸和作用水平的基础之上，实现对于各类参数的有效调整和精确设计，在此基础上才能够让这一构件处于更为优质的焊接工作体系下。

2.2 塑料材料选择

并非所有的汽车零件都适合塑料件，但是可以确定的是，当前更多数量的构件可使用这一材料。基于振动摩擦焊接工艺下的塑料构件设计中，要考虑这类构件的功能和作用区域，才能够让系统的工作水平提高。就实际的作用效果上来看，当前车辆的保险杠、仪表板、车灯等都可以应用高分子塑料材料制造，这类材料大多可采用振动摩擦焊接工艺生产。设计过程首先要确定选用的塑料材料，半结晶树脂如PA、TPO、HDPE 和PP 等，都可以用于保险杠等构件的生产，构件设计中要选用这类材料。其次要分析焊接点和构件尺寸，其中构件尺寸要按照车辆上相关构件装配区域的参数和焊接区域的参数确定，其中焊接区的设计要合理确定焊接线路，比如对于弯角区域，要将这一区域进行角度方面的平缓处理，以防止出现工作问题。

2.3 辅助设计项目

辅助设计项目包括对于被焊接构件的装配装置、固定装置以及热处理装置等，对于固定装置来说，要合理确定需要向相关构件中施加的力，以防止在实际的固定过程中出现塑料结构的变形问题[2]。对于热处理装置来说，通常要能够和振动焊接装置进行连接，尤其是要防止在焊接区域出现过大的热应力，最终导致这一构件出现断裂或者变形问题。

3 振动摩擦焊接工艺下的汽车塑料构件使用方法

构件设计要根据该结构件的功能和作用区域，选用合适的焊接方法，目前的常见焊接接头有如下四种处理模式：

其中第一种是最基本的焊接方法，第二种常用于进气歧管和变速箱的焊接过程，第三种用于电子模块的焊接过程，第四种是三零件焊接模式，常使用于引擎盖下的构件。

3.1 高气密性构件使用

这类构件中最主要的设备是汽车发动机的进气歧管，其在详细的分析和研究过程中，多是采用分片式焊接法提高构件的焊接质量。这一设备在生产中，要对塑料管道进行选择和参数确定，从而让所有的参数能够确保其运行稳定性。就实际的作用效果来看，应用过程首先要研究这一构件的实际加工和具体的加工参数，同时要把原材料固定在焊接设备上，之后对被焊接件进行处理，要在调整焊接设备各项参数稳定和正确的基础上，才可投入后续的焊接过程。其次则要做好对于接头区域的清洁工作。尤其是对于焊接面上由周边环境导致的污染状况，更是需要通过对专业设备的使用和处理方法的了解，让整个系统的运行质量获得最大幅度的提高。最后则是对焊接区域的清洁度保持工作，可派遣专业的工作人员在具体焊接工作之前做好检查工作，只有在清洁度符合焊接要求的情况下，才可操作设备完成焊接工作。

3.2 活动构件使用

在汽车的生产和运行中，一些构件属于可活动构件，其在运行过程中可以让这一系统的运行质量获得提高。这一构件中的最具有指导性的是车辆的手套箱，其在焊接中可以发现，本身结构上含有连接件，而内部的主体部分主要是平面结构，所以使用振动摩擦焊接工艺不但能够提高这一构件的实际强度，也具有加高的焊接便利度，在实际的焊接过程中，要采用优质的焊接工艺完成详细的焊接工作。

对于焊接过程的后个工作项目，要按照焊接设备的实际运行标准和规定，对焊接参数进行综合性的调整，防止在焊接工作中出现压力过高问题，导致装配的构件出现损坏问题。实际的参数设定过程，要求整个工作体系中的从业人员做好对各个参数的记录和审查工作，以此为基础完成后续的焊接任务。

3.3 大型结构件的使用

大型结构件的焊接工作要根据这一构件的用途和实际参数合理设计，其中大型结构件中最常见的是门护板和汽车上的保险杠，详细的使用中要在挂钩构件、转角区域、各类辅助设施都被高强度焊接之后，才可把这一构件装配到车辆的相应位置上。由于这类大型构件对于车辆的运行品质、外观等因素都会造成重大影响，所以要提高对这一构件的焊接质量。焊接质量控制首先要做好对相关构件的预处理工作，预处理过程包括划线、对焊接头的处理以及清洁度保持，所有这些工作项目都要处于统一性的管理体系之内。比如对于划线工作来说，要求做好对从业人员的素质审核工作，只有员工在具有较高的从业经验这一基础上，才可让人员参与设施完善和划线工作过程，并且之后按照已经划定的加工体系对焊接头区域进行处理。其次则要完成对于实际焊接过程中各类参数的合理控制工作，可通过建成三人工作组的工作模式，让两人对整个焊接件进行实际的加工，另一人完成各类数据的记录和实际操作过程的观察工作。最后是焊接之后的处理工作，要求完成专业的质量检测工作，当发现实际焊接水平和设计要求不符，则要找到这一问题的出现原因，并追究相关当事人的责任。

3.4 中小型构件应用

这类构件的整体数量较多，比如仪表盘、仪表板等，使用过程可以通过对卡扣结构的使用，把设计的项目和构件直接固定在相应的构件工作区域上，相较于原有的螺丝固定工艺，其降低了对于各类零件和材料的使用量，并且减轻了车辆的重量，符合当前的车辆生产和设计要求。[3]比如在某塑料构件的定位工作中，通过对该构件重心、几何中心、焊接头的定点区域详细了解，把其装配到固定台上。在所有的工作指标符合规章制度时，才可落实相应的焊接工作。

4 结论

综上所述，振动摩擦焊接工艺的设计过程中，要完成对于塑料构件焊接头的处理、焊接区域的打磨以及被焊接构件的定位，在此基础上才能够让整个系统的运行质量获得大幅度的提高。设计的零件类型包括中小型塑料构件、高气密性构件、大型结构件和可活动结构件等，都建立了一套完善的焊接工艺和焊接方法，焊接质量符合要求时可将其实际应用。