一種點(diǎn)焊機(jī)電極臂的改進(jìn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳洪峰　楊　東

(江蘇師范大學(xué)，江蘇 徐州 221116)

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一種點(diǎn)焊機(jī)電極臂的改進(jìn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳洪峰楊東

(江蘇師范大學(xué)，江蘇 徐州 221116)

針對(duì)現(xiàn)行的DN系列點(diǎn)焊機(jī)，對(duì)其電極臂進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使之成為一種焊接礦用防爆燈具保護(hù)網(wǎng)罩的專用點(diǎn)焊機(jī)，以滿足對(duì)保護(hù)網(wǎng)罩點(diǎn)焊的工藝要求，拓寬了設(shè)備適用范圍，提高了設(shè)備使用效率和使用壽命。

電極臂；工藝要求；循環(huán)水路；清理疏通；冷卻效果

點(diǎn)焊機(jī)是一種電阻焊接設(shè)備，具有生產(chǎn)效率高、低成本的特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、汽車等工業(yè)。采用雙面雙點(diǎn)過(guò)流焊接的工作原理，工作時(shí)兩個(gè)電極對(duì)工件加壓，使兩層金屬在兩電極的壓力下形成一定的接觸電阻。而焊接電流瞬間從一電極沿兩工件流至另一電極形成回路，不傷及被焊接工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。點(diǎn)焊機(jī)多用于對(duì)薄板或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的焊接，如汽車駕駛室外殼、設(shè)備蒙皮、薄片金屬網(wǎng)架等。

現(xiàn)行的DN系列點(diǎn)焊機(jī)主要部件包括(圖1所示)：機(jī)架1、變壓器2、下電極臂3、上電極臂4等。電極臂既用于傳導(dǎo)焊接電流，又用于傳遞動(dòng)力。點(diǎn)焊機(jī)工作運(yùn)行時(shí)，變壓器、電極臂等部件會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些部件發(fā)熱嚴(yán)重會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命，另外電極臂和電極的水冷卻效果直接影響焊接過(guò)程、焊接接頭質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，設(shè)備運(yùn)行必須接通冷卻水路，對(duì)變壓器、電極臂等部分進(jìn)行充分的冷卻。

1　設(shè)計(jì)背景及問(wèn)題的提出

1.1設(shè)計(jì)技術(shù)背景

礦用防爆燈具是筆者單位校辦企業(yè)的主要經(jīng)營(yíng)產(chǎn)品。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3836-2010規(guī)定礦用防爆燈具必須設(shè)置防護(hù)網(wǎng)罩。此網(wǎng)罩是燈具的重要組成部分，主要是對(duì)燈具的鋼化玻璃罩等部件進(jìn)行防護(hù)，其中罩網(wǎng)2的點(diǎn)焊焊接是保護(hù)網(wǎng)罩的重要加工工序之一。防護(hù)網(wǎng)罩的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由殼座1、罩網(wǎng)2、罩桿3和右殼4組成。

4根罩桿3的左端螺紋部分與殼座1的右端面上的4個(gè)螺紋孔分別相連，右端分別插在右殼4圓周分布的4個(gè)孔內(nèi)，經(jīng)電焊焊接后形成保護(hù)網(wǎng)罩的骨架。其長(zhǎng)度尺寸由礦用防爆燈的規(guī)格型號(hào)所決定，一般長(zhǎng)度在410～610 mm之間。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3836-2010中網(wǎng)罩相鄰邊不得大于50 mm的規(guī)定，罩網(wǎng)2被制成彈簧狀套裝在防護(hù)罩的骨架上，然后再對(duì)罩網(wǎng)2與罩桿3裝配形成的各個(gè)連接點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)焊加工，從而形成礦用防爆燈具的保護(hù)網(wǎng)罩。

