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1、垂直气垫焊自动小车设计方案学院：机械工程学院班级：09级焊接2班研究小组成员：马钰良、A0952213 于吉臣、A0952214 许振春、A0952215目 录1、自动焊接技术简介 1.1、自动焊接技术的发展现状1.2、自动焊接的种类1.3、我国自动化焊接的发展水平1.4、世界自动化焊接的发展水平2、小车自动焊接的原理2.1、电气立焊的特点2.2、电气立焊的原理2.3、CS-10 (垂直气垫焊自动小车) 特点：3、小车行走机构简介3.1、小车行走轨道的作用3.2、小车行走轨道主要部件分解3.3、小车行走轨道的设计内容1、自动焊接技术简介 1.1、自动焊接技术的发展现状：由于焊接技术是基于多学科
2、交叉融合的产物，随着现代科学技术成果的不断涌现，必将推动焊接技术更新发展。除了物理、化学、材料、力学、冶金、机械、电子学等学科的新发展将会推动焊接新材料、新工艺的不断出现外，计算机、控制理论、人工智能等信息科学领域的新进展将进一步将焊接工艺实现的手段推进到自动化、机器人化和智能化的新阶段，进而实现用机器来代替人焊接。1.2、 自动焊接的种类：自动焊分为明弧和埋弧两种各种明弧自动焊，大约能提高生产效率两倍左右，而埋弧自动焊可以提高生产效率5-10倍，埋弧自动焊简称为埋弧焊、自动焊。埋弧焊是利用焊剂层下的电弧，来加热并熔化焊丝、周 围的焊剂和母材，而进行焊接的一种工艺方法，又叫做焊剂层下电弧焊。即
3、电弧在焊剂层下面燃烧，自动焊机头将焊丝自动送入电弧区，以保证选定的电弧长度，电弧靠焊机的控制，均匀地向前移动，进行焊接作业。1.3、我国自动化焊接的发展水平：我国的焊接装备制造业与通用焊接设备相比起步较晚。上世纪5060年代，我国重点工业企业的大型焊接装备大部分从原苏联引进。部分由使用厂自行设计制造，到了90年代，我国陆续组建一批专门生产焊接装备的制造厂，如上海、成都相继成立了成套焊接设备厂，“六五期间”，原机械工业部拨专款将长春第二机床厂改建成我国第一家具有批量生产能力，制造专用焊机和焊接装备的长春焊机制造厂。近年来，我国焊接装备制造行业有了长足的进步。焊接装备的成套性，自动化程度，制造精度
4、和整体质量明显提高，其应用范围正逐步扩大，尤其是我国制定了拉动内需的政策以后，焊接装备制造业加快了发展。可以预计，今后10年内，随着世界制造业中心逐步向中国转移，我国的传统制造业必将按照现代化的标准加快技术改造。大量采用高度自动化的加工设备和焊接装备是工业现代化的必然趋势，并将促进我国焊接装备制造业发生根本性的变革。 1.4、世界自动化焊接的发展水平：近10年来，在世界工业发达国家，焊接装备的发展速度十分惊人。在英、美、法、意和日本等国家均有相当规模，开发能力很强的焊接装备生产企业。在2001年，第15届世界焊接与切割博览会上参展的焊接装备厂商近百家。近期生产的自动化焊接装备的设备精度和制造质
5、量已接近于现代金属切削机床，最值得注意的是：大多数焊接装备采用了最先进的自动控制技术，如数字控制系统，基于PC机的控制系统，智能化控制系统和网络控制系统等。广泛采用焊接机器人作为操作单元组成焊接中心，焊接生产线，柔性制造系统和集成制造系统。 2、小车自动焊接的原理2.1、电气立焊的特点：电气立焊是近年来迅速发展的一项特种焊接技术，其特点是根据不同工件要求可以订做焊接小车，移动和操作简便，非熟练工人也可以进行焊接，体积小，重量轻，焊接角度可以调节。适用于多种焊接工艺，如普通的角焊、对焊、横焊、立焊、仰焊等，尤其适用于背板焊接，安装拆卸方便简单，可以进行单面焊，也可以进行双面同时焊接，采用双面同时
