汽车音响热铆机设计分析

孙明业 高宁

摘  要：汽车音响热铆机是用来进行汽车音响焊接的专用设备。本设备操作简单，自动化程度高，设备体积小，便于搬运。該设备采用PLC控制，人机界面操作，焊点压力、时间可分开控制，同时具有计数功能。

关键词：汽车，热铆机，设计分析

1 前言

液主机由机架（铝合金）、加热机构、温度测定机构、导向机构、焊头、气缸、可编程控制器、触摸屏等组成。

工作原理，待温度达到设定值后，把工件安装在模具内并可靠固定，然后启动设备，焊件被气缸送到里面，四个气缸向下运动，焊点使塑料融化，达到一定的焊接时间后，四个气缸收回，焊件退出，完成焊接。

2 热铆机整体结构

焊接头组件示意图，由于安装空间限制采用带导杆气缸，倾斜焊头与喇叭焊头分开控制，导杆气缸上端配置调高螺母精度1mm/每周，气缸端头与焊头采用小面积绝热材料制作，热传导率小，喇叭焊头中心安装有弹簧压紧机构，焊头采用铬铜加工，该设备配置4个温度传感器和4个加热管，由温控表分别控制温度，精度1℃，操作面板示意图，操作面板由4个温控表来分别调节控制4组焊头温度。1个倾斜焊头时间控制器、1个扬声器时间控制器分别调节控制下压时间，1个倾斜焊头压力表、1个扬声器焊头压力表通过2个精密调压阀分别调节控制下压力。

3 热铆机气缸选型设计

气动气缸最大输出力计算公式：

其中：

F1无活塞杆端的最大理论输出力（N）

F2活塞杆端的最大理论输出力（N）

P-公称压力（Mpa）

D-气缸内径（mm）

d-活塞杆直径（mm）

因向上提装置的力大于向下加载的力，因此只计算活塞杆输出力（F2）即可。

F2= P×π/4×（D2- d2）

经计算重物重80kg即F2=800N

P为常用公称压力即P=0.5Mpa

因气缸有摩擦，选择效率0.85，气缸内径D=100，活塞杆直径d=25满足提升重物要求。

4 热铆机气动系统设计

热铆机采用工厂标准气源，也可用大型空压机代替。气缸速度可调，为了让气缸寿命更加长久，气体要求先过滤并且干燥，各个气缸要求独立控制，速度可调。

5 根据材质确定焊接间隔时间T

塑料是由不同的物质形成的，所以软化或熔融范围也是不同的。根据样件材质，先确定焊接温度和被焊接件的质量。

如：

聚氧化甲烯 165～185 ℃

聚丙烯 160～170 ℃

聚氯乙烯 75～90℃

样件所需要的热量：

热量= 质量*比热容*温度的变化

Q1=CM（t2-t1）

Q1---试件焊接需要热量

C----物体的比热（查表）

M----被焊接部位质量

t2---物体焊接的初始温度

t1---物体焊接后的温度

加热管产生的热量

Q2 =U L（C1M1T + C2M2T）÷ 864/T + T/2

式中：C1和C2分别为容器和介质的比热（Kcal/Kg℃）

M1和M2分别为容器和介质的质量（Kg）

T为所需温度和初始温度之差（℃）

T焊接间隔时间（s）

L为加热管长度

U为修正系数

其中：Q1=Q2，确定间隔时间T即可

根据此设备的样件，计算出焊接聚氧化甲烯需要的温度是225.3℃，该数据会因环境的不同而改变，但根据此数据进行调试，会取得更快更准确的效果。

6 设计思路

（1）双工位、双焊点焊接，提高效率。

（2）具有计数功能（带断电记忆功能），记录加工件数。

（3）焊接温度以及焊接时间可调，针对不同批次件进行焊接，采用换小件工装，共用一台设备。

（4）垂直位和倾斜位的焊接时间可以单独控制，便于调试。

（5）左工位和右工位可以同时、单独工作，可分开焊件试件，实现多样化。

（6）具有误操作延时保护功能，保障人身安全。

（7）使用条件：

1、环境温度：0℃～40℃

2、环境湿度：10%～80%RH

3、额定电源电压：220V/50Hz

4、额定气源压力：0.6Mpa

7结束语

当把塑料试件放到工装上，模具工装采用加工中心加工，这里我用了硬铝材质，在保证硬度的前提下，保证了设备的轻盈。焊接塑料的材质，我选用铍青铜。此铜具有导热好，硬度高，焊接效果优于其他材质。输送试件和试件退出，这里选用了双轴气缸，导向性好，运动平稳。

以上就是汽车音响热铆机的设计理念，在原有设备框架基础上，根据用户的试件情况，也可以采用换取工装的方式，进行更广泛的焊接，该设备的设计过程更适合其他塑料焊接的设计。

这个装置简单实用，在一些车厂，类似的设计已经大量应用在生产线中，他们每一部分的结构形式都是类似的，只是根据样件进行设计。目前所有厂家反应设备的性能和运行都是可观的，到现在为止设备运转良好，无异常报警现象。

参考文献

[1]  孙志礼，冷兴聚，魏严刚等主编.机械设计 . 沈阳：东北大学出版社 2000

[2]  吴宗泽.机械设计手册[M] .北京：机械工业出版社.2008

[3]  北京：高等教育出版社 金属工艺学 邓文英1997

[4]  上海科学技术出版社 金属材料与热处理 史美堂1980