陳洪峰　楊　東

(江蘇師范大學(xué)，江蘇 徐州 221116)

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一種點焊機電極臂的改進(jìn)設(shè)計與應(yīng)用

陳洪峰楊東

(江蘇師范大學(xué)，江蘇 徐州 221116)

針對現(xiàn)行的DN系列點焊機，對其電極臂進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，使之成為一種焊接礦用防爆燈具保護(hù)網(wǎng)罩的專用點焊機，以滿足對保護(hù)網(wǎng)罩點焊的工藝要求，拓寬了設(shè)備適用范圍，提高了設(shè)備使用效率和使用壽命。

電極臂；工藝要求；循環(huán)水路；清理疏通；冷卻效果

點焊機是一種電阻焊接設(shè)備，具有生產(chǎn)效率高、低成本的特點，因此廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、汽車等工業(yè)。采用雙面雙點過流焊接的工作原理，工作時兩個電極對工件加壓，使兩層金屬在兩電極的壓力下形成一定的接觸電阻。而焊接電流瞬間從一電極沿兩工件流至另一電極形成回路，不傷及被焊接工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。點焊機多用于對薄板或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的焊接，如汽車駕駛室外殼、設(shè)備蒙皮、薄片金屬網(wǎng)架等。

現(xiàn)行的DN系列點焊機主要部件包括(圖1所示)：機架1、變壓器2、下電極臂3、上電極臂4等。電極臂既用于傳導(dǎo)焊接電流，又用于傳遞動力。點焊機工作運行時，變壓器、電極臂等部件會產(chǎn)生大量的熱量，這些部件發(fā)熱嚴(yán)重會縮短設(shè)備的使用壽命，另外電極臂和電極的水冷卻效果直接影響焊接過程、焊接接頭質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，設(shè)備運行必須接通冷卻水路，對變壓器、電極臂等部分進(jìn)行充分的冷卻。

1　設(shè)計背景及問題的提出

1.1設(shè)計技術(shù)背景

礦用防爆燈具是筆者單位校辦企業(yè)的主要經(jīng)營產(chǎn)品。按國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836-2010規(guī)定礦用防爆燈具必須設(shè)置防護(hù)網(wǎng)罩。此網(wǎng)罩是燈具的重要組成部分，主要是對燈具的鋼化玻璃罩等部件進(jìn)行防護(hù)，其中罩網(wǎng)2的點焊焊接是保護(hù)網(wǎng)罩的重要加工工序之一。防護(hù)網(wǎng)罩的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由殼座1、罩網(wǎng)2、罩桿3和右殼4組成。

4根罩桿3的左端螺紋部分與殼座1的右端面上的4個螺紋孔分別相連，右端分別插在右殼4圓周分布的4個孔內(nèi)，經(jīng)電焊焊接后形成保護(hù)網(wǎng)罩的骨架。其長度尺寸由礦用防爆燈的規(guī)格型號所決定，一般長度在410～610 mm之間。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836-2010中網(wǎng)罩相鄰邊不得大于50 mm的規(guī)定，罩網(wǎng)2被制成彈簧狀套裝在防護(hù)罩的骨架上，然后再對罩網(wǎng)2與罩桿3裝配形成的各個連接點進(jìn)行點焊加工，從而形成礦用防爆燈具的保護(hù)網(wǎng)罩。

目前，現(xiàn)行DN系列點焊機(見圖3所示)其上電極臂1、下電極臂6的實用長度尺寸一般在350 mm左右，而礦用防爆燈具的保護(hù)網(wǎng)罩的長度是隨著燈具規(guī)格的不同而長度不同，其尺寸長度一般在410～600 mm之間。由于圖2所示的保護(hù)網(wǎng)罩的特殊結(jié)構(gòu)，決定了其點焊加工的加工方式，如要焊接保護(hù)網(wǎng)罩的各個連接焊點5就必須把保護(hù)網(wǎng)罩套裝在點焊機的下電極臂上，并按照罩網(wǎng)2的螺旋線軌跡旋轉(zhuǎn)前進(jìn)依次對各個連接焊點(每工件約50～100個連接焊點)進(jìn)行焊接。由此看來，在現(xiàn)行點焊機上要完成如此長度的保護(hù)網(wǎng)罩焊接，其電極臂長度顯然是不夠的。

點焊機在點焊工件時會產(chǎn)生大量的熱，這些熱量主要分布在焊接變壓器、上電極臂1、下電極臂6、上電極10、下電極9上，其中熱量最集中的部位是電極臂和電極座，因此點焊機在工作時必須設(shè)置對上述各部位進(jìn)行冷卻的循環(huán)水路。

