現(xiàn)如今，在愈來愈多的工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)用中，激光器已被視作一種用以立即將塑料/ 高分子材料與金屬材料開展焊接的取代解決方法，這類非接觸式的生產(chǎn)加工方式出示了最大的加工工藝協(xié)調(diào)能力。

當(dāng)今，汽車制造業(yè)的驅(qū)動(dòng)器要素之一是怎樣在不提升成本費(fèi)或?qū)μ匦浴⑵焚|(zhì)和安全系數(shù)等導(dǎo)致危害或危害的狀況下生產(chǎn)制造出更輕量的轎車。針對(duì)坐椅結(jié)構(gòu)而言，這關(guān)鍵包含應(yīng)用更薄，抗壓強(qiáng)度高些的不銹鋼板材，近些年復(fù)合型原材料結(jié)構(gòu)也獲得了普遍的科學(xué)研究。這一點(diǎn)一樣適用僅金屬材料類的混和結(jié)構(gòu)及其金屬材料/ 塑料高分子材料所打造出的構(gòu)件結(jié)構(gòu)。

這種熱塑性樹脂結(jié)構(gòu)的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生很多不一樣的挑戰(zhàn)，最顯著的是如何把具備不一樣有機(jī)化學(xué)、機(jī)械設(shè)備和熱特性的組成原材料焊接在一起。現(xiàn)階段用以焊接塑料和金屬材料的最傳統(tǒng)式的技術(shù)性是黏合劑黏合、機(jī)械設(shè)備焊接、包復(fù)成形或這種加工工藝的組成，該類方式都涉及到很多的拼裝實(shí)際操作，及其會(huì)造成設(shè)計(jì)方案上的限定。

現(xiàn)如今，在愈來愈多的工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)用中，激光器早已被視做為一種用以立即將塑料/ 高分子材料與金屬材料開展焊接的取代型解決方法。該方式不用附加的液體/固態(tài)黏合劑或拼裝元器件，而且與機(jī)械設(shè)備連接頭和繁雜且昂貴的模具對(duì)比，激光器出示了很高的加工工藝協(xié)調(diào)能力。為了更好地評(píng)定這類新式激光設(shè)備的概率，法國(guó)Faurecia Automotive Seating企業(yè)與歐盟相互支助了一個(gè)名叫PMjoin 的新項(xiàng)目。

激光器加工工藝流程

這類立即、非接觸式的激光器加工工藝方式包含2個(gè)流程。 最先，根據(jù)在該地區(qū)掃描儀激光器并部分燒損原材料，在金屬材料表面上產(chǎn)生帶槽的外部經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。 凹槽能夠 小到1微米寬，而根據(jù)在同一地區(qū)上數(shù)次掃描儀激光器能夠 更改深層。 圖1 示出了二種不一樣的凹槽幾何圖形樣子：頂端是應(yīng)用持續(xù)波(CW)單模光纖激光器打造出的款式，其特點(diǎn)是頂端含有小的重?zé)捊Y(jié)構(gòu)的不規(guī)律截面凹槽，而底端是選用一款納秒單脈沖激光器打造出的款式，特點(diǎn)是在頂端具備大的重?zé)捊Y(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)凹槽樣子。

圖1：用持續(xù)波激光器(總排名部位)和納秒單脈沖激光器(底排)打造出的結(jié)構(gòu)化表面(頂端)的關(guān)鍵點(diǎn)。

在該方式的第二個(gè)流程中，將塑料與結(jié)構(gòu)化金屬材料重合配備并加溫至熔化溫度。對(duì)于對(duì)光的波長(zhǎng)全透明的塑料，激光能夠 從塑料側(cè)端釋放―激光器動(dòng)能根據(jù)塑料被傳送到緊密連接頁面上，在該頁面處的動(dòng)能被金屬材料消化吸收。金屬材料慢慢提溫，且塑料的低傳熱性保證了部分網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)，使塑料熔融。

針對(duì)對(duì)光的波長(zhǎng)不全透明的塑料而言(包含大部分轎車結(jié)構(gòu)塑料/ 高分子材料)，務(wù)必根據(jù)導(dǎo)電性加溫金屬材料的方法從金屬材料側(cè)端開展加溫。當(dāng)在頁面處部分造成充足的發(fā)熱量時(shí)，塑料便會(huì)熔融。在這里二種狀況下，優(yōu)良的溫控針對(duì)防止塑料超溫(造成出現(xiàn)皮膚毛孔)或點(diǎn)燃全是尤為重要的。

盡管導(dǎo)電性加溫解決方法沒法充分發(fā)揮環(huán)保節(jié)能效應(yīng)，但它與建立出平穩(wěn)連接頭的散射加溫解決方法一樣合理。在此項(xiàng)加工工藝中，應(yīng)用持續(xù)波立即二極管激光器從金屬材料側(cè)端開展導(dǎo)電性加溫。在導(dǎo)電性加溫和散射加溫的加工工藝中，務(wù)必施壓以保證發(fā)熱量合理地傳輸?shù)剿芰现小Ｒ坏┧芰献龅饺刍瘻囟龋闶芰ψ⑷胛⒔Y(jié)構(gòu)中，當(dāng)制冷時(shí)，將其本身固定不動(dòng)在金屬材料結(jié)構(gòu)中，進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)械設(shè)備互鎖。

汽車駕駛座椅設(shè)計(jì)構(gòu)思

做為PMjoin 新項(xiàng)目的一部分，F(xiàn)aurecia 公司設(shè)計(jì)了一種以其通用性的鋼質(zhì)坐椅結(jié)構(gòu)(圖2)為實(shí)體模型的定義坐椅椅背結(jié)構(gòu)，在其中坐椅椅背的2個(gè)高強(qiáng)度鋼板側(cè)梁由PAGF30 高分子材料取代。 椅背的上，下承重梁和斜倚部件，及其坐墊和調(diào)整滑軌結(jié)構(gòu)則維持不會(huì)改變。

