浮動式單面雙點焊機構(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)核心在于將點焊焊鉗集成到夾具上去，實現(xiàn)點焊焊接。單面點焊是普通壓力電阻點焊的一種特殊形式，它既能滿足普通壓力電阻點焊的原理要求，又有自己獨特的特點。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。

單面點焊

1.單面點焊原理

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、振動、裝配匹配調(diào)整及電泳等原因，均有可能會造成零件變形，并對后續(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）的隱患。因此，門的內(nèi)板、外板在完成包邊工藝之后，都會增加一道單面點焊工藝，主要的目的在于確保門蓋包邊完成后，門內(nèi)外板之間的相對位置不再發(fā)生變化。

單面點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處即形成焊接焊點。

圖1 單面焊工作原理

單面雙點焊則是將單面點焊的電極數(shù)量由一組變?yōu)閮山M，其電極的壓緊運動形式通常為搖臂翻轉(zhuǎn)或直線推進形式，利用氣缸推動力將電極壓緊并通電后實現(xiàn)焊接。單面雙點焊機構(gòu)往往用于夾具結(jié)構(gòu)緊湊、人工焊鉗操作難以實現(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，操作簡單，空間占用少，成本相對單點焊較低。

2.單面焊點分布

在公司白車身發(fā)動機艙蓋總成的3D圖樣數(shù)據(jù)上，研發(fā)部門一般設(shè)計為8個單面焊點。但是，在項目實際實施以及驗證過程中，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)對比以及資料查閱，形成公司針對四門兩蓋總成單面焊點的最少數(shù)量推薦標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。與此同時，還參考了德系部分對標(biāo)車型，例如Passat前蓋總成上就使用了10個單面焊點（見圖2中紅色點）。

表1 單面焊焊點數(shù)的推薦值

圖2 Passat車型前蓋單面焊點分布

機構(gòu)原理及方案論證

1.機構(gòu)原理

單面雙點焊技術(shù)的機構(gòu)原理是：機構(gòu)壓緊后，工件上分布有并排兩組對壓壓緊頭，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固定在夾具上的安裝座運動，其運動形式通常采用搖臂翻轉(zhuǎn)或氣缸推進，利用氣缸壓力壓緊并通電后實現(xiàn)焊接。

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

圖3 單面雙點焊夾具單元

2.單面雙點焊結(jié)構(gòu)方案論證

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

對上述問題進行分析后發(fā)現(xiàn)，問題主要出現(xiàn)在單面雙點焊機構(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 壓緊機構(gòu)受力分析

2）壓緊點支撐小于電極壓緊力：支撐端壓緊力464N，雙導(dǎo)桿氣缸推進電極端壓緊力為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、包邊總成厚度波動等情況下，會出現(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)致兩端焊點焊后壓痕不一致和一個焊點過燒、另一焊點未焊透的問題。

圖5 電極與氣缸固定連接

3.浮動式單面雙點焊機構(gòu)

基于以上論證分析，要解決的質(zhì)量技術(shù)問題是：設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、可解決傳統(tǒng)機構(gòu)產(chǎn)生的焊點質(zhì)量不穩(wěn)定問題的新型夾具集成式單面雙點焊機構(gòu)，稱之為浮動式單面雙點焊機構(gòu)。

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

平板壓緊機構(gòu)（見圖6）相對簡單，共由4部分組成。典型搖臂壓緊機構(gòu)搖臂（T形），該零件設(shè)計需同時具備旋轉(zhuǎn)、限位等設(shè)計要求，需要注意平面壓緊機構(gòu)的壓緊平面作為支撐面，其壓緊力應(yīng)大于電極壓緊機構(gòu)壓緊力，并以限位機構(gòu)限制壓緊位置。T形搖臂兩端分別連接兩個轉(zhuǎn)接塊，兩個轉(zhuǎn)接塊上各連接一個壓緊塊，壓緊塊上各連接一個電纜安裝板，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，以增加導(dǎo)電性能；各部分之間的連接均采用銷-釘機構(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 平板壓緊機構(gòu)

電極壓緊機構(gòu)（見圖7）相對復(fù)雜，依靠對電極壓緊機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，可實現(xiàn)兩端電極的浮動。浮動壓緊機構(gòu)的固定安裝座與伸縮氣缸（通常為雙導(dǎo)桿氣缸）相連，實現(xiàn)整個電極壓緊機構(gòu)的伸縮運動。浮動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構(gòu)安裝于浮動連接板兩端，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，浮動連接板軸銷孔安裝無油襯套，襯套起增加潤滑、提升裝配精度的作用。實際生產(chǎn)過程中，使用焊接電極有利于電極磨損后快速維修、更換。機構(gòu)受力如圖8所示，F(xiàn)a=F1+F2，整體浮動式機構(gòu)可圍繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)任意角度均可保證F1=F2。

圖7 電極壓緊機構(gòu)

圖8 電極壓緊機構(gòu)受力分析

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

浮動式單面雙點焊機構(gòu)設(shè)計相比原有機構(gòu)有三處改善：

1）上下部支撐壓緊機構(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電極的壓緊力可達(dá)到2560N/2=1250N。

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

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

結(jié)語

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