CN113319391B - 一种气门嘴焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种气门嘴焊接装置及焊接方法，气门嘴焊接装置包括机架、夹具定位装置、冷却装置、控制装置、龙门架、焊接夹具装置、高频线圈升降装置、上压紧装置、顶杆驱动装置，龙门架、高频线圈升降装置、顶杆驱动装置安装在机架上，高频线圈升降装置上设有高频线圈，焊接夹具装置与夹具定位装置配合，焊接夹具装置设有外壳、底座、顶杆、夹具弹簧、上垫块、下垫块、螺杆，外壳与底座固定，外壳内设置顶杆、上垫块、下垫块，下垫块与顶杆通过螺杆固定，外壳上部与下垫块滑动配合，外壳中下部与顶杆滑动配合，夹具弹簧套在顶杆上，气门嘴工件置于上垫块上，顶杆驱动装置与顶杆配合。本申请结构简洁，使用方便，质量好效率高劳动强度低，安全性好。

Description

一种气门嘴焊接装置及焊接方法

技术领域

本申请涉及一种气门嘴焊接装置及焊接方法，主要适用于智能化气门嘴轮胎压力检测系统（TPMS）传感器座高频感应钎焊、冷却、焊接夹具流转等工作。

背景技术

随着汽车技术的进步，对气门嘴的要求越来越高，由于轮胎压力监测系统（TPMS）的出现，迅速拉大了行业内企业的差距，行业内部竞争更加激烈。卡车、气门嘴零部件需较高的耐压，工作环境恶劣，因此卡车气门嘴相对于其他气门嘴零部件性能要求更高。卡车气门嘴由嘴体螺杆、传感器座组成，其材质为H62，采用高频感应钎焊焊接为一体。由于两种工件形状厚薄不均且焊料需预制，焊接质量难以保证，同时不利于自动化生产。目前焊接方法是焊接工装固定在线圈内，上下料均在线圈内操作，局限装配空间，影响工作效率，装配工件时会移动线圈，焊接质量难以保证。采用手工定位压持劳动强度较高，每台焊接设备至少需一人持续操作，生产效率难以提高，高频磁场对现场操作人员健康有一定的危害。

发明内容

本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构简洁，使用方便，质量好，自动化程度高的气门嘴焊接装置及焊接方法。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种气门嘴焊接装置，包括机架、夹具定位装置、上压紧装置、冷却装置、控制装置，机架上安装有夹具定位装置、冷却装置，其特征是还设置有龙门架、焊接夹具装置、高频线圈升降装置、顶杆驱动装置，龙门架、高频线圈升降装置、顶杆驱动装置均安装在机架上，高频线圈升降装置上设置有高频线圈，上压紧装置安装在龙门架上并用来压住气门嘴工件，所述焊接夹具装置用于安装气门嘴工件并与夹具定位装置配合，焊接夹具装置设置有外壳、底座、顶杆、夹具弹簧、上垫块、下垫块、螺杆，外壳与底座固定，外壳内设置顶杆、上垫块、下垫块，下垫块与顶杆通过螺杆固定，外壳上部（内壁）与下垫块滑动配合，外壳中下部与顶杆滑动配合，夹具弹簧套在顶杆上并位于外壳中下部与顶杆下部之间，被加工的气门嘴工件置于上垫块上，顶杆驱动装置与顶杆配合，顶杆驱动装置驱动顶杆将上压紧装置压住的气门嘴工件抬升至对应高频线圈的位置，冷却装置用来冷却焊接夹具装置及其上的气门嘴工件，控制装置与冷却装置、伺服电机、顶杆驱动装置均连接并控制它们的操作。

所述焊接夹具装置的上垫块采用紫铜，下垫块采用石墨，上垫块厚度在4～8毫米之间，与下垫块的石墨配合有利于焊接性能提高，吸热导热少，节约能源，不会形成焊接尖角效应，减少焊接时间，不会造成气门嘴工件熔蚀，焊后冷却速度快。

