托布輪滑機(jī)構(gòu)焊接成形工藝優(yōu)化*

顏科紅

(無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院制造技術(shù)系，江蘇 無(wú)錫 214028 )

托布輪滑機(jī)構(gòu)焊接成形工藝優(yōu)化*

顏科紅

(無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院制造技術(shù)系，江蘇 無(wú)錫 214028 )

針對(duì)托布輪滑機(jī)構(gòu)焊接變形問(wèn)題，分析焊接變形缺陷成因；根據(jù)托布輪滑機(jī)構(gòu)裝配尺寸精度要求，基于工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)焊接設(shè)備，采用“一體式”焊接夾具裝夾，優(yōu)化焊接成形工藝，進(jìn)行托布輪滑機(jī)構(gòu)焊接制作。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，“一體式”焊接夾具結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，焊接成形工藝合理，有效解決焊接變形問(wèn)題，滿足托布輪滑機(jī)構(gòu)安裝工藝要求，具有一定實(shí)用價(jià)值。

托布輪滑機(jī)構(gòu)；工業(yè)機(jī)器人；焊接夾具；焊接變形

托布輪滑機(jī)構(gòu)是拉幅定形機(jī)上用于將布料夾緊在機(jī)架導(dǎo)軌上進(jìn)行烘干定形的機(jī)構(gòu)[1]。其在機(jī)器兩側(cè)左右對(duì)稱布置，為了保證布料沿著導(dǎo)軌喂布時(shí)兩邊受力均勻，不致使布料產(chǎn)生褶皺，因此對(duì)托布輪滑機(jī)構(gòu)的位置精度提出了很高的要求[2]。某公司生產(chǎn)的拉幅定型機(jī)，其托布輪滑機(jī)構(gòu)采用1Cr19Ni9Ti材料焊接而成。現(xiàn)有的焊接工藝使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的焊接變形，無(wú)法達(dá)到規(guī)定的精度要求。實(shí)際生產(chǎn)中，只能通過(guò)調(diào)整機(jī)器上其他多個(gè)部件的相互位置的方法，進(jìn)行裝配，需要耗費(fèi)大量時(shí)間和精力。為了解決焊接變形而導(dǎo)致機(jī)器裝配過(guò)程中整形修正的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，因此，有必要對(duì)托布輪滑機(jī)構(gòu)成型和焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)。

1 托布輪滑機(jī)構(gòu)裝配精度要求

圖1為托布輪滑機(jī)構(gòu)的裝配結(jié)構(gòu)圖。整個(gè)機(jī)構(gòu)由定位板1、滑板2、支板3、連接板4四個(gè)零件組成，厚度均為5 mm，材料為1Cr19Ni9Ti不銹鋼。焊接時(shí)除保證外形尺寸外，還要保證3孔之間的距離審查尺寸。另外，件1定位板和件3支板的兩側(cè)面有0.04 mm平行度的要求，位置精度很高。因此，焊接時(shí)必須采用專用夾具進(jìn)行裝夾以保證這些精度要求。

2 原有焊接工藝及存在問(wèn)題

原有焊接夾具及工件在夾具中的位置如圖2所示。焊接過(guò)程分為兩步：步驟1為將件1定位板、件3支板和件4連接架放于圖2所示的夾具中，并利用零件上已有孔進(jìn)行定位裝夾，然后將3個(gè)零件焊接起來(lái)；步驟2為將機(jī)構(gòu)從夾具中取出，采用點(diǎn)焊將件2滑板焊接上去。

這種焊接工藝存在的問(wèn)題是：(1)連接架4沒(méi)有定位和裝夾，其他兩個(gè)零件在夾具中也沒(méi)有完全定位和裝夾，由于焊接時(shí)發(fā)熱量大，導(dǎo)致零件焊接變形嚴(yán)重，保證不了圖紙要求的精度。(2)拆下工件時(shí)，由于制件產(chǎn)生焊接變形，導(dǎo)致插在孔內(nèi)的定位銷不易退出，操作很不方便，且定位銷容易誤傷手，作業(yè)過(guò)程變得復(fù)雜。(3)所設(shè)計(jì)的夾具只能用于件1、3、4的焊接，且操作空間狹小，如圖2虛線所示的支板和連接架焊接位置，需要通過(guò)人工轉(zhuǎn)動(dòng)夾具才能完成，同時(shí)滑板2的焊接主要靠人工夾持工件焊接，既危險(xiǎn)又無(wú)精度可言。(4)采用該種焊接方法對(duì)工人的技能要求很高，并且不同工人焊接質(zhì)量也不同，焊接質(zhì)量無(wú)法保證。