6、焊接时焊接可以减少变形，焊接质量较好。是以后焊接技术的又一发展趋势之一。2.2、电气立焊的原理：电气立焊的原理为小车上有强力磁铁，焊接时小车沿轨道行走，轨道上有齿条机身利用蜗轮蜗杆原理传动与轨道齿条配合完成移动动作，控制系统内安装有光电感应停止开关，焊接到工件末端，当光电敢于开关脱离工件时小车会自动停止工作，便于工人同时操作多台机器设备。2.3、CS-10 (垂直气垫焊自动小车)特点：2.3.1、CS-10是垂直气垫焊自动装置；2.3.2、利用电气立焊技术进行焊接， 效率高，厚度在25mm以下的焊缝都可以一次成型，板厚大于25mm的焊接结构可选用CS-10W型小车。2.3.3、适用于垂直面和倾
7、斜面的对接焊。2.3.4、本装置体积小，重量轻，移动和操作简单，并且安装有数字操 控系统，非熟练工人也可以进行焊接。2.3.5、弧高和小车行走速度可以自行感应并自动调节。2.3.6、采用齿轮齿条驱动方式，轨道每根长1.5m，更长的可以定做。2.3.7、独特的手柄设计使得小车的安装和拆卸变得简便，并实现了小车的快速升降功能。2.3.8、冷却系统的冷却水在焊枪和铜滑块里面循环，对焊枪和铜滑块都有冷却效果。3、小车行走机构简介3.1、小车行走轨道的作用从整个小车行走机构中来看，小车行走轨道所起的作用是支撑整体车身组件，其上方安装有齿条，构成了整个自动焊接小车支撑机构和行走机构。所以说行走轨道重要性会
8、直接关系到小车行走是否平稳，焊缝是否的稳定。我将主要侧重于小车的行走轨道的材料选择设计。3.2、小车行走轨道主要部件分解从整个小车结构构成上分析，如果小车轨道只选用一种材料并采用一次成型加工的方法的话是可以降低加工成本以及缩短加工的时间，但是同时也带来了加工工艺复杂性的提高，并且对以后的维护，更换带来不必要的麻烦。所以再此我选择组合型轨道的设计。根据结构要求的分析把行走轨道分为：轨道支架与齿条两部分。其余部件还包括：垫圈，连接板，起子，弹簧，螺钉，磁铁块，连接件，销等配套零件。3.3、小车行走轨道的设计内容3.3.1. 轨道：因为小车行走轨道要承受一定的载荷，而且因为要适应多用途，便于拆装移动
9、的原因 ，重量又不能太重，故采用 ZL105 (铝合金) 铸造铝合金的密度比铸铁和铸钢小，而比强度则较高。因此在承受同样载荷条件下采用铝合金铸件，可以减轻结构的重量。3.3.1.1小车行走轨道的材料选择： 根据分析设计要求和加工方式得出，小车行走轨道主体在整个行走机构中必须起到支撑小车主体，和为小车导向的目的。所以要求其要有一定的机械强度承受一定的载荷，并且要保持一定形精度。 其次，考虑到其轨道与工件连接是通过磁性连接，所以为了保证其连接紧密性，保证小车的焊接轨迹满足焊接要求，所以对轨道材料的选择要满足以下几个要求： A. 轨道的机械强度较高。轨道必须要满足在一定的载荷之下保持自身的形状精度。
10、 B. 轨道的自身重量较低。轨道与工件连接是通过磁性连接，根据其连接方式所限轨道的自身重量不能太高，一面由于震动而脱离工件。 C.轨道的加工表面光洁度较高。由于轨道与小车车体是以滑动连接的方式连接的，考虑到接触面是滑动连接所以其材料要选择易得到良好的表面光洁度的材料。 综上要求所述，考虑到 ZL105 (铝合金)具有钢材所没有的许多特殊的机械，物理和化学性能，所以其轨道材料选择为 ZL105 (铝合金)。因为铝合金有以下特性： A.密度小，比强度高 纯铝的密度只有2.7g/cm3,仅为铁的1/3。铝合金的密度也很小，采用各种强化手段之后，铝合金可以达到与低合金钢相近的强度。 B.有优良的物理，
11、化学性能 铝合金有相当好的抗大气腐蚀性能，其磁化率级低，接近于非铁磁性材料。 C.良好的加工性能 铝合金（退火状态）的塑性很好，可以冷成型。切削性能也很好。超高强铝合金成型后经热处理，可达到很高的强度。铸造铝合金的铸造性能极好。3.3.1.2小车行走轨道的加工工艺： 由于其材料 ZL105 (铝合金) 属于铸造铝合金，并且其中含有少量的Mg,能生成Mg2Si相，所以除了变质处理外，还可以进行淬火及人工时效处理。 如经所以经过热处理后，其合金强度可达200MPa230MPa。并且，为了保证其接触面的表面的光洁度应对其接触表面进行研磨处理3.3.2. 齿条：3.3.2.1小车齿条的材料选择：考虑到
