防卡死焊接工裝的設(shè)計和應(yīng)用

吳亞姣

（國機(jī)重工集團(tuán)常林有限公司，江蘇 常州 213000）

0 引言

在工程機(jī)械制造領(lǐng)域，箱體型或框架型的結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品經(jīng)常面臨一個棘手的問題：由于焊接后的收縮和變形，產(chǎn)品在工裝上拼裝點焊完成后，往往無法順利取出。這一問題不僅影響了生產(chǎn)效率，增加了勞動強(qiáng)度，還可能對工件和工裝造成損傷，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸不符合要求[1]。為了解決這一難題，提出了一種防卡死焊接工裝的設(shè)計理念。具體來說，該工裝的轉(zhuǎn)塊與定位板相配合，轉(zhuǎn)塊能以轉(zhuǎn)動銷為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動。當(dāng)工件放置在定位板上時，定位板可以準(zhǔn)確地固定在轉(zhuǎn)塊上，并通過轉(zhuǎn)動銷進(jìn)行轉(zhuǎn)動。定位銷的設(shè)計則確保了定位板在任何時候都能穩(wěn)定地支撐工件，避免了因收縮或變形導(dǎo)致的卡死問題。更重要的是，這種防卡死焊接工裝的轉(zhuǎn)動機(jī)制。當(dāng)工件需要取出時，摩擦力會帶動轉(zhuǎn)塊跟隨產(chǎn)品向上轉(zhuǎn)動，從而避免了卡死現(xiàn)象的發(fā)生[2]。這一創(chuàng)新設(shè)計不僅能有效提高生產(chǎn)效率，降低勞動強(qiáng)度，更能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。為了驗證這一設(shè)計的有效性，對挖掘機(jī)大臂焊件和裝載機(jī)后車架進(jìn)行了實際應(yīng)用測試。結(jié)果表明，該防卡死焊接工裝能有效防止因焊后收縮等因素導(dǎo)致的產(chǎn)品與工裝的卡死問題。這一設(shè)計理念為工程機(jī)械制造領(lǐng)域帶來了新的可能性，具有推廣意義。

1 總體設(shè)計

1.1 產(chǎn)品分析

防卡死焊接工裝應(yīng)用于多個箱體型、框架型結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品上，以其中兩個為例：①挖掘機(jī)大臂焊件；②裝載機(jī)后車架。下面分別對其作簡單的產(chǎn)品分析：

（1）挖掘機(jī)大臂焊件。圖1 為大臂焊件臂板截面圖，大臂焊件是挖掘機(jī)的一個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，是挖掘機(jī)工作時的主要受力部件，其質(zhì)量影響整機(jī)性能和可靠性，臂板是由上下左右四塊板拼焊成的，典型的箱體結(jié)構(gòu)，其左右側(cè)板開檔既有尺寸要求又有對稱度要求。

圖1 大臂焊件臂板截面圖

（2）裝載機(jī)后車架。圖2 為后車架主梁截面圖，后車架是裝載機(jī)的四大結(jié)構(gòu)件之一，呈框架結(jié)構(gòu)，其裝載機(jī)的核心部件：變速箱、發(fā)動機(jī)、電動裝載機(jī)上的電池等都是安裝在后車架上的，而且安裝位置都在后車架的主梁上，所以焊接的時候要滿足左右主梁的開檔尺寸要求及對稱要求。

圖2 后車架主梁截面圖

1.2 工裝設(shè)計原理

箱體或框架結(jié)構(gòu)的焊件在拼裝點焊后，由于焊接受力收縮，內(nèi)檔尺寸會相應(yīng)地縮小，所以在設(shè)計工裝的時候一般會選用同一順的面定位，避免焊后收縮，工件與工裝卡死難以取出。但有些產(chǎn)品需要保證其開檔尺寸以及兩側(cè)的對稱度，用內(nèi)開檔的面定位就能更好的保證其尺寸要求，而且在受力方向上還能有效的防止焊接變形[3]。在嘗試過多種方法后，得出一種防卡死焊接工裝，定位時，定位板定位工件內(nèi)側(cè)，保證產(chǎn)品尺寸要求。工件取出時，定位板自動轉(zhuǎn)動，不再與工件貼合。工件取出后，定位板落下恢復(fù)至定位狀態(tài)。

