針對水冷電機殼直縫焊接的工裝夾具及直縫焊接工藝的製作方法

2023-06-27 17:36:26

本發明屬於攪拌摩擦焊接領域，尤其涉及一種針對水冷電機殼直縫焊接的工裝夾具及直縫焊接工藝。

背景技術：

攪拌摩擦焊是一項創新的先進摩擦焊技術，被譽為高質量、低成本的「綠色環保焊接技術」。與傳統的焊接方法相比，攪拌摩擦焊具有焊接強度高、焊接接頭外觀平整、焊後殘餘應力小、變形小、無汙染、高效節能等優點。鋁合金水冷電機殼對於水道端面的焊接質量要求較高，要求焊縫表面平整、密封性好、微觀組織均勻，不允許出現氣孔缺陷，因此水冷電機殼水道焊接大多採用攪拌摩擦焊。然而目前水冷電機殼的攪拌摩擦焊焊接工藝和裝置還存在一些不足，首先大多數焊接夾具的設計比較繁瑣，工件定位的穩定性較差，焊接時工件也容易發生變形；由於水冷電機殼(簡稱工件)尺寸一般為φ447×566，以及結構的特殊性和承受焊接過程十幾噸的頂鍛力，造成了夾緊方式苛刻的局限性。按目前使用該工藝研發機構的設計，基本都是採用手動大力矩螺栓夾緊方式，該方式雖然能夠滿足夾緊力，但由於人工鎖緊力矩難以均勻，會造成工件局部變形和表面損傷，同時也會形成勞動強度大、工作效率低，產品質量一致性差等隱患。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服上述技術的不足，而提供一種針對水冷電機殼直縫焊接的工裝夾具及直縫焊接工藝，保證水冷電機殼在夾緊焊接過程中的穩定性和準確性，避免焊接過程中變形；

數控攪拌摩擦焊工具機通過PLC系統控制攪拌摩擦焊接工裝夾具，使工具機工作檯拖動焊接夾具沿工作檯X軸導軌移動、攪拌頭沿Y軸導軌移動，實現連續直縫焊接。

本發明為實現上述目的，採用以下技術方案：一種針對水冷電機殼直縫焊接的工裝夾具，其特徵是：包括工裝大底座、夾緊及支撐油缸機構、託起工件氣缸機構和PLC控制系統，所述工裝大底座垂直固接有焊接底座支撐板及立板座構成夾具支撐底座總成，所述夾緊及支撐油缸機構包括上夾緊油缸總成和支撐板端部支撐油缸，所述上夾緊油缸總成包括若干個對稱設置的左、右上夾緊油缸，左、右上夾緊油缸與上夾緊油缸座固接，上夾緊油缸座與上夾緊油缸座分別與左、右上夾緊支座固接固接，左、右上夾緊支座與工裝大底座垂直固接，左、右上夾緊油缸通過上夾緊油缸壓塊與工件觸接；所述支撐板端部支撐油缸包括左、右支撐板端部支撐油缸，分別固接在焊接底座支撐板外端部兩側，左、右支撐板端部支撐油缸的活塞杆頂住工裝大底座；所述託起工件氣缸機構包括對稱設置的左、右託起工件氣缸，左、右託起工件氣缸與氣缸座固接，氣缸座與工裝大底座固接，左、右託起工件氣缸上固接有工件滑板，所述夾緊及支撐油缸機構及託起工件氣缸機構和PLC控制系統連接。

所述焊接底座支撐板前端設有工件端部夾緊油缸，焊接底座支撐板前端銷接有工件端部夾緊擺臂，所述工件端部夾緊擺臂平面形狀呈L形，所述工件端部夾緊油缸與工件端部夾緊擺臂一端觸接呈前後擺動結構，所述工件端部夾緊擺臂一端通過工件端部預留塊與工件夾緊。

所述左、右託起工件氣缸的活塞頂端固接工件滑板，工件滑板之上固接牛眼滾輪軸承。

所述採用直縫焊接工裝夾具的水冷電機殼攪拌摩擦焊直縫焊接工藝，其特徵是：通過PLC控制系統控制攪拌摩擦焊接工裝夾具夾緊過程，並使工具機工作檯拖動攪拌摩擦焊接夾具沿工作檯X軸導軌移動、攪拌頭沿Y軸導軌移動，實現連續水冷電機殼攪拌摩擦焊直縫焊接，具體加工工藝如下：