3 “一體式”焊接夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)原有焊接夾具存在的問(wèn)題，考慮到預(yù)留焊槍焊接空間問(wèn)題，整個(gè)焊接過(guò)程仍然分兩步進(jìn)行，筆者設(shè)計(jì)了一種全新的“一體式”焊接夾具，如圖3所示。該夾具主要由一個(gè)底座、3塊擋板和兩根限位銷組成。為減小夾具體積，采用螺釘、螺栓連接鎖緊。底座6有兩個(gè)完全和連接架內(nèi)表面貼合的斜面，用于對(duì)連接架定位；同時(shí)鉆有3個(gè)通孔，左右分別加工出深20 mm的螺紋，用于采用螺釘連接將小擋板1、大擋板2和底座6進(jìn)行整體連接，同時(shí)將托布機(jī)構(gòu)上的定位板、連接架和支板進(jìn)行固定。前擋板上的限位銷3用于對(duì)支板完全定位。為了保證托布輪滑機(jī)構(gòu)上3孔的距離審查尺寸，因此直接利用這3個(gè)孔進(jìn)行定位，步驟1托布輪滑機(jī)構(gòu)在夾具中的裝配位置如圖4所示。

在進(jìn)行步驟2滑板的焊接時(shí)，首先將大擋板2和限位銷3拆下，然后利用限位銷4將滑板2定位壓緊，進(jìn)行雙面點(diǎn)焊，如圖5所示。相比之前滑板焊接時(shí)無(wú)夾具保證的情況，采用“一體式”焊接夾具進(jìn)行焊接，可以保證步驟1和步驟2的基準(zhǔn)統(tǒng)一，且操作更容易，精度更容易保證。

本夾具設(shè)計(jì)時(shí)考慮到托布輪滑機(jī)構(gòu)在拉幅定型機(jī)上左右對(duì)稱布置，因此在焊接另一件對(duì)稱件時(shí)，只需將小擋板1和大擋板2左右交換裝配，即可滿足對(duì)稱件焊接的裝夾要求，并不需準(zhǔn)備兩套夾具，適應(yīng)性很好。

采用“一體式”焊接夾具對(duì)整個(gè)托布輪滑機(jī)構(gòu)進(jìn)行焊接可以有效控制工件的焊接變形。這是因?yàn)樵搳A具對(duì)工件進(jìn)行了完全定位和夾緊，并且采用的是大面積接觸夾緊的方法，相比原先直接的螺釘鎖緊，夾緊力更靠近焊縫且更均勻，因此這種剛性固定，有利于焊接變形得到有效控制。

4 優(yōu)化托布輪滑機(jī)構(gòu)焊接成形工藝

隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究、發(fā)展及應(yīng)用，焊接機(jī)器人作為先進(jìn)的智能焊接設(shè)備，在高質(zhì)、高效的焊接生產(chǎn)中發(fā)揮了極其重要的作用，推動(dòng)著焊接行業(yè)跨入一個(gè)新的時(shí)代[3-5]。對(duì)焊縫形狀較復(fù)雜、中、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，焊接機(jī)器人尤其適合[6]。其在提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品穩(wěn)定性方面具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)，并能很大程度上改善勞動(dòng)條件，因而應(yīng)用越來(lái)越廣泛[7]。托布輪滑機(jī)構(gòu)需要焊接的區(qū)域焊縫形狀為曲線，擬采用川崎E系列電弧焊機(jī)器人進(jìn)行焊接。

圖6為采用機(jī)器人焊接托布輪滑機(jī)構(gòu)，為了保證托布輪滑機(jī)構(gòu)的支架和定位板的平行度位置精度要求，除采用文中設(shè)計(jì)的“一體式”夾具進(jìn)行裝夾外，在焊接工藝上也進(jìn)行了優(yōu)化。首先每隔30 mm將連接架和定位板、支板三者采用點(diǎn)焊的方式連接起來(lái)，然后再采用小電流快速焊接的方式將工件焊接起來(lái)，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以使焊接時(shí)夾具和工件受力更均勻，不至由于先焊接某側(cè)而在焊縫收縮時(shí)產(chǎn)生傾向于單側(cè)的拉伸應(yīng)力；小電流快速焊接的方式能最大程度地減少焊接區(qū)溫度上升過(guò)高，從而減小焊接時(shí)產(chǎn)生的變形量[8]。焊接完成后并不立即松開(kāi)夾具，而是讓工件自然冷卻后再將其取出。考慮到不銹鋼消除應(yīng)力處理的溫度范圍為500～600 ℃,這同時(shí)也是不銹鋼的敏化溫度區(qū)，并且通常接頭各區(qū)在焊后具有良好的塑性和韌性[9]，因此對(duì)托布輪滑機(jī)構(gòu)不進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。