目前，現(xiàn)行DN系列點(diǎn)焊機(jī)(見(jiàn)圖3所示)其上電極臂1、下電極臂6的實(shí)用長(zhǎng)度尺寸一般在350 mm左右，而礦用防爆燈具的保護(hù)網(wǎng)罩的長(zhǎng)度是隨著燈具規(guī)格的不同而長(zhǎng)度不同，其尺寸長(zhǎng)度一般在410～600 mm之間。由于圖2所示的保護(hù)網(wǎng)罩的特殊結(jié)構(gòu)，決定了其點(diǎn)焊加工的加工方式，如要焊接保護(hù)網(wǎng)罩的各個(gè)連接焊點(diǎn)5就必須把保護(hù)網(wǎng)罩套裝在點(diǎn)焊機(jī)的下電極臂上，并按照罩網(wǎng)2的螺旋線軌跡旋轉(zhuǎn)前進(jìn)依次對(duì)各個(gè)連接焊點(diǎn)(每工件約50～100個(gè)連接焊點(diǎn))進(jìn)行焊接。由此看來(lái)，在現(xiàn)行點(diǎn)焊機(jī)上要完成如此長(zhǎng)度的保護(hù)網(wǎng)罩焊接，其電極臂長(zhǎng)度顯然是不夠的。

點(diǎn)焊機(jī)在點(diǎn)焊工件時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，這些熱量主要分布在焊接變壓器、上電極臂1、下電極臂6、上電極10、下電極9上，其中熱量最集中的部位是電極臂和電極座，因此點(diǎn)焊機(jī)在工作時(shí)必須設(shè)置對(duì)上述各部位進(jìn)行冷卻的循環(huán)水路。

在生產(chǎn)加工保護(hù)網(wǎng)罩時(shí)點(diǎn)焊機(jī)具有相當(dāng)高的使用效率，每班次往往要在3～5萬(wàn)點(diǎn)左右。如此高頻率的焊接次數(shù)將會(huì)使點(diǎn)焊機(jī)的各個(gè)部件嚴(yán)重發(fā)熱，如果得不到足夠水冷將會(huì)出現(xiàn)以下情況：

一是部件在得不到足夠的冷卻時(shí)部件受熱后會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部組織變化而變形影響其性能，另外上電極10、下電極9(圖3所示)過(guò)熱會(huì)產(chǎn)生融化致使損耗過(guò)快，從而縮短部件的使用壽命。

二是現(xiàn)行點(diǎn)焊機(jī)(圖3所示)上電極臂1的水路水道2和下電極臂6的水路水道7，一般是使用直徑8～10 mm的鉆頭打孔開(kāi)設(shè)或是開(kāi)槽后施焊而形成，因此橫截面積小、水道狹窄。流經(jīng)上下電極臂、上下電極座的冷卻水一旦溫度過(guò)高，會(huì)使水中的礦物質(zhì)不斷沉積在冷卻水路中而形成水垢。另外，在使用過(guò)程中的循環(huán)水中有時(shí)勢(shì)必還會(huì)夾雜一些雜物，隨著設(shè)備和循環(huán)水的使用時(shí)間的延長(zhǎng)沉淀物就越積越多。水垢或雜物的形成會(huì)使冷卻水路變得越來(lái)越狹窄，冷卻水的流量會(huì)越來(lái)越小，以至于把上、下電極臂內(nèi)和上、下電極內(nèi)部水路堵塞，使得各部件嚴(yán)重受熱損壞。一旦水道內(nèi)凝結(jié)水堿或進(jìn)入雜物堵塞后將很難進(jìn)行清理和疏通。

1.2現(xiàn)行點(diǎn)焊機(jī)電極臂存在的問(wèn)題

綜上所述，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行的DN系列點(diǎn)焊機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中并不能滿足礦用防爆燈具保護(hù)網(wǎng)罩的點(diǎn)焊焊接工藝等要求。存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

首先，現(xiàn)行點(diǎn)焊機(jī)的電極臂較短難以對(duì)礦用防爆燈具保護(hù)網(wǎng)罩進(jìn)行焊接加工；其次是電極臂的冷卻水路比較狹窄，冷卻效果較差，水道容易堵塞、使零部件使用壽命縮短。