(1)焊接準備：由四部分電機殼構成的整體水冷電機殼通過氬弧焊進行點焊將其大致位置固定，保證四部分電機殼組成圓柱狀，工裝夾具的工件端部夾緊油缸與工件端部夾緊擺臂一端觸接後在水冷電機殼前端放置工件端部預留塊並將其夾緊；根據水冷電機殼的圖紙尺寸進行PLC控制系統編程，設定工作檯在X軸的運動軌跡、攪拌頭Y軸方向找準焊縫位置、攪拌頭的旋轉速度和進給速度等工作參數；

(2)焊接過程：

A.通過PLC控制系統控制左、右託起工件氣缸處於打開狀態，將點焊完成的水冷電機殼放置在工件滑板的牛眼滾輪軸承上；

B.將工件送入工裝焊接座上並調整焊縫位置與夾具上中線重合，並將水冷電機殼端面與工件端部預留塊平齊，收回左、右託起工件氣缸將水冷電機殼與攪拌摩擦焊底座貼合；啟動夾緊油缸機構將水冷電機殼夾緊同時打開支撐油缸，使焊接支撐板達到有效的受力支撐；

C.檢驗夾緊及支撐油缸機構確保水冷電機殼完全固定及確保攪拌頭對準直縫；啟動攪拌頭對其進行調試，設定攪拌頭的旋轉速度為1000r/min，攪拌頭的行進速度為500mm/min；攪拌頭高速旋轉並插入定位鋁塊當中，令攪拌頭沿直縫進行焊接；

D.當攪拌摩擦焊完成一條焊縫的焊接之後，調整水冷電機殼位置，通過PLC控制系統操作並打開左、右託起工件氣缸，使工件滑板升起並頂起工件脫離焊座，從而便於旋轉工件90度，然後收回氣缸並降下工件滑板，使工件與焊接底座貼合，進入下一條焊縫焊接的定位夾緊，重複步驟C的操作，完成水冷電機殼的四條焊縫焊接；

E.完成焊接之後，放鬆針對水冷電機殼直縫焊接的工裝夾具上的所有夾緊裝置後，通過PLC控制系統啟動左、右託起工件氣缸及工件滑板，將工件託起並脫離攪拌摩擦焊接底座，使工件滑出夾具並將工件放置在焊接完成區域；然後進行下一個待焊工件的重複操作焊接工藝；

F.水冷電機殼在完成焊接之後，會在焊縫兩端留有兩個定位鋁塊，其中一端是攪拌頭起始位置，而另一端留有匙孔，此孔為攪拌頭退出時留下，最後用特製鋸床將兩端各四個定位鋁塊切除，完成焊接工藝。

有益效果:與現有技術相比，本發明工裝夾具中使用了液壓夾緊機構和氣動夾緊機構，可以有效的固定水冷電機殼的位置，在焊接過程中有效的避免了工件晃動帶來的負面影響；整個焊接過程中，焊接溫度較常規焊接設備降低很多，對於操作過程的安全性能提高；在焊接過程中只需完成水冷電機殼的旋轉便可以完成二次焊接，在焊接效率上得到了有效提高；針對水冷電機殼拼焊工藝，運用傳統的氬弧焊來完成直縫焊，對於兩段水道中間會存在細微焊縫，中間留有空隙不能完全焊接到，容易出現兩個相鄰水道之間的漏水，若採用攪拌摩擦焊工藝，對其進行焊接，由於攪拌頭是深入到機殼內部，從而有效的避免水道之間漏水。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是圖1的側視圖；

圖3是圖1的俯視圖；

圖4是本發明的結構簡圖；

圖5是夾具工件端部夾緊立體結構圖；

圖6是夾具工件輸送立體結構圖；

圖7是夾具基礎立體結構圖；

圖8是夾具工件上夾緊立體結構圖；

圖9是夾具輔助機構立體結構圖。

圖中：1、工裝大底座，2、焊接底座支撐板，3、立板座，4、左、右上夾緊油缸，5、左、右支撐板端部支撐油缸，6、上夾緊油缸座，7、上夾緊油缸壓塊，8、工件，9、左、右託起工件氣缸，10、工件端部夾緊油缸，11、工件端部夾緊擺臂，12、工件端部預留塊，13、工件滑板，14、牛眼滾輪軸承，15、攪拌摩擦焊接底座，16、左、右支撐板端部支撐油缸的活塞杆，17、氣缸底座。