圖7為采用新舊兩種焊接工藝下以定位板為基準(zhǔn)測(cè)得的定位板焊接變形量誤差對(duì)比圖。可以看出在原焊接工藝下工件變形嚴(yán)重，平行度根本不能達(dá)到精度要求，采用優(yōu)化后的焊接工藝進(jìn)行焊接時(shí)，平行度能滿足精度要求。

優(yōu)化后的焊接工藝能夠使產(chǎn)品達(dá)到圖紙精度要求，原因主要有兩方面：(1)相比手工焊，焊接機(jī)器人能夠平穩(wěn)地控制焊槍的運(yùn)行，焊接速度均勻，焊接質(zhì)量更高且不受工人技術(shù)水平高低的影響。(2)焊接夾具可以控制和減小產(chǎn)品焊接時(shí)的殘余塑性應(yīng)變，在冷卻過(guò)程中夾具對(duì)焊縫附近的塑性變形區(qū)的收縮可減小殘余塑性應(yīng)變，由于優(yōu)化后的焊接夾具定位更準(zhǔn)確，且連接架與基座完全貼合，剛性更好，對(duì)焊縫附近區(qū)域的約束更強(qiáng)烈，因而冷卻時(shí)的塑性拉伸作用越大，控制焊接變形效果更好。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)原有托布輪滑機(jī)構(gòu)焊接工藝進(jìn)行分析，找出工件不能達(dá)到精度的具體原因。針對(duì)焊接變形嚴(yán)重的情況，設(shè)計(jì)制造出剛性好、穩(wěn)定可靠、操作方便的“一體式”焊接夾具，并改用工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)焊接設(shè)備代替人工焊接，有效控制了焊接變形，使焊后托布輪滑機(jī)構(gòu)組件尺寸及幾何公差均達(dá)到圖樣要求。

[1]盛慧英.染整機(jī)械[M]．北京:中國(guó)紡織出版社，2004.

[2]董曉嶺，劉洋，周光偉.一種用于印刷機(jī)械的托布裝置及其工作方法：中國(guó)，101830106[P].2010-09-15.

[3]Sikstrom F, Ericsson M, Christiansson A K,et al. Tools for simulation based fixture design to reduce deformation in advanced fusion welding[J]. Intelligent Robotics and Applications,2008,5315:398-407.

[4]林尚揚(yáng), 陳本善.焊接機(jī)器人及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[5]陳國(guó)梁.焊接機(jī)器人在車輛減振器焊接中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2010(11):30-40.

[6]張正兵, 李曉娜.機(jī)器人在焊接中的應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2008，38(6)：44-47.

[7]中國(guó)焊接協(xié)會(huì)成套設(shè)備與專用機(jī)具分會(huì),中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)機(jī)器人與自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì).焊接機(jī)器人實(shí)用手冊(cè)[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

[8]孫愛(ài)萍，郝國(guó)榮，杜彩坤,等. 焊接工藝對(duì)09Mn2VD鋼管低溫韌性的影響[J]. 熱加工工藝，2013(9)：196-197.

[9]王璐.奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)及焊接工藝[J].農(nóng)機(jī)使用與維修,2008(4):16-17.

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Welding process optimization for fabric roller parts

YAN Kehong

(Mechatronics Engineering Department, Wuxi College of Science and Technology, Wuxi 214028, CHN)

The causes of the deformation defects were analyzed aiming at the deformation problem for welding of fabric roller parts. Considering the high assembly accuracy of fabric roller parts, it was fabricated with adopting an “integrated” welding fixture and optimizing welding process, based on industrial robot automatic welding equipment. It was proved by practice that the new “integrated” welding fixture structure is stable and reliable, and the weld forming process is reasonable, which leads to good effect and less deformation and can meet the manufacturing requirement for fabric roller parts. It can give some reference for the welding fixture design of similar products.

fabric roller parts; industrial robot; welding fixture; welding deformation

TG457.22

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.09.024

顏科紅，女，1980年生，工學(xué)碩士，講師，數(shù)控教研室主任，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造及自動(dòng)化。

(編輯 孫德茂)

2016-05-03)

160929

*無(wú)錫市智能制造名師工作室專項(xiàng)資金(錫教高職[2015]38號(hào))