另一存在的問(wèn)題是，其冷卻水路內(nèi)一旦凝結(jié)水垢或有雜物進(jìn)入水道堵塞后很難進(jìn)行維修和對(duì)水道的清理、疏通。

2　電極臂結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1上電極臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

研制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)點(diǎn)焊機(jī)的上、下電極臂改制如果仍然采用原來(lái)的結(jié)構(gòu)形式，只是簡(jiǎn)單地把電極臂加長(zhǎng)，雖然滿足了焊接防爆燈保護(hù)網(wǎng)罩對(duì)電極臂長(zhǎng)度的工藝要求，但對(duì)于其內(nèi)部的冷取水循環(huán)水道的開(kāi)設(shè)卻帶來(lái)了相當(dāng)大的難度，即使如此長(zhǎng)度的水道開(kāi)設(shè)成功，仍然無(wú)法解決水道狹窄易堵塞、清理維修困難的問(wèn)題，更無(wú)法改善冷卻水的循環(huán)冷卻效果。

鑒于上述情況，筆者在進(jìn)行大量的實(shí)踐、試驗(yàn)和研究后，對(duì)現(xiàn)行點(diǎn)焊機(jī)的上、下電極臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，并于2012年9月獲得了國(guó)家技術(shù)專利證書(專利號(hào)：ZL201120499895.X)。

把上電極臂1、下電極臂6(圖3所示)整體改變成為由多個(gè)零部件組成的分體式結(jié)構(gòu)，并使長(zhǎng)度尺寸加長(zhǎng)至600 mm，從而適用焊接礦用防爆燈具保護(hù)網(wǎng)罩。

其具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4所示，上電極臂由進(jìn)水接頭1、上固定軸2、上主體外管3、上主體內(nèi)管11、出水接頭4、上電極座5、上電極8、上電極水接頭6、7等組成。下電極臂由進(jìn)水接頭12、下固定軸13、下主體外管14、下主體內(nèi)管15、下電極座10、下電極9和出水接頭16等組成。

2.1.1上主體外管

圖4所示，用φ70 mm的紫銅空心管在車床上加工出左、右兩端1.5 mm螺距的內(nèi)螺紋形成上主體外管3。主體外管3一端的內(nèi)螺紋與上固定軸2的外螺紋連接，另一端內(nèi)螺紋與上電極座5外螺紋連接后形成點(diǎn)焊機(jī)上電極臂主體外管結(jié)構(gòu)。

2.1.2上固定軸與上電極座

圖4中所示，上固定軸2和上電極座5使用鉻青銅棒加工。上固定軸2右端面加工一錐度為1:20的內(nèi)錐圓止口，上電極座5左端面也加工一相同尺寸的內(nèi)錐圓止口。 在上電極座5左端面內(nèi)錐圓止口上加工出一導(dǎo)水槽A，可使上主體內(nèi)管11的冷卻水經(jīng)導(dǎo)水槽A流入上電極臂主體外管3內(nèi)部，見(jiàn)圖4所示。

2.1.3上主體內(nèi)管結(jié)構(gòu)

用φ50 mm的紫銅空心管，其兩端各加工一與上固定軸2和上電極座5內(nèi)錐圓相配合的外錐圓，從而形成上主體內(nèi)管11。上主體內(nèi)管11一端外錐圓與上固定軸2右端面上的內(nèi)錐圓止口配合，另一端與上電極座5左端面內(nèi)錐圓止口配合，從而形成上電極臂的主體內(nèi)管結(jié)構(gòu)。

2.2下電極臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1下主體外管

圖4所示的下電極臂，結(jié)構(gòu)組成上基本同上電極臂相同。用紫銅空心管制成左、右端均有1.5 mm螺距內(nèi)螺紋的下主體外管14，其一端與下固定軸13的外螺紋連接，另一端內(nèi)螺紋與下電極座10的外螺紋連接，形成點(diǎn)焊機(jī)下電極臂的主體外管結(jié)構(gòu)。