本申请所述焊接夹具装置头部具有四个定位柱，所述四个定位柱分别位于头部的四个角上，头部正面形成前后定位槽，头部侧面形成侧面定位槽。高频线圈与焊接夹具头部定位柱有较大距离，通常高频线圈底面与焊接夹具头部（定位柱上平面）上下距离不小于40毫米，以便焊接夹具外壳尽少产生涡电流磁场感应，影响加热时间及焊接性。定位柱作用是安装气门嘴工件时方便安装及人工移动焊接夹具装置推入夹具定位装置内过程中不导致掉落，焊接时有压杆压住不产生松动掉落即可。上垫块与下垫块采用套接装配形式，上垫块套装在下垫块上。

所述高频线圈升降装置包括固定连接成一体的两块立板、盖板、底板、线圈变压器固定架，线圈变压器安装在线圈变压器固定架上并与高频线圈（现有技术）连接，线圈变压器固定架包括上板、下板，盖板中间安装有丝杆，丝杆上端安装手轮，丝杆下端啮合套装在丝杆支座上，丝杆支座安装在上板上，下板上安装有两个轴承支座，两个定位轴分别穿入两个轴承支座安装在盖板、底板之间，定位轴下部下板与底板之间套装固定架弹簧，线圈变压器固定架上安装有标尺，与标尺对应的立板侧面安装刻度尺，丝杆上设置有丝杆固定螺母。所述线圈升降装置采用手轮转动调节高频线圈垂直方向的升降,用于精准调节高频线圈与工件的位置，确保焊接效果。

本申请所述机架上安装有工作台面板，工作台面板上厚度20mm，材质为45钢，确保使用过程中发生变形影响尺寸精确度。工作台面板上安装龙门架、高频线圈升降装置，顶杆驱动装置安装在工作台面板下面的机架上，工作台面板上开有供顶杆驱动装置头进出（上下移动）的孔洞。为了焊接夹具装置推拉方便，在焊接夹具装置底座侧面焊接拉杆。

本申请所述控制装置采用PLC装置并安装在机架上，控制装置的显示面板及操作按钮安装在工作台面板上，用于设备运转的程序控制。

本申请还设置有焊接夹具流转装置，所述焊接夹具流转装置采用现有技术的传送带装置，包括传送架、传送带、传送带驱动装置，传送架安装于机架下部中，传送带驱动装置安装在传送架上，传送带驱动装置上安装传送带，焊接夹具流转装置位于工作台面板、顶杆驱动装置以下，用来将冷却后的焊接夹具装置传送到装载气门嘴工件的位置，便于流水式循环作业，传送架设置在机架中节约空间且方便操作者取用。

本申请所述冷却装置包括外冷却管、内冷却管、风冷室及感应器，外冷却管、内冷却管均通过各自的气源减压调节阀连通至气源，控制装置与感应器、两个气源减压调节阀均连接，外冷却管出风口对着焊接位置（被压杆、顶杆驱动装置上下限位的位置）的气门嘴工件，内冷却管出风口对着置于风冷室中的气门嘴工件，感应器安装在风冷室中并用来感应焊接夹具装置是否置于风冷室中并到位，风冷室设置有供焊接夹具装置进出的开口（通常在风冷室顶部），也可以设置风冷室排风口。

本申请还设置有金属挡板装置，金属挡板装置包括金属挡板和金属挡板驱动装置，金属挡板驱动装置与金属挡板连接，在高频感应焊接时，金属挡板驱动装置驱动金属挡板移动至高频线圈正前面，用来挡住高频线圈正面的高频电磁场，减少其对站在龙门架正面进行操作的操作人员造成伤害；焊接完成后，金属挡板驱动装置驱动金属挡板复位（金属挡板初始位置位于不影响操作者操作的位置，例如高频线圈前上方，或者前侧面等）。

本申请所述上压紧装置可以采用现有技术，例如安装在滑轨上的滑块用重力和/或结构特点确保气门嘴工件位置固定，或者使用安装在龙门架上的扭力控制的伺服电机及配套的压杆装置、压杆位置检测开关，所述压杆装置包括压杆、滑轨支座、滑块、连杆滑轮构成，滑轨支座安装在龙门架上，滑轨支座上安装上下滑动的滑块、左右移动的连杆滑轮以及压杆位置检测开关，压杆位置检测开关与控制装置连接，用来检测压杆是否移动到位，伺服电机安装在龙门架上并与连杆滑轮啮合，驱动连杆滑轮左右方向移动，连杆滑轮与滑块啮合，驱动滑块上下滑动，滑块与压杆连接。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案还包括：一种气门嘴焊接方法，其特征是包括以下步骤：

