CN103084723A - 一种凸焊螺母的焊接装置及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种凸焊螺母的焊接装置及其焊接方法,本发明装置包括上电极装置和下电极装置,上电极装置包括工作台、上电极和横杆,所述横杆的中后部铰接有绝缘支座,绝缘支座固定在工作台上,工作台上还设有弹性支撑组件,横杆的中前部底面活动搭靠在弹性支撑组件上,所述上电极位于弹性支撑组件的正上方,并搭靠在横杆上,横杆的前端内部设有冷却通道,冷却通道前后两端设有出水孔和进水孔,本发明利用杠杆原理,将上电极施压于横杆上,使横杆作为主要受力件,解决电极变形问题,使待焊螺母只承受垂直方向的受力,消除偏转力矩,解决螺母窜动问题,待焊螺母的凸点受力均匀,整体焊接装置节省成本、使用寿命长,受力稳定、焊接质量好、可控性强。
Description
技术领域
本发明属于汽车制造工艺的技术领域,尤其是涉及的是一种螺母焊接稳定、不会发生窜动的凸焊螺母的焊接装置及其焊接方法。
背景技术
为适应汽车高水平、高速度生产的情况,汽车工业特别是车身制造中广泛应用凸焊工艺,以提高连接效率和质量,满足汽车大批量装配生产的要求。凸焊工艺是利用零件原有形面、侧角或预制的凸点焊到另一块面积较大的零件上。要推广应用凸焊工艺,必须解决:螺母、焊机及凸焊电极问题。焊接螺母已有国家标准,生产厂家较多,工艺成熟,质量可靠。目前汽车厂家主要采用焊接方螺母。焊机国家也有相关标准,有焊接螺母的专用凸焊机或通用的落地式点焊机,生产厂家也较多,可以直接在市场上直接选购。而焊接电极的设计、制造是影响能否应用好凸焊工艺的关键问题。
应用焊接螺母时,一般都是正向运用,即先将金属工件放到下电极上,再将焊接螺母放到金属工件上,然后接通凸焊机(或通用落地式点焊机)开关,在控制箱控制下,电磁气阀通电工作,将压缩空气导入焊机气缸上部,迫使活塞向下运动,使上下电极合紧,然后通电完成焊接。常规凸焊电极就是按这个习惯用法来设计制造的。由于焊接方螺母的特殊性,其焊接电极的设计除了必须满足一般电阻焊电极的所有要求外,还给设计上带来了特殊的工艺技术要求:①电极上必须要有合适的定位销,以确保焊接方螺母在金属件上的正确焊接位置。因为焊接方螺母本身没有定位凸环,必须从电极设计上加以解决。②定位销与下电极基座之间必须绝缘且具有一定的高温强度,并应考虑到焊接过程中产生的热量对螺纹和定位销可能产生的危害。③定位销寿命要长并在必要时能够方便地更换。
一般零件凸焊电极的设计方法,即为具有开放结构的零件,在直电极向下运动时可以直接压住螺母的零件。正向运用时,一般零件定位销应设计在下电极上,而上电极设计因其无定位销而变得比较简单,只要满足焊接过程中不压溃下电极的定位装置这一要求即可。与上电极比起来,下电极的设计则相对复杂,但在国内汽车企业设计制造及应用上已比较成熟,如图1所示,由定位销对零件及待焊螺母进行正确定位,然后由上、下电极送电,完成凸焊,但在对复杂型零件进行凸焊螺母时,结构局限性较大,不能进行相应焊接作业。
汽车车身其中部分特殊零件需要凸焊内侧螺母,主要集中在车架纵梁、横梁的封闭结构中,特殊零件内侧螺母凸焊电极的设计,除了下电极的设计外,由于形状的限制,还需考虑上电极的设计与制造问题。上电极设计要求包括:①工件的可达性,应充分考虑并满足所有特殊零件凸焊位置的需求;②良好的导电性和力学性能;③足够的强度和刚度;④充分的冷却条件;⑤电极与工件间的接触电阻足够低,以防止工件表面熔化与工件表面之间的合金化。如图2所示,特殊零件内侧螺母凸焊电极的常规设计方法,汽车厂一般采用L型上电极,解决工件的可达性问题,基本满足了生产的需要。