2.2.2下固定軸與下電極座

圖4中所示，下固定軸13和下電極座10同樣使用鉻青銅棒加工。下固定軸13右端面加工一錐度為1:20的內(nèi)錐圓止口，下電極座10左端面也加工一相同尺寸的內(nèi)錐圓止口。

2.2.3下主體內(nèi)管結(jié)構(gòu)

下主體內(nèi)管15一端外錐圓與下固定軸13右端面上的內(nèi)錐圓止口配合，另一端與下電極座10左端面內(nèi)錐圓止口配合，從而形成下電極臂的主體內(nèi)管結(jié)構(gòu)。 在下電極座10左端面內(nèi)錐圓止口上加工出一導(dǎo)水槽B，可使下主體內(nèi)管15的冷卻水經(jīng)導(dǎo)水槽B流入下電極臂主體外管14內(nèi)部，如圖4所示。

3　組裝與生產(chǎn)應(yīng)用

3.1電極臂的組裝

具體實(shí)施應(yīng)用時(shí)，按照各零部件的先后順序分別進(jìn)行組裝：將上固定軸2與上主體外管3的左端內(nèi)螺紋連接旋緊固定，把上主體內(nèi)管11的左端外錐圓插進(jìn)上主體外管3內(nèi)并與上固定軸2的右端面上的內(nèi)錐圓止口錐度配合，把上電極座5的左端外螺紋旋進(jìn)上主體外管3右端內(nèi)螺紋內(nèi)，同時(shí)使上電極座5的左端面上的內(nèi)錐圓止口也與上主體內(nèi)管11的右端外錐圓自動(dòng)認(rèn)準(zhǔn)方向緊緊配合。通過(guò)組裝后在上主體外管3和上主體內(nèi)管11之間形成了貯存冷卻水的兩層內(nèi)部空間，形成了完整的上電極臂的循環(huán)水路。由于下電極臂的結(jié)構(gòu)原理與上電極臂完全相同在此不再另作敘述。

從圖4所示可以看出改進(jìn)后的點(diǎn)焊機(jī)上、下電極臂具有完全相同的結(jié)構(gòu)原理，(只是出水接頭設(shè)置位置和上、下電極的結(jié)構(gòu)有區(qū)別)把上、下電極臂分為固定軸、主體外管、主體內(nèi)管和電極座等幾部分使之成為分體式結(jié)構(gòu)。其中主體外管承擔(dān)著把各個(gè)獨(dú)立的部件聯(lián)系在一起同時(shí)也負(fù)擔(dān)著導(dǎo)電功能的重要作用，主體內(nèi)管在具有導(dǎo)電功能的同時(shí)又起到了支撐穩(wěn)固作用。由于內(nèi)、外兩管的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)使得上、下電極臂內(nèi)部形成了內(nèi)外兩層冷卻水循環(huán)空間，這樣既擴(kuò)大了內(nèi)部空間又增大了冷卻水容積最終改善了冷卻條件。從改進(jìn)后的上、下電極臂的結(jié)構(gòu)中我們可以看出一個(gè)清晰的冷卻水內(nèi)部循環(huán)水路：從變壓器流出的冷卻水，自上電極臂的上進(jìn)水接頭8(見(jiàn)圖4)進(jìn)入上主體內(nèi)管11內(nèi)經(jīng)導(dǎo)水槽A處流入到上主體外管3的內(nèi)部，從出水接頭4流出后進(jìn)入上電極8的進(jìn)水接頭6在上電極8內(nèi)部循環(huán)后，經(jīng)上電極出水接頭7流出進(jìn)入下電極臂。上電極臂流出的冷卻水進(jìn)入到下電極臂，經(jīng)下進(jìn)水接頭12流入下主體內(nèi)管15的內(nèi)部后從導(dǎo)水槽B處流進(jìn)下主體外管14內(nèi)部，最后經(jīng)回水接頭16流出回到水箱。

