某重型汽車前防護橫梁總成焊接工藝裝備設計

茍丹，牛潤澤，劉靜，潘星，陳文博，張哲

某重型汽車前防護橫梁總成焊接工藝裝備設計

茍丹，牛潤澤，劉靜，潘星，陳文博，張哲

（陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200）

針對某重型汽車前防護橫梁總成設計了一種合理的點固焊用氣動工藝裝備，在降低勞動強度的同時，提高產品加工效率；同時由機械閥控制各氣缸運行狀態，操作簡單，夾緊牢固可靠；此外，該工藝裝備關鍵焊接定位部件的材料選用黃銅與尼龍組合，有效解決了焊接打火問題，保證了焊接質量及安全性。

前防護橫梁；氣動工藝裝備

1 引言

某重卡前下部防護裝置，安裝于駕駛室下前部，主要作用是防止或避免與乘用車碰撞時，乘用車鉆入其卡車底部造成惡性事故，從而減少對乘用車中人員和財產的損害。依據《商用車前下部防護要求》規定，前下部防護已列入重卡整車標配產品，成為保障商用車安全性能的必要部件。

而前防護橫梁總成作為前下部防護裝置的重要構件，是其碰撞試驗關鍵點所在部位，因此，前防護橫梁總成的產品加工、質量及強度保證尤為重要，直接關系著前下部防護裝置相關試驗能否達到標準要求。目前，某重卡符合法規版的前防護橫梁總成為新設計產品，與原有結構差異較大，無法實現工藝裝備通用，急需設計一套新工藝裝備來滿足產品加工，同時降低勞動強度、提升加工效率、保證產品質量及一致性。

圖1 某車型前防護橫梁總成

圖1為某重型汽車前防護橫梁總成，由橫梁、加強板、8個螺栓、2個彎頭組成。本文針對該件設計了一套點固焊用氣動工藝裝備，該裝備具有裝配精度高、效率高、操作方便、可實現多工序加工等優點。

圖2為前防護橫梁總成產品點固焊工藝流程圖。

圖2 點固焊工藝流程簡圖

2 方案設計

2.1 工作原理

本文設計的氣動工藝裝備，以9個氣缸為主要動力源，利用氣缸產生的壓力實現工件壓緊定位及舉升平臺運動，并配合相應定位部件，實現產品在該裝備上的位置固定，且該9個氣缸分為四組，分別由四個機械閥進行控制，根據產品加工工藝拆分，實現各個工序的夾緊固定，產品升降等，確保產品定位點固焊一致性[1]。

1-彎頭定位裝置左 2-橫梁與加強板壓緊裝置 3-基準支撐平臺 4-螺栓壓緊裝置 5-固定定位支撐 6-基準底板 7-彎頭定位裝置右 8-油水分離器 9-底座支架總成 10-人控機械閥 11-舉升平臺裝置 12-鎖扣式轉向輪

圖3為工藝裝備示意圖，工作過程：①放置加強板于基準支撐平臺上，將螺栓通過加強板上螺栓過孔穿入基準支撐臺的定位孔中，通過兩個螺栓壓緊裝置進行壓緊，完成8個螺栓與加強板的焊接；②將橫梁放置于加強板總成中，端頭進行限位，通過橫梁與加強板壓緊裝置實現加強板與橫梁的夾緊，完成加強板與橫梁的定位點焊；③通過舉升平臺裝置中的氣缸向上運動推動兩個圓柱塊，使加強板與橫梁焊接件向上運動至指定高度；④根據定位安裝兩側彎頭，通過彎頭定位壓緊裝置進行彎頭壓緊，完成彎頭和橫梁的點固焊。

此工藝裝備采用人控機械閥分別控制各組氣缸狀態，在該工裝上即可完成各個工序的定位點焊。氣缸舉升平臺可使產品達到指定裝配位置，滿足產品裝配尺寸要求，降低加工人勞動強度。