在第一部分，最先科學(xué)研究了微結(jié)構(gòu)主要參數(shù)對(duì)連接頭物理性能的危害。因此，布局了一套試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以生產(chǎn)制造出具備各種各樣凹槽圖案設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易試樣，隨后對(duì)樣品進(jìn)行拉申裁切、抗拉力和脫離實(shí)驗(yàn)。科學(xué)研究的主要參數(shù)包含反復(fù)(激光器)運(yùn)作頻次、結(jié)構(gòu)相對(duì)密度(凹槽中間的間隔)、凹槽相對(duì)性于原材料表面的視角、凹槽結(jié)構(gòu)相對(duì)性于荷載方位的定項(xiàng)、激光器種類，及其激光器輸出功率。比如，能夠 應(yīng)用簡(jiǎn)易的凹槽幾何圖形樣子來完成17N/mm2 的剪切強(qiáng)度值，這一剪切強(qiáng)度值是不光滑(噴砂處理)解決的表面所完成的值的2 倍之上，而且是沒經(jīng)解決的金屬材料表面值的4 倍。

如前所述，研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用不一樣(結(jié)構(gòu)化)的激光器能夠 完成不一樣的凹槽幾何圖形樣子。凹槽樣子的不規(guī)律性和突顯原材料表面的重?zé)拰拥囊?guī)格(和樣子)有利于將塑料導(dǎo)向在連接頭中。

在科學(xué)研究的第二步中，小規(guī)模納稅人實(shí)驗(yàn)的結(jié)果被遷移到定義坐椅椅背結(jié)構(gòu)上。每一個(gè)焊接點(diǎn)的機(jī)械設(shè)備負(fù)載，即左右承重梁部件和復(fù)合型側(cè)梁對(duì)接扣件的焊接，及其鋼斜倚部件和復(fù)合型側(cè)梁對(duì)接扣件的焊接是根據(jù)對(duì)一款具備象征性的鋼結(jié)構(gòu)開展有限元分析(FE)剖析后明確的。根據(jù)小規(guī)模納稅人實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，在每一個(gè)接合點(diǎn)明確了經(jīng)FE 測(cè)算的載荷傳送需要的緊密連接總面積。

因?yàn)閼?yīng)用了此前一個(gè)新項(xiàng)目中的復(fù)合型側(cè)梁預(yù)制構(gòu)件，在焊接點(diǎn)處必須稍微再次設(shè)計(jì)方案，以保證選用了新的根據(jù)激光器的技術(shù)性可以得到 充足的焊接總面積。除此之外，還設(shè)計(jì)方案和生產(chǎn)制造了新的鋼支撐架以將目前的斜倚部件與復(fù)合型側(cè)梁預(yù)制構(gòu)件焊接起來。另外，也一并設(shè)計(jì)方案了合適的精準(zhǔn)定位和夾持工裝夾具。

檢測(cè)結(jié)果

應(yīng)用在小規(guī)模納稅人實(shí)驗(yàn)中明確的主要參數(shù)制做了一小部分定義坐椅椅背結(jié)構(gòu)，并開展了準(zhǔn)靜態(tài)數(shù)據(jù)前沖擊性和后沖擊試驗(yàn)，及其動(dòng)態(tài)性前沖擊試驗(yàn)。二種檢測(cè)種類都有利于掌握結(jié)構(gòu)中的無效是怎樣呈現(xiàn)的，動(dòng)態(tài)性沖擊試驗(yàn)顯示信息了日常生活到底發(fā)生什么事。盡管后面一種只得出了一個(gè)達(dá)標(biāo)或不過關(guān)的匯報(bào)，準(zhǔn)靜態(tài)數(shù)據(jù)沖擊試驗(yàn)還回到了一個(gè)定量分析的結(jié)果―換句話說，該結(jié)構(gòu)到底在什么扭距或能量情況下能無效。

雖然做為第一個(gè)檢測(cè)結(jié)果而言還是比較積極主動(dòng)的，但觀查到的失效模式也說明設(shè)計(jì)概念依然過度凝滯。除此之外，將鋼質(zhì)和高分子材料構(gòu)件再次設(shè)計(jì)方案后，以利潤(rùn)最大化其對(duì)座靠背結(jié)構(gòu)特性的效應(yīng)，進(jìn)而完成更優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案的發(fā)展?jié)摿θ陨行杼綄ぁ２还茉鯓樱@類混和結(jié)構(gòu)根據(jù)了動(dòng)態(tài)性沖擊試驗(yàn)。

圖2：一般的汽車駕駛座椅結(jié)構(gòu)。

這一定義科學(xué)研究清晰地顯示信息出應(yīng)用激光器將塑料立即與金屬材料焊接是取代黏合劑黏合、機(jī)械設(shè)備焊接或包復(fù)成形等傳統(tǒng)式方式的理想化解決方法。根據(jù)此結(jié)果，半結(jié)構(gòu)式的混和部件如今便能夠 高效率地運(yùn)用這類激光器焊接技術(shù)性了。

殊不知，在用以結(jié)構(gòu)混和部件的批量生產(chǎn)前，依然也有一段路要走。這最少必須此外一種設(shè)計(jì)方案迭代更新，以最大限度地充分發(fā)揮二種原材料和結(jié)構(gòu)的沖擊韌性加工工藝的發(fā)展?jié)摿Γ捌鋵?duì)環(huán)境濕度和溫度等長(zhǎng)期性自變量對(duì)特性造成的危害開展評(píng)定。除此之外，還能夠考慮到其他用以傳輸加溫的取代型技術(shù)性。

來源于：榮格