時(shí)間:2021年01月27日 分類:科學(xué)技術(shù)論文 次數(shù):
摘要:汽車消聲器內(nèi)組件隆脊是對消聲管局部金屬進(jìn)行拉伸變形,將隔板與消聲管通過塑性變形連接在一起的內(nèi)組件組裝工藝。汽車消聲器內(nèi)組件隆脊裝置是根據(jù)用戶需求專門研制的,該設(shè)備采用伺服電機(jī)、PLC控制,提升了系統(tǒng)的工作可靠性、運(yùn)行的穩(wěn)定性和零件的加工精度,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化,提高了生產(chǎn)效率,減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。內(nèi)組件采用隆脊制造,消除了污染耗能的焊接工藝,真正做到了綠色環(huán)保、節(jié)能高效的生產(chǎn),既有經(jīng)濟(jì)效益又有社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞:消聲器;內(nèi)組件;隆脊裝置;伺服驅(qū)動(dòng);PLC
0引言
汽車消聲器的內(nèi)組件目前主要采用焊接的生產(chǎn)方式,焊接過程中會(huì)產(chǎn)生電弧光和煙塵,電弧光中紫外光不僅會(huì)損傷皮膚組織,進(jìn)入眼睛還會(huì)刺激結(jié)膜、角膜,從而引起巨痛,嚴(yán)重的情況下會(huì)引起白內(nèi)障等眼病。焊接中產(chǎn)生的煙是由焊接煙塵(0.01~5μm固體微粒)及焊接氣體混合組成,焊接工作者如果吸進(jìn)大量的焊接煙塵或焊接氣體的話,將會(huì)引起各種各樣的身體疾病。在進(jìn)行電弧焊接時(shí)會(huì)有飛濺及灼熱的焊渣飛出。由于飛濺及焊渣濺到眼睛及皮膚上后引起的燙傷或由于不注意直接接觸沒有完全冷卻的母材后造成的燙傷等是經(jīng)常發(fā)生的事故。
汽車論文范例:論礦用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷與維修
而消聲器內(nèi)組件隆脊設(shè)備利用材料塑性變形方式將兩物體連接在一起,采用隆脊工藝生產(chǎn)消聲器內(nèi)組件達(dá)到了一次運(yùn)行多處成型,單件生產(chǎn)周期能在30s內(nèi)完成,極大的提升了生產(chǎn)效率,沒有了焊接工藝,消除了焊接帶來的不良影響。因此,采用隆脊方式生產(chǎn)消聲器內(nèi)組件是一種綠色環(huán)保、高效節(jié)能、精確制造的生產(chǎn)方式。另外隆脊設(shè)備利用伺服電機(jī)作為動(dòng)力源提升了產(chǎn)品的控制精度。隆脊生產(chǎn)工藝將逐步被人們所認(rèn)識、所接受,也會(huì)成為人們重點(diǎn)研究和發(fā)展的方向。該設(shè)計(jì)已獲得實(shí)用新型專利[1](專利號ZL2015210825725)。
1隆脊工藝介紹
隆脊是將空心管件局部直徑加以擴(kuò)大而與另一工件進(jìn)行連接固定的加工工序,管件局部脹形是在壓力作用下使管件沿徑向擴(kuò)張的成形工藝。汽車消聲器內(nèi)組件隆脊就是將消聲管局部金屬拉伸變形,達(dá)到將隔板以及消聲管兩個(gè)零件固定在一起的內(nèi)組件組裝工藝。管件在脹形過程中,若僅對管件內(nèi)壁施加徑向壓力(內(nèi)脹力),其脹形成形主要靠管件壁厚度的局部變薄和軸向的自由收縮(縮短)來完成。最終使管件的局部徑向尺寸變大,其它部分的管徑不變。在管件脹形部位局部變薄的同時(shí),管件軸向上還伴隨著自由收縮,從而讓軸向收縮部分的材料補(bǔ)充到脹形部位,緩解了脹形區(qū)材料的不足[3]。
1.1隆脊脹形系數(shù)和伸長率計(jì)算