具體實施方式

下面結合較佳實施例詳細說明本發明的具體實施方式。

詳見附圖，本實施例提供了一種針對水冷電機殼直縫焊接的工裝夾具，包括工裝大底座1、夾緊及支撐油缸機構、託起工件氣缸機構和PLC控制系統，所述工裝大底座垂直固接有焊接底座支撐板2及立板座3構成夾具支撐底座總成，所述夾緊及支撐油缸機構包括上夾緊油缸總成和支撐板端部支撐油缸，所述上夾緊油缸總成包括若干個對稱設置的左、右上夾緊油缸4，左、右上夾緊油缸與上夾緊油缸座6固接，上夾緊油缸座與焊接底座支撐板固接，左、右上夾緊油缸通過上夾緊油缸壓塊7與工件觸接；所述支撐板端部支撐油缸包括左、右支撐板端部支撐油缸5，左、右支撐板端部支撐油缸分別固接在焊接底座支撐板外端部兩側，左、右支撐板端部支撐油缸的活塞杆16頂住工裝大底座，由於焊接頂鍛壓力形成的支撐板端部懸置受力過大，容易造成工件擺動和工裝機構變形，因此，設置了左、右支撐板端部支撐油缸，分別通過PLC系統控制，使油缸活塞杆頂住工裝底座，起到平衡支撐板端部受力狀態，防止工件擺動和工裝機構變形；；所述託起工件氣缸機構包括對稱設置的左、右託起工件氣缸9，左、右託起工件氣缸和氣缸底座17與工裝大底座固接，左、右託起工件氣缸上固接有工件滑板13，託起工件氣缸機構不參與夾緊工作，只是完成工件送入和退出過程，當工件通過託起工件氣缸機構送入工裝定位後，氣缸通過PLC系統控制帶動滑板降下並脫離工件，使工件與焊座接觸，通過夾緊形成焊接準備狀態。當焊接完成後，氣缸通過PLC系統控制帶動滑板升起並託起工件，使工件順利脫離工裝焊座後滑出工裝，完成工件退出工裝過程。所述夾緊及支撐油缸機構及託起工件氣缸機構和PLC控制系統連接。

本實施例的優選方案是，所述焊接底座支撐板前端設有工件端部夾緊油缸10，焊接底座支撐板前端銷接有工件端部夾緊擺臂11，所述工件端部夾緊擺臂平面形狀呈L形，所述工件端部夾緊油缸與工件端部夾緊擺臂一端觸接呈前後擺動結構，所述工件端部夾緊擺臂一端通過工件端部預留塊12與工件夾緊。

本實施例的優選方案是，所述左、右託起工件氣缸9的活塞頂端固接工件滑板，工件滑板之上固接牛眼滾輪軸承14。牛眼滾珠軸承安裝在工件滑板上，否則無法使工件形成滾珠滑動，通過牛眼滾珠軸承與工件8接觸，不僅減少工件移動阻力，同時也避免工件表面被劃傷。

本實施例的工件端部夾緊油缸採用臥式油缸φ50×50，共八組；立板座與大底座固接。託起工件氣缸採用50×30氣缸，託起工件氣缸通過氣缸座與工裝大底座固接；牛眼滾輪軸承與水冷電機殼相接觸並起到託舉的作用。相鄰臥式油缸通過油管連通，油管連接液壓油泵；所述承載水冷電機殼底座與水冷電機殼內壁外形一致；所述工件端部預留塊前段頂塊為長方體，利用鎖緊搖臂與水冷電機殼相接處並夾緊；所述工裝大底座與工具機工作檯固接並沿直線導軌移動；託起工件氣缸前期託舉水冷電機殼，在調整水冷電機殼位置之後通過PLC系統打開託起工件氣缸，將整個水冷電機殼入位，放置承載水冷電機殼焊接底座處；調整位置結束之後，夾緊工件和打開支撐油缸機構在將水冷電機殼(工件)與承載水冷電機殼焊接底座夾緊，完全固定水冷電機殼。所述PLC控制系統包括PLC控制器、液壓泵和氣泵，通過PLC設定液壓泵和氣泵工作時間。

採用水冷電機殼攪拌摩擦焊工裝夾具的直縫焊接工藝，通過PLC控制系統控制攪拌摩擦焊接工裝夾具夾緊過程，並使工具機工作檯拖動攪拌摩擦焊接夾具沿工作檯X軸導軌移動、攪拌頭沿Y軸導軌移動，實現連續水冷電機殼攪拌摩擦焊直縫焊接，具體加工工藝如下：