S1预置钎焊料的气门嘴工件置于焊接夹具装置上，焊接夹具装置安装至夹具定位装置上；

S2控制装置启动上压紧装置压住气门嘴工件；

S3顶杆驱动装置驱动顶杆抬升下垫块、上垫块、气门嘴工件至气门嘴工件与高频线圈对应位置；

S4控制装置接通高频线圈电源使得预置的钎焊料熔化铺展在气门嘴工件焊接处；

S5经过S4步骤处理后的气门嘴工件自然冷却一定时间后，控制装置启动冷却装置对气门嘴工件进行第一次风冷：

S6将焊接夹具装置及其上经过S5步骤处理后的气门嘴工件置于风冷室中；

S7感应器感应到焊接夹具装置置于风冷室中并到位后，发出焊接夹具装置到位信号至控制装置，控制装置启动冷却装置对气门嘴工件进行第二次风冷。

完成焊接后，控制装置驱动电气控制装置复位，等待下一次焊接或者关机。

本申请所述S3步骤还设置有控制装置启动金属挡板装置，将金属挡板挡在操作者前面的步骤，该步骤可以与前述顶杆驱动装置驱动顶杆抬升下垫块、上垫块、气门嘴工件至气门嘴工件与高频线圈对应位置步骤同时进行或者部分重合进行。

本申请所述S2步骤前可以通过高频线圈升降装置调节高频线圈的高度，所述高度通过标尺、刻度尺读取，从而适应不同（厚度或高度）气门嘴工件或者不同的焊接夹具装置，提高适应能力。

本申请所述S7步骤后可以设置将焊接好的气门嘴工件取出，（空的）刚用过的焊接夹具装置置于焊接夹具流转装置上，通过焊接夹具流转装置将焊接夹具装置送到气门嘴工件置于焊接夹具装置上这步操作对应位置。

本申请与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构简洁，使用方便，焊接质量好，提高生产效率并降低工人劳动强度，同时，自动焊接装置焊接区域通过金属挡板与人隔离，降低高频磁场对人体的危害。

附图说明

图1是本申请实施例的结构示意图。

图2是图1的左视示意图。

图3是本申请实施例焊接夹具装置的结构示意图。

图4是图3的剖视示意图。

图5是本申请实施例高频线圈升降装置的结构示意图。

图中：机架1、工作台面板2、焊接夹具装置3、外壳31、底座32、顶杆33、夹具弹簧34、（紫铜）上垫块35、（石墨）下垫块36、（内六角）螺杆37、拉杆38、夹具定位装置4、焊接夹具流转装置5、上压紧装置6（包括伺服电机61、压杆62、滑轨支座63、滑块64、连杆滑轮65）、控制装置（特例为PLC）7、冷却装置8、高频线圈升降装置9、龙门架10、顶杆驱动装置（特例为顶杆气缸）11、金属挡板装置12、气门嘴工件13。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本申请作进一步的详细说明，以下实施例是对本申请的解释而本申请并不局限于以下实施例。

