集電體點(diǎn)焊組裝機(jī)的開發(fā)和設(shè)計(jì)

魏興洋

（南孚電池有限公司機(jī)械工程部，福建南平353000）

集電體點(diǎn)焊組裝機(jī)的開發(fā)和設(shè)計(jì)

魏興洋

（南孚電池有限公司機(jī)械工程部，福建南平353000）

介紹了集電體點(diǎn)焊組裝機(jī)的設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)。由于生產(chǎn)的堿錳電池采用了新的工藝，并開發(fā)了新型的尼龍密封圈取代原PP密封圈，因而設(shè)計(jì)了一種新型點(diǎn)焊組裝機(jī)來組裝尼龍密封圈集電體。該組裝機(jī)的開發(fā)，滿足了生產(chǎn)需求，提高了生產(chǎn)質(zhì)量，提升了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

堿錳電池；集電體；尼龍密封圈；點(diǎn)焊；組裝

0 引言

隨著堿錳電池技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展，堿錳電池生產(chǎn)廠家間的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，為了進(jìn)一步提升堿錳電池的容量和安全性能，公司開發(fā)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(chǎn)過程中，質(zhì)量必須得到嚴(yán)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(chǎn)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(nèi)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(zhì)量，需要開發(fā)自動(dòng)化程度高、可靠性高的集電體組裝機(jī)。

1 設(shè)備的開發(fā)和設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)概念

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

圖1 工序圖

根據(jù)設(shè)備的工序，設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為以下幾個(gè)部分：底蓋、銅針和密封圈的自動(dòng)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(diǎn)焊部分；組裝部分；涂膠部分。設(shè)備的設(shè)計(jì)概念圖如圖2所示。

1.2 上料和輸送設(shè)計(jì)

圖2 設(shè)計(jì)概念圖

底蓋、銅針的密封圈均采用振動(dòng)料倉和振動(dòng)盤自動(dòng)上料。各種材料在振動(dòng)盤中完成定向，自動(dòng)送往輸送跑道。材料的輸送跑道設(shè)計(jì)是本設(shè)備的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)之一。根據(jù)材料的材質(zhì)和形狀，輸送跑道的設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)工件朝壓縮空氣吹向運(yùn)動(dòng)的輸送方式，適用于輸送扁平狀、質(zhì)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(duì)密封圈的輸送尤為重要，避免雜質(zhì)由密封圈帶入電池內(nèi)部。本設(shè)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(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)，在輸送過程中，不易保持狀態(tài)穩(wěn)定。為了穩(wěn)定、快速地輸送銅針，采用了線性振動(dòng)器來輸送銅針。銅針線性振動(dòng)跑道如圖4所示。

圖4 線性振動(dòng)跑道

1.3 定位設(shè)計(jì)

經(jīng)過跑道輸送的各種材料，處于緊密排列狀態(tài)，因此需要各種材料間隔開來，進(jìn)行精確地定位。本設(shè)備采用轉(zhuǎn)盤和護(hù)板來進(jìn)行定位。在轉(zhuǎn)盤上加工出嚴(yán)格等分的工位槽，當(dāng)轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)時(shí)，材料被跑道的推力逐個(gè)推入，材料在轉(zhuǎn)盤和護(hù)板之間完成定位。由于銅針從跑道進(jìn)入銅針轉(zhuǎn)盤時(shí)，狀態(tài)不穩(wěn)定，因此單獨(dú)增加了真空發(fā)生裝置，利用壓力差，將銅針吸附在銅針轉(zhuǎn)盤上。以上所述的定位只是各種材料的單獨(dú)定位，更重要的是材料間的相互定位。本設(shè)備的功能是：將底蓋和銅針點(diǎn)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(nèi)，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(biāo)準(zhǔn)，不允許進(jìn)入下道工序。集電子和密封圈之間定位不準(zhǔn)確，將導(dǎo)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(zhuǎn)盤工位槽，通過調(diào)整V型定位塊和護(hù)板來調(diào)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(diào)整偏心銷來調(diào)整定位塊位置，定位塊太緊，會(huì)導(dǎo)致組裝的時(shí)候銅針表面被破壞；定位太松，容易導(dǎo)致銅針無法插入密封圈。

圖5 V型定位塊

1.4 點(diǎn)焊

圖6 焊接示意圖

銅針與底蓋之間完成定位后，進(jìn)行點(diǎn)焊工序，見圖6。焊接下桿頂起，銅針插入接觸頭，接觸頭經(jīng)過絕緣導(dǎo)向套，將銅針頭部頂住底蓋，同時(shí)上桿下壓，上桿和上桿頭之間是絕緣的，當(dāng)上桿頭將底蓋壓在定位圈時(shí)，電流通路形成，焊機(jī)開始進(jìn)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(jìn)行緩沖，彈簧的選擇直接影響了焊接質(zhì)量。當(dāng)銅針與底蓋之間壓緊力太小，容易發(fā)生焊接不牢；當(dāng)壓緊力太大，容易發(fā)生“焊炸”現(xiàn)象，并且產(chǎn)生更多的焊渣。焊接后，底蓋和銅針就焊接成了集電子，經(jīng)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(jìn)行組裝工序。密封圈防爆溝不允許破壞，組裝時(shí)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(shí)，組裝下桿頂起，集電子脫離支撐板，V型定位塊和護(hù)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(hù)板，V型定位塊也將逐步復(fù)位，組裝上桿保持不動(dòng)，組裝下桿繼續(xù)上升，將集電子保持壓緊在上桿端面。

接著進(jìn)行涂膠和第二次組裝。密封膠經(jīng)同步帶持續(xù)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(jìn)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(yán)格控制，膠太多不僅浪費(fèi)，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(fù)位，集電子和密封圈已經(jīng)組裝成集電體。經(jīng)傳感器檢查后，集電體自動(dòng)進(jìn)入下料槽，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸料。

2 結(jié)語

本集電體組裝機(jī)自動(dòng)化程度高，安全可靠，維護(hù)方便，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，已批量投入生產(chǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)能力達(dá)到400只/min，所生產(chǎn)的集電體完全滿足公司產(chǎn)品工藝要求。

［1］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［2］ 羅守信.機(jī)械工程手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)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(shè)備設(shè)計(jì)制造及開發(fā)工作。

2014-03-17