集電體點焊組裝機的開發和設計

魏興洋

（南孚電池有限公司機械工程部，福建南平353000）

集電體點焊組裝機的開發和設計

魏興洋

（南孚電池有限公司機械工程部，福建南平353000）

介紹了集電體點焊組裝機的設計原理及結構。由于生產的堿錳電池采用了新的工藝，并開發了新型的尼龍密封圈取代原PP密封圈，因而設計了一種新型點焊組裝機來組裝尼龍密封圈集電體。該組裝機的開發，滿足了生產需求，提高了生產質量，提升了生產效率，降低了勞動強度。

堿錳電池；集電體；尼龍密封圈；點焊；組裝

0 引言

隨著堿錳電池技術在國內的發展，堿錳電池生產廠家間的競爭越來越激烈，為了進一步提升堿錳電池的容量和安全性能，公司開發了新型尼龍密封圈取代原有的PP密封圈。集電體采用密封圈和集電子組裝而成，集電子由銅針和底蓋焊接而成。集電體是堿錳電池的重要配件，在生產過程中，質量必須得到嚴格保證。密封圈是堿錳電池密封性能和安全性能的重要保證，生產過程中密封圈不允許碰傷、擠壓變形、污染，密封圈防爆溝不允許破壞；銅針插入電池內部，銅針的表面電鍍層不允許遭到破壞。鑒于集電體的重要性，為保證質量，需要開發自動化程度高、可靠性高的集電體組裝機。

1 設備的開發和設計

1.1 設計概念

點焊組裝機主要的材料配件有底蓋、銅針和密封圈，主要工序有點焊、涂膠和組裝。點焊組裝的工序如圖1所示。

圖1 工序圖

根據設備的工序，設備的執行機構主要分為以下幾個部分：底蓋、銅針和密封圈的自動上料及輸送部分；集電子的輸送部分；底蓋、銅針、密封圈和集電子的定位部分；點焊部分；組裝部分；涂膠部分。設備的設計概念圖如圖2所示。

1.2 上料和輸送設計

圖2 設計概念圖

底蓋、銅針的密封圈均采用振動料倉和振動盤自動上料。各種材料在振動盤中完成定向，自動送往輸送跑道。材料的輸送跑道設計是本設備的設計關鍵點之一。根據材料的材質和形狀，輸送跑道的設計分成兩種類型，底蓋和密封圈的輸送跑道采用氣浮跑道，銅針和集電子的輸送跑道采用線性振動跑道。

氣浮跑道是一種利用壓縮空氣，以一定的角度從工件底部施加壓力，推動工件朝壓縮空氣吹向運動的輸送方式，適用于輸送扁平狀、質量輕的工件。利用過濾后的壓縮空氣來輸送工件，能有效避免工件在輸送過程受到污染，這對密封圈的輸送尤為重要，避免雜質由密封圈帶入電池內部。本設備底蓋和密封圈采用相同的氣浮跑道方式輸送。密封圈的輸送跑道如圖3所示。

圖3 密封圈氣浮跑道

在輸送過程中，必須避免銅針表面電鍍層遭到破壞，避免銅針變形、損傷。由于銅針的結構細長，在輸送過程中，不易保持狀態穩定。為了穩定、快速地輸送銅針，采用了線性振動器來輸送銅針。銅針線性振動跑道如圖4所示。

圖4 線性振動跑道

1.3 定位設計

經過跑道輸送的各種材料，處于緊密排列狀態，因此需要各種材料間隔開來，進行精確地定位。本設備采用轉盤和護板來進行定位。在轉盤上加工出嚴格等分的工位槽，當轉盤回轉時，材料被跑道的推力逐個推入，材料在轉盤和護板之間完成定位。由于銅針從跑道進入銅針轉盤時，狀態不穩定，因此單獨增加了真空發生裝置，利用壓力差，將銅針吸附在銅針轉盤上。以上所述的定位只是各種材料的單獨定位，更重要的是材料間的相互定位。本設備的功能是：將底蓋和銅針點焊在一起形成集電子，然后將集電子插入密封圈，組裝成集電體，因此底蓋和銅針需要定位在同一縱向中心上，集電子和密封圈也需要定位在同一縱向中心。底蓋和銅針之間的同心度需要保證在工藝要求的范圍內，焊接成的集電子，如果底蓋和銅針之間的同心度超過工藝標準，不允許進入下道工序。集電子和密封圈之間定位不準確，將導致集電體銅針無法插入密封圈中心孔，或者插入后銅針彎曲。