参见图1～图5，本实施例包括焊接夹具装置3，所述焊接夹具装置3包括组合焊接的圆形外壳31、底座32，内部安装有顶杆33、夹具弹簧34、上垫块35、下垫块36、螺杆37、拉杆38，采用螺杆37将下垫块36与顶杆33组装成一体，外壳31上部与下垫块36滑动配合，外壳31中下部与顶杆33滑动配合，夹具弹簧34位于外壳31中下部与顶杆33之间。为了焊接夹具装置3推拉方便，在焊接夹具装置3底座32侧面焊接拉杆38。将预置钎焊料的气门嘴工件安装在上垫块35上，焊接夹具装置3人工推送至夹具定位装置4中，启动开关按钮后PLC程序会启动伺服电机61，伺服电机61以最小扭矩力控制压杆62下压至工件中心位置固定气门嘴工件，伺服电机有扭力控制、速度控制、位置控制三种方式，本申请只需轻微力度，主要目的是在顶杆驱动装置11顶升时防止气门嘴工件发生偏移松动，首选用扭力控制。顶杆驱动装置11安装在工作台面板2下面的机架1上，工作台面板2上开有供顶杆驱动装置11头进出（上下移动）的孔洞，顶杆驱动装置11头与焊接夹具装置3中的顶杆33配合，使安装在焊接夹具装置3上的上垫块35及其上的气门嘴工件上升至与焊接用的高频线圈配合位置进行焊接。所述压杆62先下压至气门嘴工件上，其后顶杆驱动装置顶起顶杆33使上垫块35、下垫块36及气门嘴工件连同压杆62一并上升至气门嘴工件与高频线圈对应位置，先下压的目的是防止顶杆33顶起时引发气门嘴工件错位或掉落。待焊接完成后自然冷却2s，PLC程序打开压缩空气（气源，下同）外冷却管81阀门自动吹气风冷3s后，伺服电机61、顶杆驱动装置11、金属挡板装置12分别控制压杆62、顶杆33、金属挡板回位。人工抽出焊接夹具装置3，手工移入右方冷却装置8中，感应器（光电开关）感应到焊接夹具装置3，PLC程序打开压缩空气内冷却管82阀门冷却30s左右。人工将冷却后的气门嘴工件放入周转筐并将焊接夹具3放入焊接夹具流转装置5的传送带上返回另一端（即气门嘴工件置于焊接夹具装置3上的对应位置，图1左侧），便于循环二次安装操作。针对顶杆气缸与吹气冷却压力不同，配置了不同的气源减压调节阀，用以保证各子系统所需的压力。

本申请焊接夹具装置3的上垫块35采用紫铜，下垫块36采用石墨，优势是1、结构简洁，采用气动顶杆33升缩，2、上垫块35厚度（指上垫块35上平面与下平面之间的距离）在4～8毫米之间，特例为5mm，与下垫块36的石墨配合，有利于焊接性能提高：焊接时吸热导热少，节约能源，不会形成焊接尖角效应，减少焊接时间，不会造成气门嘴工件熔蚀，焊后冷却速度快。

本申请所述焊接夹具装置3头部39具有四个定位柱393，所述四个定位柱393分别位于头部39的四个角上，头部39正面形成前后定位槽391，头部39侧面形成侧面定位槽392。

本实施例夹具定位装置4用于定位焊接夹具装置3，顶杆驱动装置11顶起顶杆33时限位气门嘴工件只能上下移动，不会左右、前后方向移位偏斜，确保气门嘴工件精准送入高频线圈内。

本实施例设有高频线圈升降装置9，包括（左、右）立板91、盖板92、底板93、线圈变压器固定架94，线圈变压器安装在线圈变压器固定架94上，线圈变压器固定架94包括上板943、下板942。盖板92中间安装有丝杆95，丝杆95上端安装喇叭手轮96，丝杆95下端啮合套装在丝杆支座97上，丝杆支座97安装在线圈变压器固定架94上板943上。线圈变压器固定架94下板942上还安装有两个轴承支座98，（左右）两个定位轴99分别穿入两个轴承支座98安装在盖板92、底板93之间，定位轴99下部线圈变压器固定架94下板942与底板93之间套装固定架弹簧991，线圈变压器固定架94上安装有标尺941，与标尺941对应的立板91侧面安装有刻度尺，喇叭手轮96转动使得丝杆95转动，丝杆95驱动与其啮合的丝杆支座97上下移动，驱动与丝杆支座97固定的线圈变压器固定架94沿两个定位轴99上下移动，从而调节安装在线圈变压器固定架94上的高频线圈垂直方向高度并通过标尺941、刻度尺读取，丝杆95上配合有丝杆固定螺母951，当高频线圈调节好高度后可用丝杆固定螺母951固定锁死。