防卡死焊接工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計原理：防卡死工裝主要包括定位座、轉(zhuǎn)塊、定位板、轉(zhuǎn)動銷和定位銷，定位銷、轉(zhuǎn)動銷安裝在定位座上，定位板安裝在轉(zhuǎn)塊上，轉(zhuǎn)塊通過轉(zhuǎn)動銷進(jìn)行轉(zhuǎn)動。其關(guān)鍵在于兩組銷軸及轉(zhuǎn)塊之間的位置關(guān)系，轉(zhuǎn)塊的下端面與轉(zhuǎn)動銷的中心在同一直線上，轉(zhuǎn)塊的兩個定位面——與定位板的連接面以及與定位銷定位的下端面，兩個面相垂直，相交點就是垂角。當(dāng)拼裝定位時，轉(zhuǎn)塊自由落于定位銷軸上，轉(zhuǎn)塊的下端面與銷軸相切，為保證定位的工件呈垂直狀態(tài)，定位面必須垂直于平臺，那轉(zhuǎn)塊的下平面就要呈水平狀態(tài)，也就是定位銷軸的最高點與轉(zhuǎn)動銷軸的中心高須保持一致。拼焊完成后工件向上取出時，摩擦力帶動轉(zhuǎn)塊以轉(zhuǎn)動銷為中心跟隨產(chǎn)品向上轉(zhuǎn)動，定位板的最下端正好是轉(zhuǎn)動圓的切點，只需有一點點向上的摩擦力定位板的定位面將自動與工件脫離，避免了工件與工裝的卡死。

1.3 工裝結(jié)構(gòu)分析

下面就對上述的兩個產(chǎn)品的應(yīng)用案例進(jìn)行防卡死焊接工裝的結(jié)構(gòu)分析。

（1）挖掘機(jī)大臂焊件工裝。之前在拼焊大臂焊件左右側(cè)板時，用左右側(cè)板的外側(cè)面定位，內(nèi)開檔利用工藝撐卡住，由于工藝撐只起到支撐作用，而且沒有固定定位點，不能居中，大臂焊件點焊后對稱度達(dá)不到圖紙要求。

大臂焊件防卡死焊接工裝如圖3 所示。因大臂焊件的內(nèi)部需焊接，下板是內(nèi)焊完成后下胎具再單獨安裝的，防卡死工裝用于定位大臂的左右側(cè)板的內(nèi)開檔，居中放置，工裝主要包括定位座、四個轉(zhuǎn)動銷、四個定位銷、四塊轉(zhuǎn)塊、四塊定位板。大臂兩側(cè)板的寬度尺寸不是很大，兩側(cè)的轉(zhuǎn)塊可以安裝在一個定位座上，大臂焊件側(cè)板有一定的高度，為保證側(cè)板的垂直度，單邊上下設(shè)立兩個轉(zhuǎn)塊、兩個定位面來定位兩邊側(cè)板。由于大臂比較長，一般一個4 m 左右的大臂胎具中間會放置三至四個防卡死定位座，來保證大臂的對稱度。大臂焊接工序上相對比較復(fù)雜，需上兩次胎具，防卡死定位座轉(zhuǎn)塊落于定位銷上先放置兩側(cè)側(cè)板，再放置頂板，之后壓緊兩側(cè)板和頂板，保證側(cè)板、頂板居中放置，點焊完成后兩側(cè)壓緊縮回，焊件向上取出，帶動轉(zhuǎn)塊向上轉(zhuǎn)動一定的角度，定位面向內(nèi)側(cè)傾斜，順利取出焊件后轉(zhuǎn)塊再次落于定位銷上。焊件內(nèi)焊完成后，再次上胎具時，防卡死定位座無需定位，為避免干涉，轉(zhuǎn)塊向上翻轉(zhuǎn)落于定位座中間擋板上，定位座下面兩個轉(zhuǎn)塊上方開設(shè)的兩個小窗口就是為了定位時撥動轉(zhuǎn)塊的，定位和不定位時操作都很方便。