底蓋或密封圈定位在轉盤工位槽，通過調整V型定位塊和護板來調整銅針或集電子的位置，從而保證底蓋和銅針、集電子和密封圈的相互位置。V型定位塊見圖5，通過調整偏心銷來調整定位塊位置，定位塊太緊，會導致組裝的時候銅針表面被破壞；定位太松，容易導致銅針無法插入密封圈。

圖5 V型定位塊

1.4 點焊

圖6 焊接示意圖

銅針與底蓋之間完成定位后，進行點焊工序，見圖6。焊接下桿頂起，銅針插入接觸頭，接觸頭經過絕緣導向套，將銅針頭部頂住底蓋，同時上桿下壓，上桿和上桿頭之間是絕緣的，當上桿頭將底蓋壓在定位圈時，電流通路形成，焊機開始進行焊接；焊接完成后，上桿和下桿都上升，使底蓋不與定位圈接觸，從而斷開電流通路。上桿和下桿都裝有彈簧來進行緩沖，彈簧的選擇直接影響了焊接質量。當銅針與底蓋之間壓緊力太小，容易發生焊接不牢；當壓緊力太大，容易發生“焊炸”現象，并且產生更多的焊渣。焊接后，底蓋和銅針就焊接成了集電子，經集電子輸送跑道送往下道工序。

1.5 組裝和涂膠

密封圈和集電子完成定位后，進行組裝工序。密封圈防爆溝不允許破壞，組裝時密封圈受力處為密封圈中心柱。由于組裝工序需要在銅針靠近底蓋的一端涂布密封膠，依次把組裝工序分成了第一次組裝和第二次組裝。第一次組裝時，組裝下桿頂起，集電子脫離支撐板，V型定位塊和護板仍然保持集電子定位，組裝上桿下壓，將銅針部分插入密封圈中心孔。完成第一次組裝后，密封圈和集電子脫離護板，V型定位塊也將逐步復位，組裝上桿保持不動，組裝下桿繼續上升，將集電子保持壓緊在上桿端面。

接著進行涂膠和第二次組裝。密封膠經同步帶持續從膠缸中帶出，密封膠附在同步帶上，而集電子銅針從同步帶膠面刮過，使密封膠附至銅針上，然后組裝上桿下壓，組裝下桿上升，進行第二次組裝，直到組裝工藝尺寸，集電子和密封圈組裝成集電體。密封膠的涂布量需要嚴格控制，膠太多不僅浪費，而且還可能溢出，造成污染；膠太少，將無法滿足密封工藝要求，影響電池密封性能。因此，不僅要控制皮帶上的密封膠量，還要控制銅針和涂布皮帶間的距離。組裝和涂膠示意圖如圖7所示。

圖7 組裝示意圖

1.6 卸料

完成組裝后，上下桿復位，集電子和密封圈已經組裝成集電體。經傳感器檢查后，集電體自動進入下料槽，實現自動卸料。

2 結語

本集電體組裝機自動化程度高，安全可靠，維護方便，生產效率高，勞動強度低，提高了產品質量，已批量投入生產，在實際生產中，生產能力達到400只/min，所生產的集電體完全滿足公司產品工藝要求。

［1］ 成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2002.

［2］ 羅守信.機械工程手冊［M］.北京：機械工業出版社，1997.

（編輯昊 天）

TM 911.1

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1002－2333（2014）05－0211－02

魏興洋（1977—），男，工程師，主要從事設備設計制造及開發工作。

2014-03-17