但该设计也存在以下问题:由于凸焊时电极压力大,可达3000N左右;由于偏心距的存在,整个上电极处于一个较大的力矩作用之下,容易变形;在焊接过程中,可以明显看见上电极在力矩作用下,沿逆时针方向偏转一个角度,靠近焊机内端的螺母凸点受力比靠外端的凸点受力大,使凸点的压力、电流密不均匀,对凸焊质量有一定影响;并且难以确保凸焊螺母在工件上的正确位置;在力矩的作用下,方螺母在工件上有窜动现象。如果定位销与工件或与螺母之间的装配间隙过大,容易造成定位不准确。L型上电极的制造加工量较大,且上电极变形磨损后,需整体更换;受电极夹头的限制,该电极设计难以从根本上解决变形问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种对于特殊零件内侧螺母凸焊不发生窜动且受力稳定、焊接质量好、可控性强的凸焊螺母的焊接装置及其焊接方法。
为实现上述目的,本发明的技术解决方案是:一种凸焊螺母的焊接装置,包括上电极装置和下电极装置,下电极装置包括定位销、电极盖、支撑弹簧、绝缘垫片和下电极,所述下电极上螺纹紧固有电极盖,所述绝缘垫片置于下电极内,所述支撑弹簧下端固定于绝缘垫片上,上端支撑定位销,所述定位销上端穿过电极盖,电极盖对定位销进行轴向限位,所述电极盖和定位销之间设有绝缘套,所述上电极装置包括工作台、上电极和横杆,所述横杆的中后部铰接有绝缘支座,绝缘支座固定在工作台上,所述工作台上还设有弹性支撑组件,所述横杆的中前部底面活动搭靠在弹性支撑组件上,所述上电极位于弹性支撑组件的正上方,并搭靠在横杆上,所述横杆的前端内部设有冷却通道,冷却通道前后两端分别设有出水孔和进水孔,横杆的后端设有电缆接口,所述下电极装置位于横杆的前端凸焊部位的正下方。
优选的,所述弹性支撑组件包括基座和复位弹簧,所述复位弹簧置于基座内。
优选的,所述横杆的前端凸焊部位上设有锥度凹孔,锥度凹孔内连接有锥形短电极块。
优选的,所述上电极与绝缘支座的水平位置距离(H)和下电极与绝缘支座的水平位置距离(L)的长度比例为3:4。
上述的凸焊螺母的焊接装置的焊接方法,包括如下步骤:
1)、首先将待焊工件套装在电极套上,利用定位销固定待焊螺母;
2)、将第一电缆分别与上电极、横杆的电缆接口连接,将第二电缆与
下电极连接,利用点焊机的上电极施压横杆,使得横杆与定位销上的待焊螺母接触,下电极向电极套送电,从而实现待焊螺母相对待焊工件的凸焊,同时在横杆的冷却通道内,输入流动冷却水,实现对横杆的前端凸焊部位进行实时冷却;
3)、凸焊完成后,上电极松压于横杆,横杆在复位弹簧的作用下,恢复到初始状态,为下一次凸焊作准备。
通过采用上述的技术方案,本发明的有益效果是:利用杠杆原理,将上电极施压于横杆上,使横杆作为主要受力件,横杆具有足够的强度与刚性,彻底解决电极变形问题,使待焊螺母只承受垂直方向的受力,消除了偏转力矩,解决了螺母窜动问题,确保了螺母在工件上的准确焊接位置且待焊螺母的凸点受力均匀,从而保证凸焊质量,在横杆后端设有电缆接口与已连接上电极的第一电缆相连,确保焊接电流密度满足凸焊要求,在横杆前端凸焊部位处设有冷却通道,为保证凸焊时在上电极正下方,位于横杆下面的复位弹簧,辅助在实现凸焊完成后,让横杆复位到初始状态,结构简单可靠、调整方便,在凸焊部位设有可替换的锥形短电极块,解决电极凸焊耗损问题,而横杆作为结构件不用更换,节省成本、使用寿命长,整体焊接装置在对内侧螺母凸焊时不会发生窜动现象,受力稳定、焊接质量好、可控性强。
附图说明
图1为现有技术中平板工件的凸焊螺母的焊接结构示意图;
图2为现有技术中C型工件的凸焊螺母的焊接结构示意图;
图3为本发明的凸焊螺母的焊接装置实施例结构示意图。
