专利名称：三维拉伸件对接连接激光切割与焊接一体化方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于三维拉伸件对接连接的激光切割与焊接一体化的方法。
背景技术：
激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四大发明之一。激光技术已在工农业生产、通信、军事、医疗卫生、能源等许多方面获得了重要应用。激光加工技术经过几十年的发展，已经成为工业生产中的一项常用技术。激光加工作为一种非接触、低噪声、无污染、节省材料的绿色加工技术还具有信息化的特点，便于实现智能控制和加工技术的高度柔性化，是典型的集光、机、电、材料、热物理等诸多学科于一体的先进加工技术。从 20世纪70年代开始，激光切割、焊接技术开始运用于制造领域，随着高功率三维激光切割、 焊接技术的成熟，以其较高的加工速度、较高的柔性、优良的加工质量、特别是运载工具轻量化的必要制造手段，大大提高了激光技术在制造领域的应用，并有逐渐取代传统加工工艺的趋势。通过拉伸模具拉伸得到的拉伸件一般要通过切除多余的飞边才能进行焊接，不管采用什么方法切边，都会有不同程度的回弹变形。此外，采用激光切边过程中产生的热积累也会导致其产生不同程度的热变形，这都会对切割轨迹的位置产生影响，进而影响切割完后拉伸件精度，使得按照数模设计、拉伸、切边得到的上下两部分零件不能精确的对接，从而不能实现良好的对接连接。激光焊接逐渐取代电阻点焊焊装车身，而基于激光焊接的对接连接结构车身应运而生。白车身连接时采用对接接头，除了可以减轻车身重量，外观也更美观。但是，激光束经聚焦后，所得到的光斑直径很小，而对接接头的焊接，要求激光束要精确作用在对接缝隙处，并保证对接缝隙不大于允许值，且光束的运动轨迹有很高的精度要求。这样，采用激光焊接时对接接头处的对接间隙和错边量有很高的要求。一般通过对拉伸件冲压切边、甚至激光切边后都有一定的回弹变形，很难保证两半拉伸件能精确对齐，往往对接间隙和错边量闻。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术三维拉伸件从激光切割到焊接过程存在的各种变形回弹问题，以及激光对接焊接装配时的高精度要求，提供了一种适用于三维拉伸件对接连接的激光切割与焊接一体化方法，实现三维拉伸件的激光切边和对接连接。本发明的技术方案为，一种三维拉伸件对接连接激光切割与焊接一体化方法，将上下对接焊的拉伸件根据焊接的上下位置分为上拉伸件和下拉伸件，并设有用以夹紧上拉伸件的上夹具体和用以夹紧下拉伸件的下夹具体，，该方法包括以下步骤(1)上夹具体和下夹具体分别环抱住上拉伸件和下拉伸件的部分或者全部外表 (2)用冲压凸模分别压紧上拉伸件和下拉伸件，使上拉伸件和下拉伸件分别贴紧上夹具体和下夹具体；(3)上夹具体上安装上夹钳，上夹钳压紧上拉伸件并将上拉伸件与上夹具体紧固， 下夹具体上安装下夹钳，下夹钳压紧下拉伸件并将下拉伸件与下夹具体紧固；(4)用激光切除上拉伸件和下拉伸件的飞边；(5)保持上夹钳和下夹钳加紧，将上拉伸件和下拉伸件连同上夹具体和下夹具体运至焊接工位；(6)将上夹具体翻转至下夹具体顶部，上夹具体和下夹具体装配，完成上拉伸件与下拉伸件对接焊接时高精度装夹；(7)用激光焊接完成了对接装配的上拉伸件与下拉伸件。将上、下拉伸件分别装夹在上、下夹具体上，进行激光切割时，上、下夹具体各自为上、下拉伸件的激光切割夹具，完成切割工序。该装夹方法很好的纠正了拉伸件经过冲压后产生的不同程度的回弹变形而导致的实际拉伸件与数模之间的变形误差。此外，拉伸件在激光切割过程中，该装夹方法实现了均勻夹紧，消除了热积累导致的不同程度的热变形，保证了切割轨迹的位置精度，进而保证切割精度。切割完成后，直接将拉伸件连同上下夹具体运至焊接工作台，通过上夹具体翻转装配完成上下夹具体结合。整个过程中，拉伸件和夹具没有分离，避免了切割后拉伸件的变形及回弹，直接通过夹具的翻转装配，及上下夹具体之间的配合，实现激光切割后的三维拉伸件的对接夹紧，满足焊接拉伸件之间的对接间隙和错边要求，实现高精度三维拉伸件的激光对接焊。由以上可知，本方法实现激光切割后的三维拉伸件的对接夹紧，满足激光焊接时所需的对接间隙和错边要求，实现高精度三维拉伸件的激光对接焊。
图1为激光切边工位，夹具装夹横截面示意图；图2为激光焊接工位，夹具装夹横截面示意图；图3为本方法所用夹具的结构示意图；图4为图3中上夹具体的结构示意图；图5为图3中下夹具体的结构示意图；在图1-5中1_下夹具体；2-夹紧力；3-激光束；4-下拉伸件；5_上拉伸件；6_上夹具体-J-限位柱；11-上型面腔体；12-上固定板；21-下型面腔体；22-下固定板；31-上夹钳；32-下夹钳；41-导柱；42-导套。