12、齿条的工作条件主要用于传递扭矩和调节速度，顾分析其工作时的受力情况如下： A.由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力。 B.启动或齿合不均时，齿部承受一定的冲击载荷。 C.齿面相互滚动和滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。因此齿条易在工作时发生：A.疲劳断裂 B.齿面磨损 C.过载断裂所以根据工作条件及失效形式的分析，可以对齿条选择以下性能的材料： 高的弯曲疲劳强度; 高的接触疲劳强度和耐磨性; 较高的强度和冲击韧性; 并且由以下公式： Sb= k(HV)m 得出表面硬度越高，疲劳强度越高的结果。所以，从以上几个方面考虑，应选用低，中碳钢或低，中碳合金钢。 分析由于小车的行走速度低
13、于0.1m/s 其属于在低载荷下工作，所以其材料应选择45#钢。3.3.2.2小车齿条的加工工艺：考虑到小车齿条必须要具有一定的耐磨强度，顾其材料必须要经过热处理来提高表面强度，其加工过程如下：下料锻造正火粗加工调质精加工820860度水冷淬火500550度回火精磨考虑到齿条要于轨道完成间隙配合连接，所以在其进行精磨加工过程中必须保证其齿条厚度要严格控制在 6-0.1之间，以便以后装配 。3.3.2.3连接件： 小车连接件的材料选择及加工工艺： A.根据设计要求分析得出，连接件在其整体结构中起到了连接磁铁快与轨道的作用。 并且对其工作原理分析得出对其材料无特殊的要求。所以，可以选择普通Q235
14、钢经调质处理制成。 但是为了保证其表面具有一定的耐腐蚀性能，应对其表面进行镀锌（电镀）处理。使其表面具有一定的光洁度，提高表面质量。 B.其次在其加工工艺方面，在符合图纸要求下无过多的要求。但是，一定要保持其55度张开角度的位置精度。C.并且还要保持其58长的两平面的平行度，以免造成以后小车轨道不平导致焊封歪斜。3.3.2.4起子： 1)起子的材料选择及加工工艺： A.对于起子的材料选择和连接件一样，并无其他的要求。可以选用2mm的 Q235即可。 B.对于加工工艺： 其加工可以选择2MM厚的两片钢片，材料之间可以用柳接磨平处理。也可用铜焊连接。3.3.2.5磁铁块： 1)磁铁块的材料选择：
15、A由于磁铁块根据设计要求属于组合结构，所以根据设计要求可以把其分成以下几个部分：永磁铁;外壳;环氧树脂 永磁体的材料选择： 永磁材料是指磁性材料在磁场中被充磁，当磁场去除后，材料的磁性仍长时保留。 永磁材料种类繁多，性能各异。普遍应用的永磁材料按成分可分为五种： AL-NI-Co系永磁材料，永磁铁氧体，稀土永磁材料，Fe-Cr-Co系永磁材料和复合永磁材料。 根据加工要求和图纸设计要求，其材料可以选用铬钴系永磁材料。 因为：其是可加工的永磁材料，不仅可以冷加工成板材，细棒，而且可以进行冲压，弯曲，切削和钻孔等，甚至还可以铸造成型，弥补了其他材料的不足。所以为了满足设计上的钻孔的要求，顾选用此种
16、材料。 外壳的材料选择： 考虑到磁铁块的外壳是与永磁体紧密接触，其很容易被永磁体磁化。所以应选用不宜被磁化的材料制成。所以其材料可以选择 ZL105 (铝合金) 制成。因为其为有优良的物理，化学性能： 铝合金有相当好的抗大气腐蚀性能，其磁化率级低，接近于非铁磁性材料。 分隔物的材料选择： 根据设计要求分析，永磁铁中间的分隔物应满足重量轻，耐高温的特性，所以其材料可以选择高分子材料。 其按使用范围分，可分为：通用塑料;工程塑料; 耐高温塑料 其中耐高温材料是指再较高温度下工作的塑料。常见的有四佛依稀，有机硅树脂，环氧树脂等。其中查表可知： 环氧树脂其 拉伸强度5670MPa 压缩强度 84140MPa 弯曲强度 105126MPa 使用温度 -80155 所以其材料性能可以满足设计要求的需要，顾可以选用环氧树脂作为分隔物的材料。3.3.2.6其他部件：对于其他部件可以选用市面上通用的标准件，来提高其可更换性。
