柔性焊接工装技术的应用

(整期优先)网络出版时间:2021-02-24
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柔性焊接工装技术的应用

刘斌

大连机车车辆有限公司 116000

摘要:由于市场对加工制造业的迫切需求,对于产品开发、工装以及生产组织等环节的对其响应速度产生了更多需求。通过分析公司的主要产品以及车间使用的工具等现有的问题,结合公司现有工具的优缺点,总结柔性工具、焊接工装及其设计的关键技术,以及模具制造的方式及其对焊接的影响。实现机车顶棚模具的灵活模块化设计,为后期公司在模具投资与生产设计层面积累相关经验。

关键词:焊接;柔性;工装

引言:如今,在各种工业生产线上,特别是在焊接领域中,对工具设备系统的灵活性的要求越来越高。在满足生产周期要求,确保过程质量并在多种类型的工件之间进行切换的前提下,系统中的各种工装设备需要具有一定的标准化,模块化和自动化设计,甚至需要将各种新信息技术与人工设计相结合,才可实现柔性化生产。

1 研发背景及基本构思

用于车辆部件的柔性焊接工装(简称柔性工具)属于轨道车辆制造技术领域,并应用于城市轨道车辆,不锈钢车辆,铝制的车顶,底架,侧壁,整体成分和其他大型部件合金汽车等[1]。组装和焊接,也可用于小零件的组装和焊接,例如牵枕缓,底架端部和转向架侧梁,框架组成等。

为适应于不同用户的需求,设计师不得不设计各种形式的机车顶棚形状。每种机车顶板形状都需设计相应的顶棚工装,并且工具零件大部分由焊接固定的。国产传统机车顶板焊接工装平台运用了特定原则设计,平台专用。必须为每个车型设计相应的机车顶板焊接工装台。这导致在模具上的大量投资,增加的制造成本并延长了既定的制造周期。如果暂时不生产产品,也会导致机车顶板焊接工装台处于闲置状态,从而占用空间并增加不必要的库存成本。同时,如果不再对应机车顶板焊接工装平台的产品停产,这些工装将成为废品,在很大程度上降低了工装的使用率[2]。针对以上问题,迫切需要将工装设备从固定改为可移动,可调节,且由杂及简;由多个转为几个品种工装。

2 焊接工装柔性化设计实施过程

2.1 机车顶盖的组焊工装

机车顶板的装配焊接工装主要是指装配焊接夹具。完成顶盖焊接结构生产中的组装焊接程序是最重要和最大的基本工艺设备,它属于非标准设计和制造过程设备,结合公司使用的工装夹具的优缺点,在机车顶板总成焊接工装的设计过程中,特别注意工装的标准化和标准化设计,以通用为准。成为公司内部的企业标准零件,可以在以后的模具设计中重复使用备件,以提升利用率,减少生产成本并缩短产品制造周期。焊接工装机构的机械压缩结构设计应结合自身产品,全面发挥其巧妙构思,力求生产出结构简单,方便实用的定位夹紧结构。

2.2 机车顶盖的组焊工装设计的特殊性

2.2.1大部分顶盖部件是由薄板冲压部件即为弹性部件制成,其尺寸大,刚度低且易于变形。因此,零件尺寸的稳定性受材料和冲压工艺等因素的影响很大。

2.2.2机车车顶是外观复杂的空间弯曲结构件,大部分是半径较大的弯曲件。通常使用三维坐标来描述尺寸关系,因此,在设计装配焊接夹具时,请尝试选择规则的平面或零件的倾斜表面,并使用不太复杂的曲线或曲面。在很多情况下,金属板是通过仿形进行定位的,因此在确保可靠定位的前提下,零件与定位元件之间的接触面会最小化[3]

2.2.3由于装配焊接部件是由薄板冲压而成的,因此弹性变形很大,装配焊接夹具主要设计用于过度定位,骨架的定位部件具有定位和夹紧功能以及检查零件尺寸的功能,通过按压以校正原始尺寸,零件可以适当地变形到位[4]

2.3 机车顶盖的组焊平台的组成部分

该解决方案已完全应用于机车顶篷的柔性焊接平台。近年来,这种解决方案已被用于为各种车型设计工具,制造成本均为万余元左右。整体结构主要由底板,底板框架,斜槽,连接板,垂直板,缸架,缸,控制阀等组成。

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图1 实施实例示意图

图1所示,机车柔性焊接平台包括基座1,滑槽2从左到右以相等的间隔固定在其上。斜槽2连接到垂直板3,并且垂直板3穿过。连接板7固定地连接到一个主体中。基部1在前后侧均具有导轨,并且每个导轨均具有可左右移动的气缸安装框架4。在两个气缸安装框架4之间布置了一个横梁。有一个可以在其上来回移动的气缸7。

所示的竖直板3的底部通过T形螺栓固定在滑槽2中,该T形螺栓是可拆卸的连接。所示的连接板6包括连接板主体和竖直地设置在连接板的底表面上的多个连接块。连接块对应于每个竖直板3,并且通过螺栓可拆卸地连接。连接板6可以拆卸和更换以适应不同形状的机车顶盖。这意味着您只需要设计相应的垂直板即可组装不同型号的产品。

在设计开始时,我们使用圆柱作为压缩动力源来压缩顶盖。但是,在实际应用过程中,发现机车顶盖的曲面半径太大,无法被气缸直接压缩,并且在气缸接触头上会产生水平分力,从而导致气缸接触头弯曲和变形。容易损坏气缸。后来,分阶段使用两种类型的梁进行压实,但不能保证压实的对称性。直到完成第一批顶盖,才解决顶盖弯曲表面的压紧问题。在后期,经过多次实验,压紧结构被分段压实,如图2所示。

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图 2 气缸压紧结构示意图



该方案是首先将圆柱体3放在中心位置并紧紧按压,然后将圆柱体2和圆柱体4分别下降到点B和B′。连杆支撑用于AB和AB`之间,以补偿圆柱接触头在圆弧上产生的水平分量。同样,气缸1和5下降到点C和C`,并且在BC和B`C`之间使用连杆支撑来抵消气缸接触头在圆弧上产生的水平分力。

由于机车顶板的装配焊接平台采用了灵活的设计,因此它并不是一种特殊的工具。在设计中尽可能使用标准化零件或固定装置,并建立公司的标准化零件和标准零件库。通过对公司目前使用的产品和工装的分析,对机车顶板总成焊接工装的平台和骨架部分进行了标准化,实现了平台和骨架的复用,完全发挥了柔性工装优越性。

六、结论

使用该方案设计的工具可以缩短设计和制造周期,并节省原材料和加工成本。同时,这对于以后的修改和升级也很方便。另外,使用标准化和标准化设计零件的重复利用率约为55%至75%,可节省约75%的模具制造成本,进而减少了生产及制造成本。

参考文献:

[1]赵鹃,赖小川,耿昌,郭翼翔. 焊接工装夹具在制造生产中的作用探讨[J]. 科技资讯,2018(02):133-134.

[2]陈晓. 先进焊接工装夹具及其在机械装备制造业中的应用[J]. 现代制造技术与装备,2017(08):135-136.

[3]颜廷立. 探讨先进焊接工装夹具在机械装备制造中的运用[J]. 山东工业技术,2016(19):115-116.

[4]朱杰辉. 机械装备制造业中焊接工装夹具的运用分析[J]. 山东工业技术,2016(10):133-135.