(图中标识:1、上电极;2、螺母;31、平板工件;32、C型工件;4、定位销;5、电极盖;61、绝缘套;62、绝缘垫片;7、支撑弹簧;8、下电极;10、电极夹头;11、连接螺母;12、L型上电极;13、横杆;14、绝缘支座;15、电缆接口;16、基座;17、复位弹簧;131、出水孔;132、进水孔;)
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例来进一步说明本发明。
如图1所示,为现有技术中平板工件的凸焊螺母的焊接结构,其包括:上电极1、下电极8,下电极8内安装有绝缘垫片62和支撑弹簧7,支撑弹簧7下端固定于绝缘垫片62上,另一端连接定位销4,上电极1的顶部连接有电极夹头10,首先将平板工件31定位在定位销4上的一级定位轴肩,然后将螺母套装在定位销4上的二级定位轴肩上,保证螺母2与平板工件31的焊接位置的准确度,上电极1施压于定位销4顶端,通电实现对螺母2与平板工件31的焊接,定位销4在支撑弹簧7的作用下,每焊完一次就回复原位,从而实现了每个焊接螺母2在平板工件31上的准确定位焊接,但对于复杂型的工件,该结构装置不能完成相应的焊接作业,局限性高。
如图2所示,为现有技术中C型工件的凸焊螺母的焊接结构,其包括:L型上电极12、连接螺母11和电极夹头10,连接螺母11将上电极12和电极夹头10连接为一体,其焊接结构的下电极与图1中的下电极结构一样,在对C型工件32进行凸焊螺母的时候,由L型上电极12的下平面对定位销4施压、通电,与螺母2接触,完成螺母2和C型工件32的焊接,因L型上电极12的本身结构,在焊接过程中,出现L型上电极12对螺母2施加压力时,整个结构处于一个较大的力矩作用下,螺母2在C型工件32上定位不准确、出现窜动现象,使得螺母2的受力不均匀,造成焊接时的压力、电流密度不均匀,凸焊的效果较差,且L型上电极12的结构制造加工量较大,出现焊接磨损后,需整体替换L型上电极12,制造使用成本高、通用性差。
如图3所示,为本发明的凸焊螺母的焊接装置,包括上电极装置和下电极装置,所述上电极装置包括工作台16、上电极1和横杆13,所述横杆13的中后部铰接有绝缘支座14,绝缘支座14固定在工作台16上,所述工作台16上还设有弹性支撑组件,所述横杆13的中前部底面活动搭靠在弹性支撑组件上,所述上电极1位于弹性支撑组件的正上方,并搭靠在横杆13上,所述弹性支撑组件包括基座17和复位弹簧18,所述复位弹簧18置于基座17内,复位弹簧18辅助支撑横杆13,当横杆13由上电极1松压的时候,实现横杆13的复位作用,所述横杆13的前端内部设有冷却通道132,其位置与横杆13的前端凸焊部位134相对应,冷却通道132前后两端分别设有出水孔131和进水孔133,对应孔位进行输入冷却水,实现冷却通道132内的冷却水流动,从而对前端凸焊部位134的进行循环冷却作用,且不干涉凸焊操作。横杆13的后端设有电缆接口15,通过与已连接上电极的第一电缆相连,确保焊接电流密度满足凸焊要求。所述横杆13的前端凸焊部位134上设有锥度凹孔135,锥度凹孔135内连接有锥形短电极块136,解决电极凸焊耗损问题,而横杆作为结构件不用更换,节省成本、使用寿命长。
所述下电极装置位于横杆13的前端凸焊部位134的正下方,下电极装置包括定位销4、电极盖5、支撑弹簧7、绝缘垫片62和下电极8,所述下电极8上螺纹紧固有电极盖5,所述绝缘垫片62和定位销4置于下电极8内,所述支撑弹簧7下端固定于绝缘垫片62上,上端支撑定位销4,所述定位销4上端穿过电极盖5,电极盖5对定位销4进行轴向限位,所述电极盖5和定位销4之间设有绝缘套61,使得定位销4与下电极8绝缘连接,定位销4经过淬火处理增大了高温强度及硬度,减缓磨损。所述上电极1与绝缘支座14的水平位置距离H和下电极与绝缘支座14的水平位置距离L的长度比例为3:4,也可根据情况相应调整比例,相应增大或减小上电极1的压力,从而确保凸焊螺母的电极压力达到焊接规范规定值要求,从而保证焊接质量。本发明在于突破半封闭结构零件凸焊电极“L”型的设计思维,利用杠杆原理巧妙地将“L”型的设计转化为“┻”型设计,消除了偏转力矩,凸焊螺母时只承受垂直方向的受力,彻底解决螺母窜动问题,确保了螺母在工件上的正确位置,达到开放式结构零件的凸焊效果。