此結(jié)構(gòu)的上、下電極臂具有合理的水循環(huán)水路，冷卻效果提高從而大幅度降低了冷卻水的溫度，可把水溫控制在不會(huì)凝結(jié)水堿的合理狀態(tài)。另外其內(nèi)部又擁有較大的容積可容納一定的污物，因此使用中大大減少了維修清理頻率。

3.2電極臂的維護(hù)清理與生產(chǎn)應(yīng)用

如需對(duì)電極臂維護(hù)清理其操作過(guò)程如下：首先將電極座逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)后松開(kāi)取下，然后松開(kāi)主體外管與固定軸的螺紋使之分離，再把主體內(nèi)管從固定軸的內(nèi)錐圓止口內(nèi)拔出，即可對(duì)各個(gè)分離的部件進(jìn)行維護(hù)清理。完成清理后，電極臂恢復(fù)組裝的過(guò)程與上述過(guò)程相反。

將圖2所示的保護(hù)網(wǎng)罩套裝在改進(jìn)后的點(diǎn)焊機(jī)的下電極臂上，圖5所示，按照罩網(wǎng)9的螺旋線軌跡旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，踩下腳踏板8，依次對(duì)各個(gè)連接點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)焊即可完成整個(gè)防護(hù)網(wǎng)罩的焊接。

4　結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)現(xiàn)行常規(guī)的DN系列點(diǎn)焊機(jī)電極臂的改進(jìn)設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用等方面，進(jìn)行了詳細(xì)論述。通過(guò)深入研究和經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)：

(1)改進(jìn)后的上下電極臂的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，安裝方便并易于維護(hù)，達(dá)到了對(duì)電極臂內(nèi)部的循環(huán)水路進(jìn)行方便的清理、維修和疏通的目的。

(2)此結(jié)構(gòu)的上、下電極臂優(yōu)化了內(nèi)部水循環(huán)水路，使冷卻效果顯著提高，從而大幅度降低了冷卻水的溫度，可把水溫控制在40 ℃以下，不會(huì)凝結(jié)水堿的合理狀態(tài)。極大地改善了上、下電極臂，上、下電極等內(nèi)部冷卻環(huán)境。其內(nèi)部擁有較大的空間容積，可容納一定的水垢或雜物、污物，在使用中大大減少了維修、清理頻率，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

(3)改進(jìn)后的點(diǎn)焊機(jī)完全可以滿足焊接礦用防爆燈具保護(hù)網(wǎng)罩的工藝性、特殊性要求，有效拓寬了設(shè)備的使用范圍，顯著提高了生產(chǎn)效率。

[1] 邱言龍，雷振國(guó)，聶正斌. 電阻焊與電渣焊技術(shù)快速入門[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2011.

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[6]陳洪峰.一種焊接礦用防爆燈具保護(hù)網(wǎng)罩的點(diǎn)焊機(jī)：中國(guó)，201120499895.X[P].2012-09-19.

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Improved design and application of a spot welding electrode arm

CHEN Hongfeng, YANG Dong

(Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116)

According to the current DN series spot welding, electrode arm of the modified design, make it become a kind of special spot welding machine welding protective net cover of mine explosion-proof lamp, in order to satisfy the process demand to protect net cover spot welding, broaden the scope to improve equipment, increase the use efficiency and service life of the equipment.

arm; technical requirements; circulating water; clean dredge; cooling effect

TH17

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.08.033

陳洪峰，男，1971年生,現(xiàn)從事實(shí)踐教學(xué)工作，獨(dú)立發(fā)表科技論文多篇，先后獨(dú)立設(shè)計(jì)多種產(chǎn)品類型的工裝、沖裁模具、型腔模具、拉伸成型模具，以及多種設(shè)備的實(shí)用性專用性改造設(shè)計(jì)。

(編輯汪藝)(2016-01-05)

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