隆脊脹形時(shí)的變形程度是受材料的極限伸長率的限制,脹形系數(shù)Kp一般用Kp=dmax/d0表示,其中dmax為管件隆脊脹形后最大直徑,d0為管件脹形前原始直徑。則管件隆脊成形的脹形系數(shù)為Kp=dmax/d0=54/50=1.08其中,dmax=54,d0=50,而伸長率=(dmax-d0)/d0=4/50=8%,查閱手冊可知,汽車消聲器常用低鉻鐵素體不銹鋼00Cr11Ti(409L),其線性脹形系數(shù)為12.0,伸長率≥37%,即管件隆脊成形的脹形系數(shù)1.08小于線性脹形系數(shù),管件的伸長率8%小于伸長率37%.所以汽車消聲器可以通過一次隆脊成形來完成[4-5]。
1.2隆脊成形特點(diǎn)及擴(kuò)徑力
隆脊過程中,金屬管件是在內(nèi)壓力p作用下自然脹形。隆脊脹形變形區(qū)主要承受雙向拉應(yīng)力的平面應(yīng)力狀態(tài)和兩向拉伸、一向壓縮的應(yīng)變狀態(tài)。由于金屬管件隆脊脹形區(qū)材料處于雙向受拉的不利變形條件,其成形主要靠管件壁厚的變薄和管件軸向的自由收縮(縮短)來完成,故管件隆脊脹形區(qū)管壁極易嚴(yán)重變薄甚至破裂。因此,控制隆脊脹形區(qū)管件壁厚的過度變薄和防止破裂,是隆脊脹形工藝需要考慮的主要問題[2-3]。
擴(kuò)徑力是指隆脊過程中施加在隆脊模具上的軸向作用力,是決定隆脊質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù),擴(kuò)徑力的分析計(jì)算對隆脊裝置的設(shè)計(jì)都具有重要意義。金屬管件在擴(kuò)徑力作用下進(jìn)行隆脊作業(yè)時(shí),金屬管件局部產(chǎn)生塑性變形。在金屬管件隆脊成形過程中,管件的變形區(qū)、傳力區(qū)的范圍及尺寸不斷變化和互相轉(zhuǎn)化,當(dāng)金屬管件變形區(qū)或傳力區(qū)有兩種以上的變形時(shí),需要變形力最小的變形方式會(huì)最先進(jìn)入塑性狀態(tài),產(chǎn)生塑性變形。在金屬管件隆脊工藝過程設(shè)計(jì)和隆脊模具設(shè)計(jì)時(shí),優(yōu)先選用要求最小的變形力就能夠?qū)崿F(xiàn)的變形方式。
金屬管件隆脊時(shí)變形區(qū)材料主要受切向拉應(yīng)力作用容易破裂。同時(shí),在進(jìn)氣管零件錐形過渡部位隆脊脹形所需的擴(kuò)徑力作用,對管件傳力區(qū)產(chǎn)生軸向力,該軸向力等于或超過縱向彎曲失穩(wěn)時(shí)的臨界力時(shí)就會(huì)造成管坯底部彎曲失穩(wěn)。所以金屬管件隆脊脹形的極限變形程度要受破裂條件限制和失穩(wěn)條件限制。因此,為避免隆脊過程中管坯底部失穩(wěn),同時(shí)減少隆脊脹形中的開裂現(xiàn)象,需要考慮降低管件過渡部位擴(kuò)口脹形所需的擴(kuò)徑力。
2隆脊裝置結(jié)構(gòu)組成
汽車消聲器內(nèi)組件隆脊裝置由機(jī)架本體機(jī)構(gòu)、伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)及模具組成。加工不同產(chǎn)品時(shí)更換模具即可。機(jī)架本體機(jī)構(gòu)是該裝置的最基本機(jī)構(gòu),支撐伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、模具機(jī)構(gòu)、電控箱等;伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是該裝置的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),將裝配好孔管和隔板的夾持移動(dòng)到隆脊的位置,然后主伺服電機(jī)帶動(dòng)隆脊模具徑向擴(kuò)張將孔管和隔板加工成一個(gè)整體部件。電控系統(tǒng)是該裝備的中樞神經(jīng)系統(tǒng),對這個(gè)裝備動(dòng)作進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào),按規(guī)定要求進(jìn)行動(dòng)作;模具機(jī)構(gòu)根據(jù)產(chǎn)品的不同而采用不同的模具。