一种凸焊螺母的焊接装置的焊接方法,包括如下步骤:
1)、首先将待焊工件套装在电极套5上,利用定位销4固定待焊的螺母2;
2)、将第一电缆分别与上电极1、横杆13的电缆接口15连接,将第二电
缆与下电极8连接,利用点焊机的上电极1施压横杆13,使得横杆13与定位销4上的待焊的螺母2接触,下电极8向电极套5送电,从而实现待焊的螺母2相对待焊工件的凸焊,同时在横杆13的冷却通道132内,输入流动冷却水,实现对横杆13的前端凸焊部位进行实时冷却;
3)、凸焊完成后,上电极1松压于横杆13,横杆13在复位弹簧18的作用
下,恢复到初始状态,为下一次凸焊作准备。
以上所述的,仅为本发明的一个较佳实施例而已,不能限定本实用实施的范围,凡是依本发明申请专利范围所作的均等变化与装饰,皆应仍属于本发明涵盖的范围内。
Claims (5)
1.一种凸焊螺母的焊接装置,包括上电极装置和下电极装置,下电极装置包括定位销(4)、电极盖(5)、支撑弹簧(7)、绝缘垫片(62)和下电极(8),所述下电极(8)上螺纹紧固有电极盖(5),所述绝缘垫片(62)置于下电极(8)内,所述支撑弹簧(7)下端固定于绝缘垫片(62)上,上端支撑定位销(4),所述定位销(4)上端穿过电极盖(5),电极盖(5)对定位销(4)进行轴向限位,所述电极盖(5)和定位销(4)之间设有绝缘套(61),其特征在于:所述上电极装置包括工作台(16)、上电极(1)和横杆(13),所述横杆(13)的中后部铰接有绝缘支座(14),绝缘支座(14)固定在工作台(16)上,所述工作台(16)上还设有弹性支撑组件,所述横杆(13)的中前部底面活动搭靠在弹性支撑组件上,所述上电极(1)位于弹性支撑组件的正上方,并搭靠在横杆(13)上,所述横杆(13)的前端内部设有冷却通道(132),冷却通道(132)前后两端分别设有出水孔(131)和进水孔(133),横杆(13)的后端设有电缆接口(15),所述下电极装置位于横杆(13)的前端凸焊部位(134)的正下方。
2.根据权利要求1所述的一种凸焊螺母的焊接装置,其特征在于:所述弹性支撑组件包括基座(17)和复位弹簧(18),所述复位弹簧(18)置于基座(17)内。
3.根据权利要求1或2所述的一种凸焊螺母的焊接装置,其特征在于:所述横杆(13)的前端凸焊部位(134)上设有锥度凹孔(135),锥度凹孔(135)内连接有锥形短电极块(136)。
4.根据权利要求1所述的一种凸焊螺母的焊接装置,其特征在于:所述上电极(1)与绝缘支座(14)的水平位置距离(H)和下电极与绝缘支座(14)的水平位置距离(L)的长度比例为3:4。
5.根据权利要求1所述的一种凸焊螺母的焊接装置的焊接方法,其特征在于包括如下步骤:
1)、首先将待焊工件套装在电极套上,利用定位销固定待焊螺母;
2)、将第一电缆分别与上电极、横杆的电缆接口连接,将第二电缆与
下电极连接,利用点焊机的上电极施压横杆,使得横杆与定位销上的待焊螺母接触,下电极向电极套送电,从而实现待焊螺母相对待焊工件的凸焊,同时在横杆的冷却通道内,输入流动冷却水,实现对横杆的前端凸焊部位进行实时冷却;
3)、凸焊完成后,上电极松压于横杆,横杆在复位弹簧的作用下,恢
复到初始状态,为下一次凸焊作准备。
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