湯輝 吳立新 姚運(yùn)張 張清 王遠(yuǎn)志 張翰林

摘要：汽車濾清器作為雜質(zhì)或氣體過(guò)濾的配件，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣潔凈、機(jī)油和燃油清潔以及發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作等方面起著十分重要的作用。在機(jī)油濾清器和燃油濾清器中，蓋板是保證車輛在復(fù)雜振動(dòng)工況下能夠穩(wěn)定安裝、正常工作的重要保障。特別是組合壓裝式蓋板，傳統(tǒng)的采用人工壓裝的生產(chǎn)方式存在效率低、質(zhì)量一致性差、廢品率高的問(wèn)題?；诖?，研發(fā)了濾清器組合式蓋板多工位自動(dòng)壓裝用成套模具，并通過(guò)自動(dòng)壓裝設(shè)備的開發(fā)實(shí)現(xiàn)了組合式蓋板的連續(xù)壓裝。該濾清器蓋板多工位自動(dòng)壓裝設(shè)備在降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，顯著地提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品的質(zhì)量一致性，為濾清器乃至發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作提供了堅(jiān)實(shí)保障。

關(guān)鍵詞：濾清器;蓋板;自動(dòng)壓裝;模具

0 引言

濾清器是汽車保養(yǎng)維修中更換頻率較高的配件，市場(chǎng)需求量大。作為雜質(zhì)或氣體過(guò)濾的配件，汽車濾清器在保證發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣潔凈、機(jī)油和燃油清潔以及發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作等方面起著十分重要的作用。在機(jī)油濾清器和燃油濾清器中，蓋板是保證車輛在復(fù)雜振動(dòng)工況下能夠穩(wěn)定安裝、正常工作的重要保障。組合壓裝式蓋板是機(jī)油濾清器和燃油濾清器中常用的蓋板形式[1-3]，其生產(chǎn)所采用的傳統(tǒng)人工壓裝生產(chǎn)方式存在效率低、質(zhì)量一致性差、廢品率高的問(wèn)題，嚴(yán)重影響濾清器的可靠性以及生產(chǎn)企業(yè)的效益[4]。

本文對(duì)組合壓裝式蓋板的多工位自動(dòng)裝配工藝進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了各工位的模具壓頭，并開發(fā)了自動(dòng)壓裝設(shè)備。濾清器蓋板多工位自動(dòng)壓裝設(shè)備在降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，顯著地提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品的質(zhì)量一致性，為此類蓋板的自動(dòng)化生產(chǎn)提供了一定的參考。

1 組合式濾清器蓋板

濾清器蓋板的種類較多，組合式通常采用焊接或鉚接結(jié)構(gòu)。如圖1所示，組合式濾清器蓋板由螺紋蓋板和薄蓋板組成，為鉚合結(jié)構(gòu)。濾清器的工況條件存在振動(dòng)、溫度變化等多種情況，要求蓋板的連接具有較高的強(qiáng)度、耐熱性，在螺紋蓋板和薄蓋板壓合過(guò)程中不應(yīng)產(chǎn)生斷裂等問(wèn)題。為了保證鉚接的質(zhì)量，薄蓋板的鉚接齒和螺紋蓋板的鉚接槽之間需采用過(guò)盈配合，以提高工作可靠性，因此對(duì)蓋板零件的形狀、尺寸精度等提出了較高的要求。針對(duì)產(chǎn)品的壓裝工藝，不能采用一次成型壓裝，而是需分三個(gè)工位實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的鉚合，具體包括：（1）初步鉚合;（2）預(yù)成型鉚合;（3）成型-完成蓋板壓裝鉚合。

2 各工位壓裝模具設(shè)計(jì)

確定工位后，根據(jù)各工位的要求進(jìn)行相關(guān)模具的設(shè)計(jì)。如圖2所示，由于鉚接齒和螺紋蓋板的鉚接槽之間為過(guò)盈配合，所以在自然放置狀態(tài)下，螺紋蓋板和薄蓋板之間存在一縫隙?？紤]壓合過(guò)程，將壓合的模具設(shè)計(jì)了模頭和卡盤兩部分，卡盤部分定位固定零件，模頭部分用來(lái)壓彎鉚接齒，從而實(shí)現(xiàn)定位和壓裝。自動(dòng)化壓裝工藝包括多個(gè)工位同時(shí)進(jìn)行不同步驟的壓裝，為此通過(guò)分析設(shè)計(jì)了各工位的壓頭和定位卡盤，保證壓裝的質(zhì)量和工藝連續(xù)性。

2.1 ? ?模頭設(shè)計(jì)

蓋板壓裝是通過(guò)初步鉚合、預(yù)成型、成型三個(gè)工位實(shí)現(xiàn)。其中初步鉚合模頭將薄蓋板的鉚接齒由內(nèi)向外壓至一定傾斜度，預(yù)成型模頭將鉚接齒卡緊螺紋蓋板，成型模頭將薄蓋板和螺紋蓋板完全鉚合。模頭朝向卡槽的端面為壓合平面，壓合平面的邊緣分別設(shè)有倒角。經(jīng)過(guò)分析和工藝試驗(yàn)后，初步鉚合模頭、預(yù)成型模頭及成型模頭上的倒角與壓合平面之間的夾角分別為60°、30°、2°，如圖3所示。