隆脊工作流程如下:先將所有的孔管和隔板裝配到待隆脊的工裝夾具上,然后按下啟動(dòng)按鈕(為了安全起見采用雙手啟動(dòng)),工裝自動(dòng)夾持零件,定位伺服電機(jī)通過滾珠絲杠帶動(dòng)安裝在導(dǎo)軌上的裝配有零件的工裝夾具運(yùn)動(dòng)到待隆脊的位置后停止。主伺服電機(jī)通過滾珠絲杠帶動(dòng)隆脊機(jī)構(gòu)徑向擴(kuò)張,擴(kuò)張到設(shè)定位置后,隆脊機(jī)構(gòu)收縮復(fù)原,并通過計(jì)數(shù)器記錄所加工產(chǎn)品的數(shù)量;定位伺服電機(jī)回到原位,松開壓緊機(jī)構(gòu),取出工件,進(jìn)入下一次循環(huán)工作過程。模具的活動(dòng)座、固定座分別與主機(jī)的活動(dòng)座、固定座通過卡槽方式相連接。模具的活動(dòng)座和固定座之上分別安裝有分瓣的凸緣隆脊模具和支承芯軸,芯軸形式是圓錐的外表面,分瓣的凸緣隆脊模具形式為圓錐的內(nèi)表面。
3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
選用伺服電機(jī)+減速機(jī)+絲桿的方案控制工裝車運(yùn)動(dòng),工裝車移動(dòng)速度:0-100mm/s可調(diào);工裝由零件定位工裝+隆脊工裝構(gòu)成:選用伺服電機(jī)+滾珠絲杠控制隆脊機(jī)構(gòu),雙作用氣缸+雙電控電磁閥控制夾緊機(jī)構(gòu)。根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能要求、數(shù)據(jù)類型及I/O點(diǎn)數(shù),本隆脊設(shè)備選用三菱FX2N-32MT的PLC作為控制器,對其I/O地址進(jìn)行分配。
3.2軟件設(shè)計(jì)隆脊設(shè)備的設(shè)計(jì)核心是控制程序設(shè)計(jì),控制程序的好壞關(guān)系到隆脊設(shè)備的性能、工作效率和可操作性。程序設(shè)計(jì)不僅需要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工作流程,還要滿足功能性、安全性和穩(wěn)定性三大原則。隆脊裝置的程序設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回原點(diǎn)、自動(dòng)隆脊和手動(dòng)操作三種工作方式。
4結(jié)論
隆脊裝置自投產(chǎn)以來,運(yùn)行穩(wěn)定,極好地完成汽車消聲器內(nèi)組件的生產(chǎn),完全滿足生產(chǎn)工藝要求。對安裝在工裝上的所有孔管和隔板自動(dòng)一次性地完成它們之間的隆脊固定,取代了人工一點(diǎn)一點(diǎn)地焊接工作。該設(shè)備采用伺服電機(jī)、PLC控制,提升了系統(tǒng)的工作可靠性,運(yùn)行的穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化,提高了生產(chǎn)效率,減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。而且內(nèi)組件隆脊制造,消除了污染耗能的焊接方式,真正做到了綠色環(huán)保、高效節(jié)能的生產(chǎn)。
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作者:蔣玲1,2,張超3