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(jī)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(qiáng)度和工作效率。隨著氣動、液壓技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，裝配過程的自動化程度越來越高;高勞動強(qiáng)度，高噪聲污染的作業(yè)方式逐漸被淘汰，相應(yīng)工藝裝備的改進(jìn)需求越來越迫切。

圓環(huán)棒是手動搬運(yùn)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(wěn)定性，在整車的運(yùn)動過程中具有承上啟下的作用。

1 圓環(huán)棒銅套壓裝現(xiàn)狀

目前，手動搬運(yùn)車行業(yè)內(nèi)的圓環(huán)棒銅套的壓裝尚無專用設(shè)備，以筆者公司的現(xiàn)狀為例:AC系列圓環(huán)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(huán)棒裝配銅套時，需要重復(fù)這樣的動作6次，不僅工作效率低、勞動強(qiáng)度高，而且噪聲超標(biāo)。

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

由于焊接產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力變形，6個孔兩兩之間的同軸度數(shù)值難以保證，因此，6個軸套同步壓入孔內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)，這也是多年來無法實(shí)現(xiàn)壓裝軸套自動化的主要原因［1］。

為了提高圓環(huán)棒上壓裝軸套的效率，并降低生產(chǎn)過程中的噪聲污染，我們改變現(xiàn)有的圓環(huán)棒軸套壓裝方式，由手工壓裝改進(jìn)為機(jī)械壓裝。

2 壓套機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)

圓環(huán)棒壓套機(jī)是針對筆者公司現(xiàn)有手動搬運(yùn)車圓環(huán)棒組件銅套裝配工藝需求量身設(shè)計，為改變現(xiàn)有的圓環(huán)棒手工敲套裝配工藝，自主設(shè)計制造的一種專業(yè)性非標(biāo)設(shè)備。

該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)在一根圓環(huán)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(shí)現(xiàn)自動化裝配的問題。

設(shè)備外觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 浮動壓頭結(jié)構(gòu)

圓環(huán)棒焊接件上共有6個孔，孔內(nèi)分別需要裝入銅套，兩端大筋板與圓環(huán)棒兩端6個孔的同軸度、平行度因焊接變形而數(shù)值不確定，要實(shí)現(xiàn)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(shù)值不確定因素［2］。為了消除這種偏差，我們設(shè)計了浮動壓頭機(jī)構(gòu)，如圖2所示。

浮動壓頭由頂桿、螺套、彈簧、鋼球，及緊定螺釘?shù)冉M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(nèi)六角圓柱端緊定螺釘支承鋼珠，分別調(diào)整前后6顆內(nèi)六角圓柱端緊定螺釘間距，保證頂桿外圓軸向與螺套內(nèi)孔在同一軸線。為防止因頂桿旋轉(zhuǎn)而引起鋼珠從V形槽中滑出，由前后2件內(nèi)六角圓柱端緊定螺釘卡入頂桿兩處鍵槽內(nèi)，作軸向滑動。

4 壓套機(jī)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(jī)座面板上，保證圓環(huán)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(nèi)，筋板長端搭在定位塊上，保證圓環(huán)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(yùn)動，通過活塞桿推動使V形塊上端旋轉(zhuǎn)壓板，圍繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，直至壓緊到位，液壓系統(tǒng)的鎖緊回路進(jìn)行保壓鎖緊，完成圓環(huán)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?yōu)殇撆c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(jié)構(gòu)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(yùn)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(shè)置在自動檔位，啟動液壓系統(tǒng)，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(jìn)給。兩側(cè)浮動壓頭機(jī)構(gòu)上的6個壓頭，如圖4所示。

同步向中間運(yùn)動直至與圓環(huán)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(yīng)的孔中心很難保證在同一軸線上，從而對頂桿頭部產(chǎn)生了擠壓力。

第2部分，壓裝的過程:

油缸繼續(xù)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(nèi)做自由擺動［2］。在擠壓力的作用下，頂桿向相反的方向運(yùn)動，將相應(yīng)的彈簧力作逐漸調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)與工件內(nèi)孔在同一軸線上。

由廣義虎克定律可知，頂桿在平面內(nèi)的擺動，平面應(yīng)力狀態(tài)可由式(1)算出:

平面應(yīng)變狀態(tài)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(yīng)力 σx、σy、σz及應(yīng)變 εx、εy、εz間的關(guān)系也適用于主應(yīng)力 σ1、σ2、σ3與主應(yīng)變 ε1、ε2、ε3的關(guān)系。

由式(1)和(2)，可以確定彈簧的安全系數(shù)，選擇相應(yīng)規(guī)格的彈簧，進(jìn)而選擇相應(yīng)的螺套配合孔規(guī)格，以保證壓頭機(jī)構(gòu)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(nèi)壁的摩擦阻力。在液壓作用下，頂桿繼續(xù)向前推動，頂桿頭部探入圓環(huán)棒焊接件內(nèi)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(huán)棒焊接件內(nèi)孔中心。在油缸的推動下，軸套與內(nèi)孔配合到位，兩端齊平。

第3部分，壓裝機(jī)構(gòu)的回退:

到達(dá)極限位置后，電磁傳感器給控制系統(tǒng)發(fā)出信號，進(jìn)入油缸回退狀態(tài)。在油缸的帶動下，頂桿機(jī)構(gòu)回到初始狀態(tài)，完成工裝工作的1個循環(huán)過程。

5 結(jié)語

與傳統(tǒng)壓套工藝相比，該設(shè)備具有以下優(yōu)勢:

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

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

(3)采用了360°浮動導(dǎo)向定心機(jī)構(gòu)，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(jī)配備了多個系列壓裝模板，可以根據(jù)不同的零件規(guī)格生產(chǎn)需要，更換相應(yīng)的浮動壓頭機(jī)構(gòu)，使得該機(jī)具備了通用性，實(shí)現(xiàn)多規(guī)格壓裝。

(5)操作控制系統(tǒng)設(shè)有手動和自動控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)采用PLC編程控制，便于維護(hù)和保養(yǎng)。

(6)公司安全部門對操作區(qū)域進(jìn)行了數(shù)據(jù)檢測，手工裝配敲套的噪聲約為86 dB。該設(shè)備在使用時，噪聲完全消除。

(7)設(shè)備的安全程度取決于設(shè)備結(jié)構(gòu)及制造精度和控制程序的合理性，較傳統(tǒng)的立式壓套方式，安全系數(shù)有了較大提高。

(8)可實(shí)現(xiàn)在1根圓環(huán)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(qiáng)，李海強(qiáng).缸套壓裝中壓頭的設(shè)計［J］.機(jī)械工程師，2003(7):74－75.

［2］羅文翠，王玉虎，李有堂，等.高速剪切機(jī)浮動送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析［J］.化工機(jī)械，2011(1):60－62.