浮動(dòng)式單面雙點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)的研究

郭 峰

奇瑞汽車股份有限公司 安徽蕪湖 241006

在汽車行業(yè)車身鈑金焊接技術(shù)中，單面點(diǎn)焊技術(shù)屬于一種較為復(fù)雜的焊接技術(shù)，其主要技術(shù)核心在于將點(diǎn)焊焊鉗集成到夾具上去，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊焊接。單面點(diǎn)焊是普通壓力電阻點(diǎn)焊的一種特殊形式，它既能滿足普通壓力電阻點(diǎn)焊的原理要求，又有自己獨(dú)特的特點(diǎn)。其焊接原理是通過焊槍、電纜在板件之間形成焊接回路，使板件熔化形成局部熔核的過程。

單面點(diǎn)焊

1.單面點(diǎn)焊原理

在四門兩蓋生產(chǎn)工藝中，由于門蓋生產(chǎn)過程中存在搬運(yùn)、振動(dòng)、裝配匹配調(diào)整及電泳等原因，均有可能會(huì)造成零件變形，并對(duì)后續(xù)生產(chǎn)工藝造成影響。因此需要一種固定的方式來消除門蓋總成變形（尤其是內(nèi)外板之間竄動(dòng)）的隱患。因此，門的內(nèi)板、外板在完成包邊工藝之后，都會(huì)增加一道單面點(diǎn)焊工藝，主要的目的在于確保門蓋包邊完成后，門內(nèi)外板之間的相對(duì)位置不再發(fā)生變化。

單面點(diǎn)焊焊接過程工作原理如圖1所示。將包完邊的門蓋總成放入焊接定位夾具，焊槍的焊接電極與回路電極分別接觸外板翻邊和內(nèi)板，焊接電流（圖1中紅色箭頭）形成回路，焊接電極與零件接觸點(diǎn)處即形成焊接焊點(diǎn)。

圖1 單面焊工作原理

單面雙點(diǎn)焊則是將單面點(diǎn)焊的電極數(shù)量由一組變?yōu)閮山M，其電極的壓緊運(yùn)動(dòng)形式通常為搖臂翻轉(zhuǎn)或直線推進(jìn)形式，利用氣缸推動(dòng)力將電極壓緊并通電后實(shí)現(xiàn)焊接。單面雙點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)往往用于夾具結(jié)構(gòu)緊湊、人工焊鉗操作難以實(shí)現(xiàn)、被焊零件表面質(zhì)量要求高等情況，常用于車門總成內(nèi)外板包邊、頂蓋天窗翻邊等位置。采用這種技術(shù)的夾具結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，空間占用少，成本相對(duì)單點(diǎn)焊較低。

2.單面焊點(diǎn)分布

在公司白車身發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋總成的3D圖樣數(shù)據(jù)上，研發(fā)部門一般設(shè)計(jì)為8個(gè)單面焊點(diǎn)。但是，在項(xiàng)目實(shí)際實(shí)施以及驗(yàn)證過程中，特別是經(jīng)過很多輪門蓋匹配后，發(fā)現(xiàn)前蓋頭部在過涂電泳后變形比較嚴(yán)重。經(jīng)過與同行業(yè)對(duì)比以及資料查閱，形成公司針對(duì)四門兩蓋總成單面焊點(diǎn)的最少數(shù)量推薦標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。與此同時(shí)，還參考了德系部分對(duì)標(biāo)車型，例如Passat前蓋總成上就使用了10個(gè)單面焊點(diǎn)（見圖2中紅色點(diǎn)）。

表1 單面焊焊點(diǎn)數(shù)的推薦值

圖2 Passat車型前蓋單面焊點(diǎn)分布

機(jī)構(gòu)原理及方案論證

1.機(jī)構(gòu)原理

單面雙點(diǎn)焊技術(shù)的機(jī)構(gòu)原理是：機(jī)構(gòu)壓緊后，工件上分布有并排兩組對(duì)壓壓緊頭，工件同側(cè)壓緊頭連接于同一壓臂或連接板上，壓臂或連接板可相對(duì)固定在夾具上的安裝座運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)形式通常采用搖臂翻轉(zhuǎn)或氣缸推進(jìn)，利用氣缸壓力壓緊并通電后實(shí)現(xiàn)焊接。

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的夾具機(jī)構(gòu)主體為一個(gè)夾具壓夾緊單元（見圖3），其主要分為上部連接電極支撐塊的翻轉(zhuǎn)壓緊機(jī)構(gòu)和下部連接壓緊電極的雙導(dǎo)桿氣缸壓緊機(jī)構(gòu)。

圖3 單面雙點(diǎn)焊夾具單元

2.單面雙點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)方案論證

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析，由于機(jī)構(gòu)加工精度不足和電極磨損等原因，夾具機(jī)構(gòu)在壓緊后，該機(jī)構(gòu)同側(cè)兩個(gè)壓緊頭對(duì)工件的壓緊力不均衡，使得壓緊頭通電情況不一致，焊點(diǎn)熔核形成過程中母材燒熔情況有好有壞，焊后兩側(cè)焊點(diǎn)壓痕深淺不一致，壓力大的一側(cè)焊點(diǎn)容易產(chǎn)生虛焊，壓力小的一側(cè)容易擊穿。

對(duì)上述問題進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，問題主要出現(xiàn)在單面雙點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)上，主要原因如下：

1）壓緊力不足。如圖4所示，電極兩端采用63mm缸徑氣缸，氣缸壓力F=1560N，經(jīng)過換算，電極壓緊力僅為1560N×110mm/（185mm×2）≈464N，遠(yuǎn)低于普通工頻焊鉗壓緊力至少2000N的要求。

