至德钢业薄板不锈钢筒体电阻点焊工装改进设计分析

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至德钢业薄板不锈钢筒体电阻点焊工装改进设计分析

至德钢业薄板不锈钢筒体电阻点焊工装改进设计分析

来源:浙江至德钢业有限公司发布:2020-03-23 17:15:31类别:不锈钢材料

 浙江至德钢业有限公司原薄板不锈钢筒体电阻点焊工装多采用人工判断与干预,产品外观和产品质量难以得到保证,并且劳动强度高、生产效率低。通过设计新的电阻点焊工装,提高机械化水平,提高了产品质量、降低了劳动强度并提高了劳动生产率。 


一、技术背景


   电阻点焊(简称RSW)是薄板不锈钢的首选焊接方法,电阻点焊是压力焊中的一种,通过电极压力将工件紧密接触,利用体电阻和接触电阻产生的电阻热,使贴合面金属局部加热到熔化结合形成焊点的过程。电阻点焊与熔化焊相比无需添加焊接材料,操作简单,生产效率高,接头质量好,因此在航空、航天、原子能、铁路运输、汽车制造等现代制造业领域中有广泛应用。湖北航鹏化学动力科技有限责任公司生产的某固体氧气的壳体和托药杯的材料为0.1mm厚的薄板不锈钢,如图1所示。与碳钢相比,不锈钢具有电阻率高、热导率低等特性,焊接过程中如果线能量过大,很容易出现难以控制的焊接变形,产生很大的焊接残余应力,因此,必须选用一种热输入量低的焊接技术。经过对比,采用了电阻点焊的方式。


二、问题的提出


   传统的焊接工艺,采用是人工施压进行紧密配合,并且在电阻焊接的过程中,缺乏点焊位置的定位,因而在前期产品的检验中,发现有点焊不合格的产品,存在产品高度偏差、壳体和托药杯轴心不一致、焊接点均匀性差等情况,焊接合格率只有95%。托药杯的外壁和壳体内壁为过盈配合,两者通过电阻点焊一周进行固定,焊接区域为托药杯的外壁高度区间之内。如图所示,为改进前的电阻点焊方式,通过固定棒顶住托药杯,人工对壳体进行施压,保证托药杯与内部紧密配合,手动旋转壳体进行圆周点焊。


三、对问题的分析


根据上述问题的提出,通过分析发现壳体和托药杯之间的电阻点焊主要存在4大缺陷:


1. 壳体和托药杯配合的松紧度


   在改进前的电阻点焊中,由于采用的是人工预紧力将壳体和托药杯之间压紧,不同产品的预紧力无法保证相同并且没有量化的指标,焊接后的产品存在过松或过紧的状况。


2. 壳体和托药杯之间的同轴度


  与1类似,由于壳体和托药杯之间采用的是人工预紧力,在点焊过程中,同一产品的预紧力很难一直保持恒定,在电阻点焊过程中,可能会产生壳体和托药杯两者轴心产生偏离的状况。


3. 焊接区域的定位


  壳体和托药杯两者电阻点焊的焊接区域如图2所示,但在改进前的焊接区域选择为肉眼判断,极易存在偏差,需要对焊接区域进行定位。


4.  电阻点焊的均匀分配


   改进前壳体和托药杯两者电阻点焊的焊接点分配也是通过肉眼分配的,达不到均匀一致的效果,既达不到良好的产品外观,又可能因为人工判断不准引起产品质量问题。1和2都是由于壳体和托药杯之间采用的人工预紧力造成的,所以实际上,4个缺陷其实是由3个主因造成的。因而只需解决这3个原因就可将上述缺陷得到改善。


四、解决问题的过程


1. 主要改进的内容


   改进前的焊接过程主要问题为:手工操作和人工判断太多。改进过程需尽量减少人工干预,保证产品质量。根据对问题的分析,可以从三个方面采取措施:


  a. 壳体和托药杯之间预紧力进行定压


   在焊接过程中,通过将壳体和托药杯之间的预紧力定压,可以解决两者配合的松紧度问题和同轴度问题,在部件选择上,可以根据需要的压力去选择合适的直线液压缸或直线气压缸。


  b. 焊接区域进行机械定位


   通过机械限位,保证电阻点焊的点落在焊接区域内,在部件选择上,根据现有条件,可以加工定高的模具将焊枪进行定位,保证焊枪的中心落在焊接区域内。


   c. 电阻点焊过程中焊点的均匀分配


   为了保证外观和产品一致性,需要对焊点进行均匀分配,在部件选择上,由于采用了压力缸进行预紧力压住产品,因而需要既能旋转又能分度的部件。根据以上分析,设计了新的电阻点焊工装,如图所示。新设计的电阻点焊工装在机架上主要布置了如图3所标注的四个部件完成上述的3个改进:通过气压缸完成壳体和托药杯之间配合的定压作用;在产品焊接前,气压缸调整到预定压力,保证壳体和托药杯在电阻点焊过程中压力恒定,确保两者之间的松紧度和同轴度。通过定位柱完成焊接区域的机械定位。定位柱紧贴分度盘,电阻点焊时将焊枪固定在定位柱上,保证焊接点落在托药杯的焊接区域内。通过轴承和分度盘的配合完成焊接点的均匀分配;轴承的旋转功能、分度盘的旋转功能和圆周分配功能,旋转功能保证产品在受压下圆周旋转,圆周分配功能保证了均匀分配焊接点。通过所述四个部件,完成了三个改进,组合而成的新工装体积小,在装配区占用面积小。在实际电阻点焊的使用过程中,产品质量和外观得到了改善。


2. 指标


   根据改进前的壳体和托药杯出现的产品缺陷问题,制订了以下指标,以衡量新设计工装在电阻点焊过程中的水平和能力。电阻点焊质量,量包含:产品高度一致性、壳体和托药杯同轴度、外观。及劳动效率,即:改进前和改进后的劳动效率对比。


五、结果及效益分析


   通过对电阻点焊工装的改进,实现了以下方面的提升:


  1. 提升焊接质量采用新的工装减少了人出错的概率,改进后电阻点焊检验合格率达到99.9%,与改进前焊接合格率95%相比,焊接合格率得到了极大提升。


  2. 降低劳动强度直线气压缸代替人工施压,分度盘代替人工分度,机械定位代替人为选择,减少了人的工作量,降低了劳动强度。

 

  3.提高劳动效率改进前的电阻点焊的焊接时间为单发2分钟,改进后为单发1分钟,劳动效率提高了一倍。


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