多孔焊接件壓裝軸套工藝的研究

陸星春 張慶森

(浙江諾力機械有限公司，浙江 湖州 313100)

工藝裝備的自動化程度直接影響裝配時的勞動強度和工作效率。隨著氣動、液壓技術的發展應用，裝配過程的自動化程度越來越高;高勞動強度，高噪聲污染的作業方式逐漸被淘汰，相應工藝裝備的改進需求越來越迫切。

圓環棒是手動搬運車中連接車架與油泵的動力傳輸紐帶，其裝配精度直接決定整車在工作過程中的空間穩定性，在整車的運動過程中具有承上啟下的作用。

1 圓環棒銅套壓裝現狀

目前，手動搬運車行業內的圓環棒銅套的壓裝尚無專用設備，以筆者公司的現狀為例:AC系列圓環棒軸套是由操作者手工將單個銅套放入大筋板孔定位后，再用銅錘打入。每根圓環棒裝配銅套時，需要重復這樣的動作6次，不僅工作效率低、勞動強度高，而且噪聲超標。

本文改進的是圓環棒銅套壓裝工藝裝備。圓環棒焊接件包括2塊大筋板和1根圓環棒軸，2塊大筋板呈對稱狀焊接在圓環棒軸的兩端。焊接后兩端大筋板上對應孔之間的同軸度是難以保證的。筋板上各孔及圓環棒軸上有2個孔，共有6個孔需要裝入銅套。

由于焊接產生相應的應力變形，6個孔兩兩之間的同軸度數值難以保證，因此，6個軸套同步壓入孔內難以實現，這也是多年來無法實現壓裝軸套自動化的主要原因［1］。

為了提高圓環棒上壓裝軸套的效率，并降低生產過程中的噪聲污染，我們改變現有的圓環棒軸套壓裝方式，由手工壓裝改進為機械壓裝。

2 壓套機的機械結構

圓環棒壓套機是針對筆者公司現有手動搬運車圓環棒組件銅套裝配工藝需求量身設計，為改變現有的圓環棒手工敲套裝配工藝，自主設計制造的一種專業性非標設備。

該設備可實現在一根圓環棒上一次性同步壓入6只銅套，有效地解決了原始的手工敲套、低效率和噪聲大的問題。更重要的是，解決了因焊接引起的變形而無法實現自動化裝配的問題。

設備外觀結構如圖1所示。

3 浮動壓頭結構

圓環棒焊接件上共有6個孔，孔內分別需要裝入銅套，兩端大筋板與圓環棒兩端6個孔的同軸度、平行度因焊接變形而數值不確定，要實現2套或者6套同時壓裝，需要滿足以下的要求:軸孔定位件、銅套定位件和壓頭浮動定位件共同組成1個整體，通過壓頭浮動來消除位置公差和同軸度的數值不確定因素［2］。為了消除這種偏差，我們設計了浮動壓頭機構，如圖2所示。

浮動壓頭由頂桿、螺套、彈簧、鋼球，及緊定螺釘等組成。

頂桿圓周上三等分均布V形槽及兩處鍵槽，前后6顆鋼球卡入V形槽，由6件彈簧、內六角圓柱端緊定螺釘支承鋼珠，分別調整前后6顆內六角圓柱端緊定螺釘間距，保證頂桿外圓軸向與螺套內孔在同一軸線。為防止因頂桿旋轉而引起鋼珠從V形槽中滑出，由前后2件內六角圓柱端緊定螺釘卡入頂桿兩處鍵槽內，作軸向滑動。

4 壓套機的工作原理

4.1 工件的定位

工件定位由3套V形定位塊及2塊等高支承座組成，3套V形定位塊分別排列在同一軸線和2塊等高支承座相對位置，并固定在機座面板上，保證圓環棒軸的軸線與大筋板上各孔的位置尺寸，將工件放入V形定位塊槽內，筋板長端搭在定位塊上，保證圓環棒焊接件各孔的空間定位。

手動按下油泵啟動按鈕，通過電磁閥及傳感器的信號傳輸，油缸供油，活塞桿向上運動，通過活塞桿推動使V形塊上端旋轉壓板，圍繞轉軸轉動，直至壓緊到位，液壓系統的鎖緊回路進行保壓鎖緊，完成圓環棒的徑向固定。