(1)焊接準備：由四部分電機殼構成的整體水冷電機殼通過氬弧焊進行點焊將其大致位置固定，保證四部分電機殼組成圓柱狀，工裝夾具的工件端部夾緊油缸與工件端部夾緊擺臂一端觸接後在水冷電機殼前端放置工件端部預留塊並將其夾緊；根據水冷電機殼的圖紙尺寸進行PLC控制系統編程，設定工作檯在X軸的運動軌跡、攪拌頭Y軸方向找準焊縫位置、攪拌頭的旋轉速度和進給速度等工作參數；

(2)焊接過程：

A.通過PLC控制系統控制左、右託起工件氣缸處於打開狀態，將點焊完成的水冷電機殼放置在工件滑板的牛眼滾輪軸承上並將工件滑入工裝焊接座內；

B.調整焊縫位置與夾具上中線重合，並將水冷電機殼端面與夾具平齊，收回左、右託起工件氣缸將水冷電機殼與攪拌摩擦焊底座貼合；啟動夾緊及支撐油缸機構將水冷電機殼夾緊及打開支撐油缸機構，令焊接座支撐板得到有效受力支撐；

C.檢驗夾緊及支撐油缸機構確保水冷電機殼完全固定及確保攪拌頭對準直縫；啟動攪拌頭對其進行調試，設定攪拌頭的旋轉速度為1000r/min，攪拌頭的行進速度為500mm/min；攪拌頭高速旋轉並插入定位鋁塊當中，令攪拌頭沿直縫進行焊接；

D.當攪拌摩擦焊完成一條焊縫的焊接之後，調整水冷電機殼位置，通過PLC控制系統操作打開左、右託起工件氣缸，使工件滑板升起並頂起工件脫離焊座，從而便於旋轉工件調整90度，然後收回氣缸並降下工件滑板，使工件與焊接底座貼合，進入下一條焊縫焊接的定位夾緊，夾緊工件並打開支撐油缸機構對水冷電機殼進行焊接，重複步驟C的操作，完成水冷電機殼的四條焊縫焊接；

E.完成焊接之後，放鬆針對水冷電機殼直縫焊接的工裝夾具上的所有夾緊裝置後，通過PLC控制系統啟動左、右託起工件氣缸及工件滑板，將工件託起並脫離攪拌摩擦焊接底座，使工件滑出夾具並將工件放置在焊接完成區域；然後進行下一個待焊工件的重複操作焊接工藝；

F.水冷電機殼在完成焊接之後，會在焊縫兩端留有兩個定位鋁塊，其中一端是攪拌頭起始位置，而另一端留有匙孔，此孔為攪拌頭退出時留下，最後用特製鋸床將兩端各四個定位鋁塊切除，完成焊接工藝。

工裝工作及工藝設計流程：

1)水冷電機殼(簡稱工件)在完成攪拌摩擦焊拼接工藝中，首先通過手柄按鍵使氣缸託起工件滑板並把工件放入，推入到焊接定位區域；

2)確認工件定位無誤通過按鍵收回託起工件氣缸和工件滑板，使工件與工裝大底座接觸到位並放入工件端部預留塊，通過按鍵操作由程序執行，使工件端部夾緊油缸自動啟動並頂起端部工件端部夾緊擺臂，使工件端部夾緊擺臂有效夾緊工件端部預留塊和工件端部；

3)當工件端部被夾緊後，程序將自動啟動左右八組工裝上夾緊油缸，使左右八組的上夾緊油缸壓塊有效壓緊工件上部焊接區域，使之獲得可靠穩定的焊接狀態；

4)當工件進入焊接時，支撐板端部兩側油缸分別安裝在焊接底座支撐板外端部兩側。通過程序自動啟動並推動油缸頂塊穩步頂向工裝底座，在工裝上部焊頭的巨大頂鍛力下形成有效平衡力，這樣不僅使工件保持了良好的焊接狀態，同時也有效保護了工裝焊接底座支撐板不受高壓變形的隱患；

5)當工件完成焊接後，通過按鍵操作啟動六組左、右託起工件氣缸並託起工件滑板並把工件頂起，使工件有效脫離焊接底座，滑出工裝後便於工件轉移工位，然後進入下一個工件的往復工作焊接流程。

上述參照實施例對該一種針對水冷電機殼直縫焊接的工裝夾具及直縫焊接工藝進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定範圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本發明總體構思下的變化和修改，應屬本發明的保護範圍之內。