具体实施方案一种三维拉伸件对接连接激光切割与焊接一体化方法，将上下对接焊的拉伸件根据焊接的上下位置分为上拉伸件5和下拉伸件4，并设有用以夹紧上拉伸件的上夹具体和用以夹紧下拉伸件的下夹具体，该方法包括以下步骤(1)上夹具体6和下夹具体1分别环抱住上拉伸件5和下拉伸件4的部分或者全部外表面；(2)用冲压凸模分别压紧上拉伸件5和下拉伸件4，使上拉伸件5和下拉伸件4分别贴紧上夹具体6和下夹具体1 ；
(3)上夹具体6上安装上夹钳，上夹钳压紧上拉伸件5并将上拉伸件5与上夹具体 6紧固，下夹具体1上安装下夹钳，下夹钳压紧下拉伸件4并将下拉伸件4与下夹具体1紧固；(4)用激光切除上拉伸件5和下拉伸件4的飞边；(5)保持夹紧力2不松开，将上拉伸件5和下拉伸件4连同上夹具体6和下夹具体 1运至焊接工位；(6)将上夹具体6翻转至下夹具体1顶部，上夹具体6和下夹具体1装配，完成上拉伸件5与下拉伸件4对接焊接时高精度装夹；(7)用激光焊接完成了对接装配的上拉伸件5与下拉伸件4。如图3-图5所示，上夹具体6底部设有环抱住上拉伸件5需焊接部位上部的上型面腔体11，下夹具体1顶部设有环抱住下拉伸件4需焊接部位下部的下型面腔体21，上夹具体6还包括上固定板12，上型面腔体11顶面固定在上固定板12，下夹具体1还包括下固定板22，下型面腔体21底面固定在下固定板22，上夹具体6上安装上夹钳31，上夹钳31底面置于上拉伸件5底部，上夹钳31顶面置于上固定板12底部并通过螺栓与上固定板12紧固；下夹具体1上安装下夹钳32，下夹钳32顶面置于下拉伸件4顶部，下夹钳32底面置于下固定板22顶部并通过螺栓与下固定板22紧固。激光切边如图1截面示意图所示，采用激光3切边时，上夹具体6和下夹具体1各自为上拉伸件5和下拉伸件4的激光3切割夹具，独自完成切割工序，利用该方法，很好的纠正了拉伸件经过冲压后产生的不同程度的回弹变形而导致的实际拉伸件与数模之间的变形误差，此外，上拉伸件5和下拉伸件4在激光3切割过程中，该方法实现了均勻夹紧，消除了热积累导致的不同程度的热变形，保证了切割轨迹的位置精度，进而保证切割精度。切割工位完成后，保持夹紧力2不松开，直接将上拉伸件5和下拉伸件4连同上夹具体6和下夹具体1运至焊接工位，通过上夹具体6翻转、并与下夹具体1装配，装配时，夹具设有控制上夹具体6和下夹具体1水平方向相对位置的导向机构，该导向机构包括导柱41和带导套孔的导套42，导柱41底端安装在导套孔内，导柱41顶端和导套42底端分别对应安装在上固定板12底端和下固定板22顶端，且导柱41与上固定板12为过渡配合，导套42与下固定板22为过渡配合。夹具还设有控制上夹具体6和下夹具体1竖直距离的限位柱7，上固定板12底端和下固定板22顶端的对应位置分别设有柱孔。装配后，完成上夹具体6和下夹具体1结合，如图2所示。上拉伸件5、下拉伸件 4和切割夹具体没有分离，避免了切割后拉伸件的变形及回弹，实现了上拉伸件5与下拉伸件4对接焊接时高精度装夹。最后用激光3焊接完成对接装配的上拉伸件5与下拉伸件4。
权利要求
1. 一种三维拉伸件对接连接激光切割与焊接一体化方法，将上下对接焊的拉伸件根据焊接的上下位置分为上拉伸件和下拉伸件，并设有用以夹紧上拉伸件的上夹具体和用以夹紧下拉伸件的下夹具体，其特征是，该方法包括以下步骤(1)上夹具体和下夹具体分别环抱住上拉伸件和下拉伸件的部分或者全部外表面；(2)用冲压凸模分别压紧上拉伸件和下拉伸件，使上拉伸件和下拉伸件分别贴紧上夹具体和下夹具体；(3)上夹具体上安装上夹钳，上夹钳压紧上拉伸件并将上拉伸件与上夹具体紧固，下夹具体上安装下夹钳，下夹钳压紧下拉伸件并将下拉伸件与下夹具体紧固；(4)用激光切除上拉伸件和下拉伸件的飞边；(5)保持上夹钳和下夹钳加紧，将上拉伸件和下拉伸件连同上夹具体和下夹具体运至焊接工位；(6)将上夹具体翻转至下夹具体顶部，上夹具体和下夹具体装配，完成上拉伸件与下拉伸件对接焊接时高精度装夹；(7)用激光焊接完成了对接装配的上拉伸件与下拉伸件。
全文摘要
本发明公开了一种适用于三维拉伸件对接连接的激光切割与焊接一体化的方法，旨在提供一种适用于三维拉伸件精密对接的方法，通过同一夹具，先激光切割，再激光焊接实现对接连接。激光切割后的三维拉伸件和夹具搬运过程中一直没有分离，避免了切割后工件的变形及回弹，直接通过上下夹具体的翻转装配，及上下夹具体之间的配合，实现激光切割后的三维拉伸件的对接夹紧，满足焊接零部件之间的对接间隙和错边要求的精度要求，实现三维拉伸件的高精度激光对接焊，然后通过整体热处理消除内部应力。
文档编号B23K37/04GK102489878SQ20111037650
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者张屹, 李时春, 蔡兴, 谭力鹏, 钟志华, 陈根余 申请人:湖南大学