在生產(chǎn)加工保護(hù)網(wǎng)罩時點焊機具有相當(dāng)高的使用效率，每班次往往要在3～5萬點左右。如此高頻率的焊接次數(shù)將會使點焊機的各個部件嚴(yán)重發(fā)熱，如果得不到足夠水冷將會出現(xiàn)以下情況：

一是部件在得不到足夠的冷卻時部件受熱后會出現(xiàn)內(nèi)部組織變化而變形影響其性能，另外上電極10、下電極9(圖3所示)過熱會產(chǎn)生融化致使損耗過快，從而縮短部件的使用壽命。

二是現(xiàn)行點焊機(圖3所示)上電極臂1的水路水道2和下電極臂6的水路水道7，一般是使用直徑8～10 mm的鉆頭打孔開設(shè)或是開槽后施焊而形成，因此橫截面積小、水道狹窄。流經(jīng)上下電極臂、上下電極座的冷卻水一旦溫度過高，會使水中的礦物質(zhì)不斷沉積在冷卻水路中而形成水垢。另外，在使用過程中的循環(huán)水中有時勢必還會夾雜一些雜物，隨著設(shè)備和循環(huán)水的使用時間的延長沉淀物就越積越多。水垢或雜物的形成會使冷卻水路變得越來越狹窄，冷卻水的流量會越來越小，以至于把上、下電極臂內(nèi)和上、下電極內(nèi)部水路堵塞，使得各部件嚴(yán)重受熱損壞。一旦水道內(nèi)凝結(jié)水堿或進(jìn)入雜物堵塞后將很難進(jìn)行清理和疏通。

1.2現(xiàn)行點焊機電極臂存在的問題

綜上所述，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行的DN系列點焊機在實際生產(chǎn)中并不能滿足礦用防爆燈具保護(hù)網(wǎng)罩的點焊焊接工藝等要求。存在以下幾個問題：

首先，現(xiàn)行點焊機的電極臂較短難以對礦用防爆燈具保護(hù)網(wǎng)罩進(jìn)行焊接加工；其次是電極臂的冷卻水路比較狹窄，冷卻效果較差，水道容易堵塞、使零部件使用壽命縮短。

另一存在的問題是，其冷卻水路內(nèi)一旦凝結(jié)水垢或有雜物進(jìn)入水道堵塞后很難進(jìn)行維修和對水道的清理、疏通。

2　電極臂結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計

2.1上電極臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計

研制過程中發(fā)現(xiàn)，對點焊機的上、下電極臂改制如果仍然采用原來的結(jié)構(gòu)形式，只是簡單地把電極臂加長，雖然滿足了焊接防爆燈保護(hù)網(wǎng)罩對電極臂長度的工藝要求，但對于其內(nèi)部的冷取水循環(huán)水道的開設(shè)卻帶來了相當(dāng)大的難度，即使如此長度的水道開設(shè)成功，仍然無法解決水道狹窄易堵塞、清理維修困難的問題，更無法改善冷卻水的循環(huán)冷卻效果。

鑒于上述情況，筆者在進(jìn)行大量的實踐、試驗和研究后，對現(xiàn)行點焊機的上、下電極臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，并于2012年9月獲得了國家技術(shù)專利證書(專利號：ZL201120499895.X)。

把上電極臂1、下電極臂6(圖3所示)整體改變成為由多個零部件組成的分體式結(jié)構(gòu)，并使長度尺寸加長至600 mm，從而適用焊接礦用防爆燈具保護(hù)網(wǎng)罩。

其具體結(jié)構(gòu)見圖4所示，上電極臂由進(jìn)水接頭1、上固定軸2、上主體外管3、上主體內(nèi)管11、出水接頭4、上電極座5、上電極8、上電極水接頭6、7等組成。下電極臂由進(jìn)水接頭12、下固定軸13、下主體外管14、下主體內(nèi)管15、下電極座10、下電極9和出水接頭16等組成。

2.1.1上主體外管

圖4所示，用φ70 mm的紫銅空心管在車床上加工出左、右兩端1.5 mm螺距的內(nèi)螺紋形成上主體外管3。主體外管3一端的內(nèi)螺紋與上固定軸2的外螺紋連接，另一端內(nèi)螺紋與上電極座5外螺紋連接后形成點焊機上電極臂主體外管結(jié)構(gòu)。