2.2 氣缸推力的計算

氣缸推力是壓緊過程以及舉升平臺運動過程中的關鍵數據，推力的大小決定產品能否達到夾緊狀態，裝配間隙能否滿足后續產品焊接質量一致性。利用氣缸推力計算公式，計算出所需氣缸的缸徑，根據各定位部件結構設計，選擇氣缸行程，進而確定氣缸選型，涉及計算公式如下[2]：

F=P*A-f （1）

F：氣缸出力（kgf）

A：截面積（cm2）；

P：使用的壓力（kgf/cm2）

f：摩擦阻力（kgf）。

G=m*g （2）

m：產品重量（kg）

g：重力加速度（N／kg）。

因該設備中氣缸運動存在兩種狀態：平推和舉升狀態。平推時忽略摩擦系數，即氣缸的活塞輸出力大于等于產品重力G，實測產品重量m=32.07kg，因此利用公式F=G計算可得，F=320.7N，假設氣缸使用的壓縮空氣力為0.45MPa，利用A=F/P=πr2，計算可得r=15mm，因此氣缸缸徑要求大于等于30mm均可滿足產品夾緊要求。

舉升時需要考慮摩擦系數，即氣缸的活塞輸出力減去摩擦力大于產品重力G1，同理，計算得出r=18mm,因此氣缸缸徑要求大于等于36mm，方可實現產品舉升要求。

針對每個工序，結合產品受力要求，計算出各組氣缸缸徑，同時根據各個定位部件位置設定，確定氣缸行程滿足要求，最終進行氣缸的合理選用。

2.3 螺栓定位結構設計與材料選用

1-內定位銅套 2-外定位套 3-基準支撐臺 4-壓緊裝置

螺栓與加強板點固焊定位結構如圖4所示，將螺栓內定位套1的尺寸設計小于基準支撐臺3的高度，內定位套1與外定位套2采用過盈配合，內外定位套組合件與基準支撐臺3采用過盈配合裝配[3]，其中內定位套1材料選用黃銅，外定位套2材料選用尼龍，利用黃銅導電性和尼龍的絕緣性特點，有效的避免了焊接過程打火問題[4]。

3 結論

通過該工藝裝備的設計，可滿足前防護橫梁總成產品的裝車加工需求，且具備以下優點：

（1）在一個工藝裝備上實現了該產品各個工序的定位點固焊，減少了工序轉運，在提高加工效率的同時，有效降低了勞動強度。

（2）產品焊接質量及產品一致性得到控制，為斷續焊縫專機焊接鑒定基礎。

（3）設備采用氣缸作為動力源，人工控制機械閥，裝配精度高，操作方便。

[1] 李家寶.夾具設計原理[M].哈爾濱工業大學出版社,1957.

[2] 張策.機械動力學[M].高等教育出版社,2008.

[3] 浦林祥.金屬切削機床夾具設計手冊.機械工業出版社,1995.

[4] 孟少農.機械加工工藝手冊.機械工業出版社,1991.

Design of Welding Technology and Equipment for Front Protective Crossbeam Assembly of a Heavy Truck

Gou Dan, Niu Runze, Liu Jing, Pan Xing, Chen Wenbo, Zhang Zhe

( Shaanxi Wanfang Auto Parts Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

A reasonable pneumatic equipment for spot welding is designed for the front protection beam assembly of a heavy truck. Through process optimization and process resolution analysis, a reasonable pneumatic welding equipment is designed to reduce labor intensity at the same time, improve product processing efficiency; At the same time by the solenoid valve control of the cylinder running state, simple operation, clamping firm and reliable; In addition,the material of the key welding positioning parts of the process equipment is brass and nylon combination, which effectively solves the problem of welding ignition and ensures the quality and safety of welding.

Front guard beam; Pneumatic process equipment

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.06.042

U466

B

1671-7988(2021)06-137-03

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茍丹，就職于陜西萬方汽車零部件有限公司。