排气管焊接专机的设计

2018-03-22余可安黄小林兰建平曾庆文

金属加工(热加工) 2018年2期

■ 余可安，黄小林，兰建平，曾庆文

汽车排气管总成是汽车动力系统的关键零部件，排气管的失效，不仅会导致排气气压下降，降低整车的动力性能，而且还造成了车内噪声大，发动机及底盘明显振动等现象。如图1、图2为某车型新开发的B15T消排系统总成和排气管焊接工艺，为满足用户的产能需求及气密性100%检测的技术要求，新开发了一台排气管环焊专机。

1. 设计过程及效果

（1）主要构成如图3所示,排气管焊接专机主要由伺服驱动机构、提抢座机构、焊机、送丝机构（各2套）以及电气柜等组成。

（2）夹具设计原则根据排气管总成的焊接工艺材料种类、板厚、焊缝位置等因素，采用焊枪静止不动、工件转动的焊接运动方式。因此夹具的设计必须确保波纹管的中心与左、右两侧的伺服驱动机构的旋转中心处于同一直线上（见图4），但波纹管作为典型非线性弹性元件，具有材料非线性、几何非线性和大变形等特性，不能像传统刚性物料一样进行定位夹紧，需在波纹管两端使用4套铜质导轮形成V型支撑，同时夹紧机构带动其上的两套铜质导轮进行夹紧，确保波纹管中心线与驱动旋转中心线吻合。

图1 B15T消排系统总成

图2 B15T排气管焊接工艺

（3）双电动机协调旋转焊接如图5所示，双电动机协调旋转焊接主要是以台达DVP系列的PLC做主控单元，控制左、右两个伺服伺服电动机的同步旋转，无级调节焊接速度，从而实现双电动机的协调旋转焊接, 这种方式可以大大降低因焊缝渗漏而引起的质量问题。

（4）旋转夹具进气机构旋转夹具进气机构的设计原理：利用轴用旋转格莱圈的特性，在每两套轴用旋转格莱圈（见图6）之间实现一支气路的通路。如图7所示，轴用旋转格莱圈安装在固定座6上，气体通过固定座6进入到固定座6内孔的环型槽，在轴用旋转格莱圈的密封作用下，经由旋转轴8上的孔和O形圈9输出到法兰7，再通过气管连直接连接到旋转夹具上的各个气缸，从而实现旋转夹具气路的通路。

轴用旋转格莱圈是由一个低摩擦的聚四氟乙烯密封环与一个O形密封圈所构成，属于内圆周密封，用于有旋转或摆动轴、旋转接头等处，可承受两侧压力或交变压力作用实现双向的旋转密封。具有以下特性：①启动时不爬行，无粘滞现象。②抗磨性及尺寸稳定性好。③可承载的密封压力≤30MPa（速度1m/s时），≤20MPa（速度2m/s时）。

（5）气密性检测要求对传统汽车而言，排气系统对整车NVH性能至关重要，排气管作为乘用车上的一个重要部件，其SOS焊接工艺要求产品的焊接下线必须100%经由气密性设备（见图8）进行焊缝检测，不能出现任何的渗漏。

图3 排气管焊接专机结构示意

图4 波纹管定位夹紧示意

图5 双电动机变位协调焊接运动机构

图6 轴用旋转格莱圈及其安装示意

检测技术要求检测仪（皖仪LC103或COSMO的DF—24BA）在温度为（23±5）℃时，检测压力在（30±1）kPa下，检测时间内总成的泄漏量≤30mL/min，并且所有的焊缝处不能出现漏气现象。

（6）电气控制流程专机采用台达DVP系列的PLC与伺服驱动器之间采用CANopen通信，其硬件组态图如图9所示。

PLC与专机外部输入、输出端口的I/O通信，外部输入的信号经I/0传给PLC，PLC编写的逻辑梯形图将输出信号传给电磁阀等，这样使系统更简单更稳定，其控制流程如图10所示。

（7）人机操作界面专机的主控核心是PLC，PLC要在获取足够的专机工作状态信息的基础上，才能根据焊接的工作循环，对外部I/O及伺服发出相应的控制指令，实现对专机的控制。PLC采用C网通过伺服控制、I/O扩展模块实现专机与伺服等各电气控制元件的通信，从而把专机的各个焊接状态信息进行精确处理并显示在触摸屏上（见图11）。