防卡死焊接工裝的設計和應用

吳亞姣

（國機重工集團常林有限公司，江蘇 常州 213000）

0 引言

在工程機械制造領域，箱體型或框架型的結構件產品經常面臨一個棘手的問題：由于焊接后的收縮和變形，產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效率，增加了勞動強度，還可能對工件和工裝造成損傷，甚至導致產品尺寸不符合要求[1]。為了解決這一難題，提出了一種防卡死焊接工裝的設計理念。具體來說，該工裝的轉塊與定位板相配合，轉塊能以轉動銷為中心進行轉動。當工件放置在定位板上時，定位板可以準確地固定在轉塊上，并通過轉動銷進行轉動。定位銷的設計則確保了定位板在任何時候都能穩定地支撐工件，避免了因收縮或變形導致的卡死問題。更重要的是，這種防卡死焊接工裝的轉動機制。當工件需要取出時，摩擦力會帶動轉塊跟隨產品向上轉動，從而避免了卡死現象的發生[2]。這一創新設計不僅能有效提高生產效率，降低勞動強度，更能保證產品的質量。為了驗證這一設計的有效性，對挖掘機大臂焊件和裝載機后車架進行了實際應用測試。結果表明，該防卡死焊接工裝能有效防止因焊后收縮等因素導致的產品與工裝的卡死問題。這一設計理念為工程機械制造領域帶來了新的可能性，具有推廣意義。

1 總體設計

1.1 產品分析

防卡死焊接工裝應用于多個箱體型、框架型結構件產品上，以其中兩個為例：①挖掘機大臂焊件；②裝載機后車架。下面分別對其作簡單的產品分析：

（1）挖掘機大臂焊件。圖1 為大臂焊件臂板截面圖，大臂焊件是挖掘機的一個關鍵結構件，是挖掘機工作時的主要受力部件，其質量影響整機性能和可靠性，臂板是由上下左右四塊板拼焊成的，典型的箱體結構，其左右側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）裝載機后車架。圖2 為后車架主梁截面圖，后車架是裝載機的四大結構件之一，呈框架結構，其裝載機的核心部件：變速箱、發動機、電動裝載機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 工裝設計原理

箱體或框架結構的焊件在拼裝點焊后，由于焊接受力收縮，內檔尺寸會相應地縮小，所以在設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。但有些產品需要保證其開檔尺寸以及兩側的對稱度，用內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，定位板定位工件內側，保證產品尺寸要求。工件取出時，定位板自動轉動，不再與工件貼合。工件取出后，定位板落下恢復至定位狀態。

防卡死焊接工裝結構設計原理：防卡死工裝主要包括定位座、轉塊、定位板、轉動銷和定位銷，定位銷、轉動銷安裝在定位座上，定位板安裝在轉塊上，轉塊通過轉動銷進行轉動。其關鍵在于兩組銷軸及轉塊之間的位置關系，轉塊的下端面與轉動銷的中心在同一直線上，轉塊的兩個定位面——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。當拼裝定位時，轉塊自由落于定位銷軸上，轉塊的下端面與銷軸相切，為保證定位的工件呈垂直狀態，定位面必須垂直于平臺，那轉塊的下平面就要呈水平狀態，也就是定位銷軸的最高點與轉動銷軸的中心高須保持一致。拼焊完成后工件向上取出時，摩擦力帶動轉塊以轉動銷為中心跟隨產品向上轉動，定位板的最下端正好是轉動圓的切點，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 工裝結構分析

下面就對上述的兩個產品的應用案例進行防卡死焊接工裝的結構分析。

（1）挖掘機大臂焊件工裝。之前在拼焊大臂焊件左右側板時，用左右側板的外側面定位，內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。因大臂焊件的內部需焊接，下板是內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板的內開檔，居中放置，工裝主要包括定位座、四個轉動銷、四個定位銷、四塊轉塊、四塊定位板。大臂兩側板的寬度尺寸不是很大，兩側的轉塊可以安裝在一個定位座上，大臂焊件側板有一定的高度，為保證側板的垂直度，單邊上下設立兩個轉塊、兩個定位面來定位兩邊側板。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雜，需上兩次胎具，防卡死定位座轉塊落于定位銷上先放置兩側側板，再放置頂板，之后壓緊兩側板和頂板，保證側板、頂板居中放置，點焊完成后兩側壓緊縮回，焊件向上取出，帶動轉塊向上轉動一定的角度，定位面向內側傾斜，順利取出焊件后轉塊再次落于定位銷上。焊件內焊完成后，再次上胎具時，防卡死定位座無需定位，為避免干涉，轉塊向上翻轉落于定位座中間擋板上，定位座下面兩個轉塊上方開設的兩個小窗口就是為了定位時撥動轉塊的，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、左右兩側對稱放置。單邊工裝主要包括定位座、兩個轉動銷、兩個定位銷、兩塊轉塊、兩塊定位板。內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，根據主梁各截面處的高度，單邊設立一個或兩個轉塊。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，主梁以底部和內側定位，外側壓緊，所有點焊完成后，外側壓緊松開，后車架向上取出，各處轉塊向上轉動，定位面不再與主梁內側貼合，順利取出后轉塊落于定位銷上，為下次拼裝作好準備。

圖4 后車架防卡死焊接工裝

2 應用案例分析

從上述兩個應用案例中可以看出：內檔有尺寸要求的箱體型或框架型結構件，按照常規的工裝定位內檔，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，從而影響生產效率、產品質量和美觀。而防卡死焊接工裝在工件取出時，利用摩擦力帶動轉塊以轉動銷為中心跟隨產品向上轉動，定位板的最下端正好是轉動的切點的原理，從而避免卡死現象的發生。又因內開檔定位面和焊接收縮方向保持一致，既保證了產品尺寸還防止了焊接變形，其結構簡單合理，穩定有效，節約了人力物力。兩個防卡死工裝的結構原理相同，只是考慮了各產品在拼裝、焊接及取出過程中可能會出現的情況對防卡死工裝進行了相應的調整，形成各自的專用工裝。而且焊接工裝的設計結構是裝配形式，可以根據功用采取不同材料與工藝，有利于整體制作和調整，也利于后期更換與改進。

3 結語

防卡死焊接工裝，只是提供了一種結構構思，不是所有產品都適用，而且每個產品的關鍵技術要求都不同，具體的工裝方案還是要對應公司的各個產品特點具體分析。當然也可以通過上述兩種形式的應用事例為啟示，根據產品特點對工裝進行更深入的改進、優化設計，例如模塊化、通用化等。隨著我國工程機械行業的迅猛發展，結構件在工程機械中其中發揮著巨大的作用，因此，精益生產順應了時代的發展，降本增效在企業發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品上得到應用與優化，將會產生對結構件產品的生產產生深遠的影響。