本实施例设有龙门架10，由两块20mm厚立板和20mm厚盖板组成，采用螺杆组装安装在工作台面板2上，气门嘴工件通过焊接夹具装置3在龙门架10内完成焊接，上压紧装置6包括伺服电机61、压杆62、滑轨支座63、滑块64、连杆滑轮65和压杆位置检测开关，压杆62、滑轨支座63、滑块64、连杆滑轮65构成压杆装置，滑轨支座63安装在龙门架10上，滑轨支座63上安装上下滑动的滑块64、左右移动的连杆滑轮65以及压杆位置检测开关，压杆位置检测开关与控制装置7连接，用来检测压杆62是否恰好压住气门嘴工件，伺服电机61安装在龙门架10上并与连杆滑轮65上的连杆啮合，驱动连杆滑轮65沿图1左右方向移动（转动转换成直线移动，为现有技术，下同），连杆滑轮65上的滑轮与滑块64啮合，驱动滑块64上下滑动，滑块64与压杆62连接，驱动压杆62上下升降压住气门嘴工件定位，顶杆驱动装置11推力大于伺服电机61扭力产生的压力或者控制装置7给出信号后，顶杆驱动装置11上推顶杆33时伺服电机61同步驱动压杆62上升。龙门架10正面（图2右侧）左右侧边上安装金属挡板装置12，用来挡住龙门架10（高频线圈）正前面的高频电磁场，减少其对站在龙门架10正面进行操作的操作人员造成伤害。作为一种特例，龙门架10正面两侧对称安装导条，配合滑块用以滑动限位金属档板，金属挡板与龙门架10上的金属挡板气缸连接。焊接时金属挡板气缸驱动金属档板下滑，挡住焊接区域，屏蔽高频电磁场，减少高频磁场对人体的辐射。焊接好且自然冷却和压缩空气自动吹气风冷完成后，金属挡板气缸驱动金属挡板上移，方便操作者进行作业。

本实施例焊接夹具流转装置5包括传送架51、传送带52、传送带驱动装置53，传送架51安装于机架1下部中，焊接夹具流转装置5为现有技术并用来传送焊接夹具装置3，且位于工作台面板2、顶杆驱动装置11以下，使得焊接夹具装置3能够重复利用且少占用空间，又方便操作者取用。

冷却装置8包括外冷却管81、内冷却管82、风冷室83及感应器，外冷却管81用于焊接后的第一次风冷，内冷却管82用于焊接完成后的焊接夹具装置3及气门嘴工件一并移入冷却装置8中后的第二次风冷，感应器用来感应焊接夹具装置3是否移动至风冷室83中，以便启动第二次风冷完成冷却工作。

龙门架10内焊接区域外围（焊接位置的气门嘴工件周边）设置排风装置，用于改善焊接烟尘，保证作业人员职业健康，设备内置电源线，PLC控制器、控制线及气动系统，提高安全保护性能。

凡是本申请技术特征和技术方案的简单变形或者组合，应认为落入本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种气门嘴焊接装置，包括机架、夹具定位装置、冷却装置、控制装置，机架上安装有夹具定位装置、上压紧装置、冷却装置，其特征是还设置有龙门架、焊接夹具装置、高频线圈升降装置、顶杆驱动装置，龙门架、高频线圈升降装置、顶杆驱动装置均安装在机架上，高频线圈升降装置上设置有高频线圈，上压紧装置安装在龙门架上，焊接夹具装置与夹具定位装置配合，焊接夹具装置设置有外壳、底座、顶杆、夹具弹簧、上垫块、下垫块、螺杆，外壳与底座固定，外壳内设置顶杆、上垫块、下垫块，下垫块与顶杆通过螺杆固定，外壳上部与下垫块滑动配合，外壳中下部与顶杆滑动配合，夹具弹簧套在顶杆上并位于外壳中下部与顶杆下部之间，被加工的气门嘴工件置于上垫块上，上垫块采用紫铜，下垫块采用石墨，上垫块厚度在4～8毫米之间，顶杆驱动装置与顶杆配合，冷却装置用来冷却焊接夹具装置及其上的气门嘴工件，控制装置与冷却装置、伺服电机、顶杆驱动装置均连接。