2.2 ? ?卡盤設(shè)計(jì)

卡盤結(jié)構(gòu)如圖4所示，其形狀是根據(jù)薄蓋板底部形狀設(shè)計(jì)的，能夠與薄蓋板底部良好貼合，承受鉚合過(guò)程中的壓力，避免因壓力過(guò)大而造成蓋板斷裂、損壞等問(wèn)題。

3 自動(dòng)壓裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 ? ?控制流程及控制策略

自動(dòng)壓裝系統(tǒng)采用回轉(zhuǎn)托盤結(jié)構(gòu)，采用步進(jìn)切換工位。系統(tǒng)主要由進(jìn)料、定位、壓裝、出料四部分組成。

詳細(xì)流程步驟如下：

（1）將蓋板零件放入回轉(zhuǎn)托盤上的定位裝置中，零件隨著托盤旋轉(zhuǎn)到壓裝工位;

（2）當(dāng)轉(zhuǎn)到固定工位后，由控制程序?qū)毫Ω纵斎朊?，各工位同時(shí)進(jìn)行蓋板的壓裝;

（3）蓋板通過(guò)多個(gè)工位完成壓裝后轉(zhuǎn)到移出位置，再由移出裝置將蓋板移出。

控制系統(tǒng)主要包含控制機(jī)構(gòu)、傳感機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、人機(jī)界面?？刂茩C(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的關(guān)鍵，常采用PLC作為控制機(jī)構(gòu)的核心。傳感機(jī)構(gòu)的作用是感應(yīng)零件是否到達(dá)準(zhǔn)確位置、各氣缸是否處于原位還是到位狀態(tài)等，并將這些信號(hào)輸入到控制機(jī)構(gòu)PLC中。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)托盤進(jìn)行回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)托盤回轉(zhuǎn);壓力缸由氣體系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)氣缸實(shí)現(xiàn)模頭的下行壓裝，其控制閥選用三位五通閥。人機(jī)界面采用按鈕結(jié)合面板的形式，便于操作和控制。

3.2 ? ?控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

濾清器蓋板自動(dòng)壓裝系統(tǒng)中有11個(gè)輸入信號(hào)，包括4個(gè)氣缸上的8個(gè)限位傳感器（分前傳感器和后傳感器兩類）、2個(gè)開關(guān)按鈕和1個(gè)轉(zhuǎn)盤的角位移傳感器;輸出信號(hào)有6個(gè)，包括氣缸的伸出和退回信號(hào)、轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)電機(jī)的信號(hào)、傳送電機(jī)的正反轉(zhuǎn)信號(hào)和上下料電磁鐵通電產(chǎn)生的磁力信號(hào)。針對(duì)控制要求，選用臺(tái)達(dá)DVP24ES200R/T可編程控制器，其PLC具有高速、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，且輸入點(diǎn)數(shù)為16，輸出點(diǎn)數(shù)為8，能夠滿足控制的要求[5]。

控制系統(tǒng)的I/O輸入輸出分配如表1所示。

3.3 ? ?設(shè)備控制策略

濾清器蓋板自動(dòng)壓裝系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為兩大部分：自動(dòng)壓裝程序和自動(dòng)零件移出程序。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)打開臺(tái)面，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，角位移傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)到固定的角度時(shí)，所有氣缸伸出壓裝零件，同時(shí)回轉(zhuǎn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，電磁鐵通電使之產(chǎn)生磁力將零件吸住。在氣缸伸出到最低位置的前傳感器時(shí)，所有氣缸退回，回轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，傳送電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)氣缸退回到氣缸后傳感器時(shí)，電磁鐵斷電，傳送電機(jī)反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制。

4 結(jié)語(yǔ)

為了提高鉚接組合式濾清器蓋板的裝配效率，本文開展了該產(chǎn)品的自動(dòng)壓裝設(shè)備的研究開發(fā)工作。首先對(duì)組合式濾清器蓋板的自動(dòng)壓裝工藝進(jìn)行了分析，規(guī)劃了通過(guò)三工位完成壓裝的方案;然后進(jìn)行了壓裝用模具壓頭和定位卡盤的設(shè)計(jì);最后完成了自動(dòng)壓裝設(shè)備控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了鉚接組合式濾清器蓋板的多工位自動(dòng)壓裝，在降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，生產(chǎn)效率及產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性都得到了大幅度提升。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 周毅，吳江.濾清器螺紋蓋板沖壓模具設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2012（2）：87，90.

[2] 吳一敏.車用空氣濾清器的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車研究與開發(fā)，1999（4）：42-51.

[3] 張振龍.電液伺服閥銜鐵組件自動(dòng)壓裝機(jī)的研制[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

[4] 王立志，李元伶.數(shù)控輪對(duì)自動(dòng)壓裝機(jī)研制[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2009，37（6）：57-59.

[5] 張亞鋒，孟飛，張美鳳，等.基于汽車起動(dòng)行星軸的壓裝機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2016（11）：134-137.

收稿日期：2020-08-14

作者簡(jiǎn)介：湯輝（1997—），男，安徽滁州人，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。