圖3 大臂焊件防卡死焊接工裝

（2）裝載機(jī)后車架工裝。之前在拼焊后車架左右主梁時，用的是同一順面定位的方法，這樣定位導(dǎo)致左右主梁焊接收縮程度不一致，到鉸接框架和擺架中心尺寸不一樣，對稱度也達(dá)不到圖紙要求。

如圖4 所示，后車架防卡死焊接工裝用于定位后車架的左右主梁、左右兩側(cè)對稱放置。單邊工裝主要包括定位座、兩個轉(zhuǎn)動銷、兩個定位銷、兩塊轉(zhuǎn)塊、兩塊定位板。內(nèi)開檔與大臂焊件不同，左右主梁之間有一定的距離，不適合用整個定位座，所以拆分成單邊定位座定位，根據(jù)主梁各截面處的高度，單邊設(shè)立一個或兩個轉(zhuǎn)塊。后車架主梁中間有個擺架支撐，一般一個后車架胎具會放置兩至三組防卡死定位座。拼裝時，主梁以底部和內(nèi)側(cè)定位，外側(cè)壓緊，所有點焊完成后，外側(cè)壓緊松開，后車架向上取出，各處轉(zhuǎn)塊向上轉(zhuǎn)動，定位面不再與主梁內(nèi)側(cè)貼合，順利取出后轉(zhuǎn)塊落于定位銷上，為下次拼裝作好準(zhǔn)備。

圖4 后車架防卡死焊接工裝

2 應(yīng)用案例分析

從上述兩個應(yīng)用案例中可以看出：內(nèi)檔有尺寸要求的箱體型或框架型結(jié)構(gòu)件，按照常規(guī)的工裝定位內(nèi)檔，放置工藝撐或同一順面都是不可行的，會造成取出困難、焊接變形不一致、對稱度等問題，從而影響生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和美觀。而防卡死焊接工裝在工件取出時，利用摩擦力帶動轉(zhuǎn)塊以轉(zhuǎn)動銷為中心跟隨產(chǎn)品向上轉(zhuǎn)動，定位板的最下端正好是轉(zhuǎn)動的切點的原理，從而避免卡死現(xiàn)象的發(fā)生。又因內(nèi)開檔定位面和焊接收縮方向保持一致，既保證了產(chǎn)品尺寸還防止了焊接變形，其結(jié)構(gòu)簡單合理，穩(wěn)定有效，節(jié)約了人力物力。兩個防卡死工裝的結(jié)構(gòu)原理相同，只是考慮了各產(chǎn)品在拼裝、焊接及取出過程中可能會出現(xiàn)的情況對防卡死工裝進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，形成各自的專用工裝。而且焊接工裝的設(shè)計結(jié)構(gòu)是裝配形式，可以根據(jù)功用采取不同材料與工藝，有利于整體制作和調(diào)整，也利于后期更換與改進(jìn)。

3 結(jié)語

防卡死焊接工裝，只是提供了一種結(jié)構(gòu)構(gòu)思，不是所有產(chǎn)品都適用，而且每個產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)要求都不同，具體的工裝方案還是要對應(yīng)公司的各個產(chǎn)品特點具體分析。當(dāng)然也可以通過上述兩種形式的應(yīng)用事例為啟示，根據(jù)產(chǎn)品特點對工裝進(jìn)行更深入的改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計，例如模塊化、通用化等。隨著我國工程機(jī)械行業(yè)的迅猛發(fā)展，結(jié)構(gòu)件在工程機(jī)械中其中發(fā)揮著巨大的作用，因此，精益生產(chǎn)順應(yīng)了時代的發(fā)展，降本增效在企業(yè)發(fā)展中具有非常重要的意義。上述防卡死焊接工裝在適合的產(chǎn)品上得到應(yīng)用與優(yōu)化，將會產(chǎn)生對結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品的生產(chǎn)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。