茍丹，牛潤(rùn)澤，劉靜，潘星，陳文博，張哲

某重型汽車前防護(hù)橫梁總成焊接工藝裝備設(shè)計(jì)

茍丹，牛潤(rùn)澤，劉靜，潘星，陳文博，張哲

（陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200）

針對(duì)某重型汽車前防護(hù)橫梁總成設(shè)計(jì)了一種合理的點(diǎn)固焊用氣動(dòng)工藝裝備，在降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，提高產(chǎn)品加工效率；同時(shí)由機(jī)械閥控制各氣缸運(yùn)行狀態(tài)，操作簡(jiǎn)單，夾緊牢固可靠；此外，該工藝裝備關(guān)鍵焊接定位部件的材料選用黃銅與尼龍組合，有效解決了焊接打火問題，保證了焊接質(zhì)量及安全性。

前防護(hù)橫梁；氣動(dòng)工藝裝備

1 引言

某重卡前下部防護(hù)裝置，安裝于駕駛室下前部，主要作用是防止或避免與乘用車碰撞時(shí)，乘用車鉆入其卡車底部造成惡性事故，從而減少對(duì)乘用車中人員和財(cái)產(chǎn)的損害。依據(jù)《商用車前下部防護(hù)要求》規(guī)定，前下部防護(hù)已列入重卡整車標(biāo)配產(chǎn)品，成為保障商用車安全性能的必要部件。

而前防護(hù)橫梁總成作為前下部防護(hù)裝置的重要構(gòu)件，是其碰撞試驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)所在部位，因此，前防護(hù)橫梁總成的產(chǎn)品加工、質(zhì)量及強(qiáng)度保證尤為重要，直接關(guān)系著前下部防護(hù)裝置相關(guān)試驗(yàn)?zāi)芊襁_(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。目前，某重卡符合法規(guī)版的前防護(hù)橫梁總成為新設(shè)計(jì)產(chǎn)品，與原有結(jié)構(gòu)差異較大，無法實(shí)現(xiàn)工藝裝備通用，急需設(shè)計(jì)一套新工藝裝備來滿足產(chǎn)品加工，同時(shí)降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提升加工效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量及一致性。

圖1 某車型前防護(hù)橫梁總成

圖1為某重型汽車前防護(hù)橫梁總成，由橫梁、加強(qiáng)板、8個(gè)螺栓、2個(gè)彎頭組成。本文針對(duì)該件設(shè)計(jì)了一套點(diǎn)固焊用氣動(dòng)工藝裝備，該裝備具有裝配精度高、效率高、操作方便、可實(shí)現(xiàn)多工序加工等優(yōu)點(diǎn)。

圖2為前防護(hù)橫梁總成產(chǎn)品點(diǎn)固焊工藝流程圖。

圖2 點(diǎn)固焊工藝流程簡(jiǎn)圖

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 工作原理

本文設(shè)計(jì)的氣動(dòng)工藝裝備，以9個(gè)氣缸為主要?jiǎng)恿υ?，利用氣缸產(chǎn)生的壓力實(shí)現(xiàn)工件壓緊定位及舉升平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，并配合相應(yīng)定位部件，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在該裝備上的位置固定，且該9個(gè)氣缸分為四組，分別由四個(gè)機(jī)械閥進(jìn)行控制，根據(jù)產(chǎn)品加工工藝拆分，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工序的夾緊固定，產(chǎn)品升降等，確保產(chǎn)品定位點(diǎn)固焊一致性[1]。

1-彎頭定位裝置左 2-橫梁與加強(qiáng)板壓緊裝置 3-基準(zhǔn)支撐平臺(tái) 4-螺栓壓緊裝置 5-固定定位支撐 6-基準(zhǔn)底板 7-彎頭定位裝置右 8-油水分離器 9-底座支架總成 10-人控機(jī)械閥 11-舉升平臺(tái)裝置 12-鎖扣式轉(zhuǎn)向輪

圖3為工藝裝備示意圖，工作過程：①放置加強(qiáng)板于基準(zhǔn)支撐平臺(tái)上，將螺栓通過加強(qiáng)板上螺栓過孔穿入基準(zhǔn)支撐臺(tái)的定位孔中，通過兩個(gè)螺栓壓緊裝置進(jìn)行壓緊，完成8個(gè)螺栓與加強(qiáng)板的焊接；②將橫梁放置于加強(qiáng)板總成中，端頭進(jìn)行限位，通過橫梁與加強(qiáng)板壓緊裝置實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)板與橫梁的夾緊，完成加強(qiáng)板與橫梁的定位點(diǎn)焊；③通過舉升平臺(tái)裝置中的氣缸向上運(yùn)動(dòng)推動(dòng)兩個(gè)圓柱塊，使加強(qiáng)板與橫梁焊接件向上運(yùn)動(dòng)至指定高度；④根據(jù)定位安裝兩側(cè)彎頭，通過彎頭定位壓緊裝置進(jìn)行彎頭壓緊，完成彎頭和橫梁的點(diǎn)固焊。