2.1.2上固定軸與上電極座

圖4中所示，上固定軸2和上電極座5使用鉻青銅棒加工。上固定軸2右端面加工一錐度為1:20的內(nèi)錐圓止口，上電極座5左端面也加工一相同尺寸的內(nèi)錐圓止口。 在上電極座5左端面內(nèi)錐圓止口上加工出一導(dǎo)水槽A，可使上主體內(nèi)管11的冷卻水經(jīng)導(dǎo)水槽A流入上電極臂主體外管3內(nèi)部，見圖4所示。

2.1.3上主體內(nèi)管結(jié)構(gòu)

用φ50 mm的紫銅空心管，其兩端各加工一與上固定軸2和上電極座5內(nèi)錐圓相配合的外錐圓，從而形成上主體內(nèi)管11。上主體內(nèi)管11一端外錐圓與上固定軸2右端面上的內(nèi)錐圓止口配合，另一端與上電極座5左端面內(nèi)錐圓止口配合，從而形成上電極臂的主體內(nèi)管結(jié)構(gòu)。

2.2下電極臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1下主體外管

圖4所示的下電極臂，結(jié)構(gòu)組成上基本同上電極臂相同。用紫銅空心管制成左、右端均有1.5 mm螺距內(nèi)螺紋的下主體外管14，其一端與下固定軸13的外螺紋連接，另一端內(nèi)螺紋與下電極座10的外螺紋連接，形成點焊機下電極臂的主體外管結(jié)構(gòu)。

2.2.2下固定軸與下電極座

圖4中所示，下固定軸13和下電極座10同樣使用鉻青銅棒加工。下固定軸13右端面加工一錐度為1:20的內(nèi)錐圓止口，下電極座10左端面也加工一相同尺寸的內(nèi)錐圓止口。

2.2.3下主體內(nèi)管結(jié)構(gòu)

下主體內(nèi)管15一端外錐圓與下固定軸13右端面上的內(nèi)錐圓止口配合，另一端與下電極座10左端面內(nèi)錐圓止口配合，從而形成下電極臂的主體內(nèi)管結(jié)構(gòu)。 在下電極座10左端面內(nèi)錐圓止口上加工出一導(dǎo)水槽B，可使下主體內(nèi)管15的冷卻水經(jīng)導(dǎo)水槽B流入下電極臂主體外管14內(nèi)部，如圖4所示。

3　組裝與生產(chǎn)應(yīng)用

3.1電極臂的組裝

具體實施應(yīng)用時，按照各零部件的先后順序分別進(jìn)行組裝：將上固定軸2與上主體外管3的左端內(nèi)螺紋連接旋緊固定，把上主體內(nèi)管11的左端外錐圓插進(jìn)上主體外管3內(nèi)并與上固定軸2的右端面上的內(nèi)錐圓止口錐度配合，把上電極座5的左端外螺紋旋進(jìn)上主體外管3右端內(nèi)螺紋內(nèi)，同時使上電極座5的左端面上的內(nèi)錐圓止口也與上主體內(nèi)管11的右端外錐圓自動認(rèn)準(zhǔn)方向緊緊配合。通過組裝后在上主體外管3和上主體內(nèi)管11之間形成了貯存冷卻水的兩層內(nèi)部空間，形成了完整的上電極臂的循環(huán)水路。由于下電極臂的結(jié)構(gòu)原理與上電極臂完全相同在此不再另作敘述。

從圖4所示可以看出改進(jìn)后的點焊機上、下電極臂具有完全相同的結(jié)構(gòu)原理，(只是出水接頭設(shè)置位置和上、下電極的結(jié)構(gòu)有區(qū)別)把上、下電極臂分為固定軸、主體外管、主體內(nèi)管和電極座等幾部分使之成為分體式結(jié)構(gòu)。其中主體外管承擔(dān)著把各個獨立的部件聯(lián)系在一起同時也負(fù)擔(dān)著導(dǎo)電功能的重要作用，主體內(nèi)管在具有導(dǎo)電功能的同時又起到了支撐穩(wěn)固作用。由于內(nèi)、外兩管的設(shè)計實現(xiàn)使得上、下電極臂內(nèi)部形成了內(nèi)外兩層冷卻水循環(huán)空間，這樣既擴(kuò)大了內(nèi)部空間又增大了冷卻水容積最終改善了冷卻條件。從改進(jìn)后的上、下電極臂的結(jié)構(gòu)中我們可以看出一個清晰的冷卻水內(nèi)部循環(huán)水路：從變壓器流出的冷卻水，自上電極臂的上進(jìn)水接頭8(見圖4)進(jìn)入上主體內(nèi)管11內(nèi)經(jīng)導(dǎo)水槽A處流入到上主體外管3的內(nèi)部，從出水接頭4流出后進(jìn)入上電極8的進(jìn)水接頭6在上電極8內(nèi)部循環(huán)后，經(jīng)上電極出水接頭7流出進(jìn)入下電極臂。上電極臂流出的冷卻水進(jìn)入到下電極臂，經(jīng)下進(jìn)水接頭12流入下主體內(nèi)管15的內(nèi)部后從導(dǎo)水槽B處流進(jìn)下主體外管14內(nèi)部，最后經(jīng)回水接頭16流出回到水箱。