2.根据权利要求1所述气门嘴焊接装置，其特征是：所述焊接夹具装置头部具有四个用来定位气门嘴工件的定位柱，所述四个定位柱分别位于焊接夹具装置头部的四个角上，焊接夹具装置头部正面形成前后定位槽，焊接夹具装置头部侧面形成侧面定位槽，高频线圈底面与焊接夹具头部上下距离不小于40毫米。

3.根据权利要求1所述气门嘴焊接装置，其特征是：所述高频线圈升降装置包括固定连接成一体的两块立板、盖板、底板、线圈变压器固定架，线圈变压器安装在线圈变压器固定架上并与高频线圈连接，线圈变压器固定架包括上板、下板，盖板中间安装有丝杆，丝杆上端安装手轮，丝杆下端啮合套装在丝杆支座上，丝杆支座安装在上板上，下板上安装有两个轴承支座，两个定位轴分别穿入两个轴承支座安装在盖板、底板之间，定位轴下部下板与底板之间套装固定架弹簧，线圈变压器固定架上安装有标尺，与标尺对应的立板侧面安装刻度尺，丝杆上设置有丝杆固定螺母。

4.根据权利要求1所述气门嘴焊接装置，其特征是：所述机架上安装有工作台面板，工作台面板上安装龙门架、高频线圈升降装置，顶杆驱动装置安装在工作台面板下面的机架上，工作台面板上开有供顶杆驱动装置头进出的孔洞。

5.根据权利要求4所述气门嘴焊接装置，其特征是：还设置有焊接夹具流转装置，所述焊接夹具流转装置包括传送架、传送带、传送带驱动装置，传送架安装于机架下部中，传送带驱动装置安装在传送架上，传送带驱动装置上安装传送带，焊接夹具流转装置位于工作台面板、顶杆驱动装置以下。

6.根据权利要求1至4任一权利要求所述气门嘴焊接装置，其特征是：所述冷却装置包括外冷却管、内冷却管、风冷室及感应器，外冷却管、内冷却管均通过各自的气源减压调节阀连通至气源，控制装置与感应器、两个气源减压调节阀均连接，外冷却管出风口对着焊接位置的气门嘴工件，内冷却管出风口对着置于风冷室中的气门嘴工件，感应器安装在风冷室中并用来感应焊接夹具装置是否置于风冷室中并到位，风冷室设置有供焊接夹具装置进出的开口。

7.一种基于权利要求6所述气门嘴焊接装置的气门嘴焊接方法，其特征是包括以下步骤：

S1预置钎焊料的气门嘴工件置于焊接夹具装置上，焊接夹具装置安装至夹具定位装置上；

S2控制装置启动上压紧装置压住气门嘴工件；

S3顶杆驱动装置驱动顶杆抬升下垫块、上垫块、气门嘴工件、上压紧装置至气门嘴工件与高频线圈对应位置；

S4控制装置接通高频线圈电源使得预置的钎焊料熔化铺展在气门嘴工件焊接处；

S5经过S4步骤处理后的气门嘴工件自然冷却一定时间后，控制装置启动冷却装置对气门嘴工件进行第一次风冷：

S6将焊接夹具装置及其上经过S5步骤处理后的气门嘴工件置于风冷室中；

S7感应器感应到焊接夹具装置置于风冷室中并到位后，发出焊接夹具装置到位信号至控制装置，控制装置启动冷却装置对气门嘴工件进行第二次风冷。

8.根据权利要求7所述气门嘴焊接方法，其特征是：所述S3步骤还设置有控制装置启动金属挡板装置，将金属挡板挡在操作者前面的步骤。

9.根据权利要求7所述气门嘴焊接方法，其特征是：所述S2步骤前通过高频线圈升降装置调节高频线圈的高度并通过标尺、刻度尺读取。

10.根据权利要求7所述气门嘴焊接方法，其特征是：所述S7步骤后设置将焊接好的气门嘴工件取出，刚用过的焊接夹具装置置于焊接夹具流转装置上，通过焊接夹具流转装置将该焊接夹具装置送到S1步骤中气门嘴工件置于焊接夹具装置上这步操作对应位置。

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