此工藝裝備采用人控機(jī)械閥分別控制各組氣缸狀態(tài)，在該工裝上即可完成各個(gè)工序的定位點(diǎn)焊。氣缸舉升平臺(tái)可使產(chǎn)品達(dá)到指定裝配位置，滿足產(chǎn)品裝配尺寸要求，降低加工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.2 氣缸推力的計(jì)算

氣缸推力是壓緊過程以及舉升平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，推力的大小決定產(chǎn)品能否達(dá)到夾緊狀態(tài)，裝配間隙能否滿足后續(xù)產(chǎn)品焊接質(zhì)量一致性。利用氣缸推力計(jì)算公式，計(jì)算出所需氣缸的缸徑，根據(jù)各定位部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇氣缸行程，進(jìn)而確定氣缸選型，涉及計(jì)算公式如下[2]：

F=P*A-f （1）

F：氣缸出力（kgf）

A：截面積（cm2）；

P：使用的壓力（kgf/cm2）

f：摩擦阻力（kgf）。

G=m*g （2）

m：產(chǎn)品重量（kg）

g：重力加速度（N／kg）。

因該設(shè)備中氣缸運(yùn)動(dòng)存在兩種狀態(tài)：平推和舉升狀態(tài)。平推時(shí)忽略摩擦系數(shù)，即氣缸的活塞輸出力大于等于產(chǎn)品重力G，實(shí)測(cè)產(chǎn)品重量m=32.07kg，因此利用公式F=G計(jì)算可得，F(xiàn)=320.7N，假設(shè)氣缸使用的壓縮空氣力為0.45MPa，利用A=F/P=πr2，計(jì)算可得r=15mm，因此氣缸缸徑要求大于等于30mm均可滿足產(chǎn)品夾緊要求。

舉升時(shí)需要考慮摩擦系數(shù)，即氣缸的活塞輸出力減去摩擦力大于產(chǎn)品重力G1，同理，計(jì)算得出r=18mm,因此氣缸缸徑要求大于等于36mm，方可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品舉升要求。

針對(duì)每個(gè)工序，結(jié)合產(chǎn)品受力要求，計(jì)算出各組氣缸缸徑，同時(shí)根據(jù)各個(gè)定位部件位置設(shè)定，確定氣缸行程滿足要求，最終進(jìn)行氣缸的合理選用。

2.3 螺栓定位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選用

1-內(nèi)定位銅套 2-外定位套 3-基準(zhǔn)支撐臺(tái) 4-壓緊裝置

螺栓與加強(qiáng)板點(diǎn)固焊定位結(jié)構(gòu)如圖4所示，將螺栓內(nèi)定位套1的尺寸設(shè)計(jì)小于基準(zhǔn)支撐臺(tái)3的高度，內(nèi)定位套1與外定位套2采用過盈配合，內(nèi)外定位套組合件與基準(zhǔn)支撐臺(tái)3采用過盈配合裝配[3]，其中內(nèi)定位套1材料選用黃銅，外定位套2材料選用尼龍，利用黃銅導(dǎo)電性和尼龍的絕緣性特點(diǎn)，有效的避免了焊接過程打火問題[4]。

3 結(jié)論

通過該工藝裝備的設(shè)計(jì)，可滿足前防護(hù)橫梁總成產(chǎn)品的裝車加工需求，且具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）在一個(gè)工藝裝備上實(shí)現(xiàn)了該產(chǎn)品各個(gè)工序的定位點(diǎn)固焊，減少了工序轉(zhuǎn)運(yùn)，在提高加工效率的同時(shí)，有效降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）產(chǎn)品焊接質(zhì)量及產(chǎn)品一致性得到控制，為斷續(xù)焊縫專機(jī)焊接鑒定基礎(chǔ)。

（3）設(shè)備采用氣缸作為動(dòng)力源，人工控制機(jī)械閥，裝配精度高，操作方便。

[1] 李家寶.夾具設(shè)計(jì)原理[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1957.

[2] 張策.機(jī)械動(dòng)力學(xué)[M].高等教育出版社,2008.

[3] 浦林祥.金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,1995.

[4] 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,1991.

Design of Welding Technology and Equipment for Front Protective Crossbeam Assembly of a Heavy Truck

Gou Dan, Niu Runze, Liu Jing, Pan Xing, Chen Wenbo, Zhang Zhe

( Shaanxi Wanfang Auto Parts Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

A reasonable pneumatic equipment for spot welding is designed for the front protection beam assembly of a heavy truck. Through process optimization and process resolution analysis, a reasonable pneumatic welding equipment is designed to reduce labor intensity at the same time, improve product processing efficiency; At the same time by the solenoid valve control of the cylinder running state, simple operation, clamping firm and reliable; In addition,the material of the key welding positioning parts of the process equipment is brass and nylon combination, which effectively solves the problem of welding ignition and ensures the quality and safety of welding.

Front guard beam; Pneumatic process equipment

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.06.042

U466

B

1671-7988(2021)06-137-03

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茍丹，就職于陜西萬方汽車零部件有限公司。