此結(jié)構(gòu)的上、下電極臂具有合理的水循環(huán)水路，冷卻效果提高從而大幅度降低了冷卻水的溫度，可把水溫控制在不會凝結(jié)水堿的合理狀態(tài)。另外其內(nèi)部又擁有較大的容積可容納一定的污物，因此使用中大大減少了維修清理頻率。

3.2電極臂的維護(hù)清理與生產(chǎn)應(yīng)用

如需對電極臂維護(hù)清理其操作過程如下：首先將電極座逆時針方向旋轉(zhuǎn)后松開取下，然后松開主體外管與固定軸的螺紋使之分離，再把主體內(nèi)管從固定軸的內(nèi)錐圓止口內(nèi)拔出，即可對各個分離的部件進(jìn)行維護(hù)清理。完成清理后，電極臂恢復(fù)組裝的過程與上述過程相反。

將圖2所示的保護(hù)網(wǎng)罩套裝在改進(jìn)后的點焊機的下電極臂上，圖5所示，按照罩網(wǎng)9的螺旋線軌跡旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，踩下腳踏板8，依次對各個連接點進(jìn)行點焊即可完成整個防護(hù)網(wǎng)罩的焊接。

4　結(jié)語

本文主要針對現(xiàn)行常規(guī)的DN系列點焊機電極臂的改進(jìn)設(shè)計和實際生產(chǎn)應(yīng)用等方面，進(jìn)行了詳細(xì)論述。通過深入研究和經(jīng)實際生產(chǎn)驗證后發(fā)現(xiàn)：

(1)改進(jìn)后的上下電極臂的結(jié)構(gòu)簡單、合理，安裝方便并易于維護(hù)，達(dá)到了對電極臂內(nèi)部的循環(huán)水路進(jìn)行方便的清理、維修和疏通的目的。

(2)此結(jié)構(gòu)的上、下電極臂優(yōu)化了內(nèi)部水循環(huán)水路，使冷卻效果顯著提高，從而大幅度降低了冷卻水的溫度，可把水溫控制在40 ℃以下，不會凝結(jié)水堿的合理狀態(tài)。極大地改善了上、下電極臂，上、下電極等內(nèi)部冷卻環(huán)境。其內(nèi)部擁有較大的空間容積，可容納一定的水垢或雜物、污物，在使用中大大減少了維修、清理頻率，延長了設(shè)備的使用壽命。

(3)改進(jìn)后的點焊機完全可以滿足焊接礦用防爆燈具保護(hù)網(wǎng)罩的工藝性、特殊性要求，有效拓寬了設(shè)備的使用范圍，顯著提高了生產(chǎn)效率。

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[6]陳洪峰.一種焊接礦用防爆燈具保護(hù)網(wǎng)罩的點焊機：中國，201120499895.X[P].2012-09-19.

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Improved design and application of a spot welding electrode arm

CHEN Hongfeng, YANG Dong

(Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116)

According to the current DN series spot welding, electrode arm of the modified design, make it become a kind of special spot welding machine welding protective net cover of mine explosion-proof lamp, in order to satisfy the process demand to protect net cover spot welding, broaden the scope to improve equipment, increase the use efficiency and service life of the equipment.

arm; technical requirements; circulating water; clean dredge; cooling effect

TH17

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.08.033

陳洪峰，男，1971年生,現(xiàn)從事實踐教學(xué)工作，獨立發(fā)表科技論文多篇，先后獨立設(shè)計多種產(chǎn)品類型的工裝、沖裁模具、型腔模具、拉伸成型模具，以及多種設(shè)備的實用性專用性改造設(shè)計。

(編輯汪藝)(2016-01-05)

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