聚氨酯墊塊的添加使得鋼與鋼的剛性接觸變為鋼與彈性塑料墊板的柔性接觸，大大提高了工裝的使用壽命。其結構如圖3所示。

4.2 軸套壓裝的過程

我們將工作過程分為3個部分來分析。

第1部分，頂桿與工件孔接觸前的運動過程:

將6只銅套分別套在頂桿外圓上定位，在操作面板上將啟動按鈕設置在自動檔位，啟動液壓系統，在液壓作用下，傳動部分通過T形接頭分支管道，使得兩端油缸同步進給。兩側浮動壓頭機構上的6個壓頭，如圖4所示。

同步向中間運動直至與圓環棒焊接件上各孔壁相碰觸。這是由于焊接變形的原因，頂桿頭部與相應的孔中心很難保證在同一軸線上，從而對頂桿頭部產生了擠壓力。

第2部分，壓裝的過程:

油缸繼續向前推動，擠壓力逐漸增大。頂桿在螺套上的定位是鋼珠由3個彈簧支撐浮動，頂桿可以在圓周徑向內做自由擺動［2］。在擠壓力的作用下，頂桿向相反的方向運動，將相應的彈簧力作逐漸調整，從而實現與工件內孔在同一軸線上。

由廣義虎克定律可知，頂桿在平面內的擺動，平面應力狀態可由式(1)算出:

平面應變狀態可由式(2)算出:

式中:E、G、v分別為材料的彈性模量、切變彈性模量和泊松比。應力 σx、σy、σz及應變 εx、εy、εz間的關系也適用于主應力 σ1、σ2、σ3與主應變 ε1、ε2、ε3的關系。

由式(1)和(2)，可以確定彈簧的安全系數，選擇相應規格的彈簧，進而選擇相應的螺套配合孔規格，以保證壓頭機構的正常工作。

由圖5可以看出，頂桿圓頭有個10°的斜坡和光滑的圓角R，減小了與孔內壁的摩擦阻力。在液壓作用下，頂桿繼續向前推動，頂桿頭部探入圓環棒焊接件內孔，頂桿在彈簧作用下，依靠頭部的傾斜性可以自由滑動，從而找正圓環棒焊接件內孔中心。在油缸的推動下，軸套與內孔配合到位，兩端齊平。

第3部分，壓裝機構的回退:

到達極限位置后，電磁傳感器給控制系統發出信號，進入油缸回退狀態。在油缸的帶動下，頂桿機構回到初始狀態，完成工裝工作的1個循環過程。

5 結語

與傳統壓套工藝相比，該設備具有以下優勢:

(1)工件夾持部分采用液壓驅動，臥式推壓工件;與傳統的立式壓裝相比，穩定性有了較大提高。

(2)6只銅套有兩種不同的規格要求，臺面上配備存儲箱2個，可以有效地將兩種銅套區分放置，便于取放，大大節省了貨物堆放的空間，同時有效地節省了上料所占用的時間。該機有效工作臺面1060mm×675mm，在節能降耗上效果顯著。

(3)采用了360°浮動導向定心機構，能夠自動找正焊接件的六孔中心，解決了多年來因焊接變形而無法采用自動化的難題。

(4)該機配備了多個系列壓裝模板，可以根據不同的零件規格生產需要，更換相應的浮動壓頭機構，使得該機具備了通用性，實現多規格壓裝。

(5)操作控制系統設有手動和自動控制系統，整個系統采用PLC編程控制，便于維護和保養。

(6)公司安全部門對操作區域進行了數據檢測，手工裝配敲套的噪聲約為86 dB。該設備在使用時，噪聲完全消除。

(7)設備的安全程度取決于設備結構及制造精度和控制程序的合理性，較傳統的立式壓套方式，安全系數有了較大提高。

(8)可實現在1根圓環棒焊接件上一次性同步壓入6只銅套，通過秒表測試，工作效率提高了4～5倍。

［1］宮文強，李海強.缸套壓裝中壓頭的設計［J］.機械工程師，2003(7):74－75.

［2］羅文翠，王玉虎，李有堂，等.高速剪切機浮動送料機構的運動學分析［J］.化工機械，2011(1):60－62.