圖4 壓緊機(jī)構(gòu)受力分析

2）壓緊點(diǎn)支撐小于電極壓緊力：支撐端壓緊力464N，雙導(dǎo)桿氣缸推進(jìn)電極端壓緊力為1560N/2=780N。

3）兩端壓緊電極壓緊力不平衡。如圖5所示，由于兩電極與下部推進(jìn)氣缸之間采用固定連接，在兩端電極磨損程度不一、包邊總成厚度波動(dòng)等情況下，會(huì)出現(xiàn)兩壓緊電極與電極支撐塊之間的間距不穩(wěn)定的情況，導(dǎo)致兩端焊點(diǎn)焊后壓痕不一致和一個(gè)焊點(diǎn)過燒、另一焊點(diǎn)未焊透的問題。

圖5 電極與氣缸固定連接

3.浮動(dòng)式單面雙點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)

基于以上論證分析，要解決的質(zhì)量技術(shù)問題是：設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、可解決傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的焊點(diǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定問題的新型夾具集成式單面雙點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)，稱之為浮動(dòng)式單面雙點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)。

整個(gè)機(jī)構(gòu)核心由兩部分組成，平板壓緊機(jī)構(gòu)和電極壓緊機(jī)構(gòu)。此處我們以平板壓緊機(jī)構(gòu)采用搖臂翻轉(zhuǎn)式、電極壓緊機(jī)構(gòu)采用氣缸伸縮式為案例進(jìn)行說明。所述兩壓緊機(jī)構(gòu)通過外接電纜與焊機(jī)相連，形成焊接回路，實(shí)現(xiàn)焊接。

平板壓緊機(jī)構(gòu)（見圖6）相對(duì)簡(jiǎn)單，共由4部分組成。典型搖臂壓緊機(jī)構(gòu)搖臂（T形），該零件設(shè)計(jì)需同時(shí)具備旋轉(zhuǎn)、限位等設(shè)計(jì)要求，需要注意平面壓緊機(jī)構(gòu)的壓緊平面作為支撐面，其壓緊力應(yīng)大于電極壓緊機(jī)構(gòu)壓緊力，并以限位機(jī)構(gòu)限制壓緊位置。T形搖臂兩端分別連接兩個(gè)轉(zhuǎn)接塊，兩個(gè)轉(zhuǎn)接塊上各連接一個(gè)壓緊塊，壓緊塊上各連接一個(gè)電纜安裝板，連接焊接回路。壓緊塊與鈑金直接壓緊接觸，并采用銅材設(shè)計(jì)，以增加導(dǎo)電性能；各部分之間的連接均采用銷-釘機(jī)構(gòu)鎖緊，中間增加標(biāo)準(zhǔn)厚度墊片用以雙向調(diào)整，其中轉(zhuǎn)接塊與壓緊塊的連接銷采取絕緣墊片、絕緣銷等絕緣措施。

圖6 平板壓緊機(jī)構(gòu)

電極壓緊機(jī)構(gòu)（見圖7）相對(duì)復(fù)雜，依靠對(duì)電極壓緊機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)兩端電極的浮動(dòng)。浮動(dòng)壓緊機(jī)構(gòu)的固定安裝座與伸縮氣缸（通常為雙導(dǎo)桿氣缸）相連，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電極壓緊機(jī)構(gòu)的伸縮運(yùn)動(dòng)。浮動(dòng)連接板通過螺紋緊固式軸銷與固定安裝座連接，兩端使用彈簧，電極安裝塊通過銷釘機(jī)構(gòu)安裝于浮動(dòng)連接板兩端，兩塊電極安裝塊上各連接一塊電纜安裝板，頂端安裝焊接電極，浮動(dòng)連接板軸銷孔安裝無油襯套，襯套起增加潤(rùn)滑、提升裝配精度的作用。實(shí)際生產(chǎn)過程中，使用焊接電極有利于電極磨損后快速維修、更換。機(jī)構(gòu)受力如圖8所示，F(xiàn)a=F1+F2，整體浮動(dòng)式機(jī)構(gòu)可圍繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)任意角度均可保證F1=F2。

圖7 電極壓緊機(jī)構(gòu)

圖8 電極壓緊機(jī)構(gòu)受力分析

與原有機(jī)構(gòu)相比，新單面雙點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)最大的不同在于“浮動(dòng)“，因此將此創(chuàng)新機(jī)構(gòu)命名為浮動(dòng)式單面雙點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)。

浮動(dòng)式單面雙點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相比原有機(jī)構(gòu)有三處改善：

1）上下部支撐壓緊機(jī)構(gòu)均采用80mm缸徑氣缸（壓緊力F=2500N），下部電極壓緊端分配到兩個(gè)電極的壓緊力可達(dá)到2560N/2=1250N。

2）上部翻轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)需經(jīng)受理校核，使動(dòng)力臂大于阻力臂，確保支撐端壓力大于1250N。

3）下部電極壓緊機(jī)構(gòu)采用浮動(dòng)式，有利于確保電極磨損、板厚波動(dòng)情況下兩端電極受力平衡。

結(jié)語(yǔ)

浮動(dòng)式單面雙點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)作為彌補(bǔ)單面點(diǎn)焊汽車門蓋等生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，為公司后續(xù)車型夾具設(shè)計(jì)提出了一種新的解決方案。但是，在實(shí)際應(yīng)用過程中，還需要重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：重點(diǎn)做好夾具角座與BASE之間的絕緣，防止產(chǎn)生分流；與零件接觸的機(jī)加工壓塊，需與零件型面貼合，保證面接觸，防止局部點(diǎn)接觸產(chǎn)生擊穿。