Оснастка точечных машин
К оснастке сварочных машин относят все элементы, образующие вторичный контур. Большинство из этих элементов токопроводящие. В некоторых случаях на этих элементах устанавливают и приспособления, фиксирующие свариваемые детали, а иногда загрузочные и съемные механизмы.
В простейшем случае оснастка состоит из комплекта консолей, электрододержателей и электродов. Консоли служат для восприятия сварочного усилия (полностью или частично) и одновременно для передачи тока вторичного контура к месту сварки. На электрододержателях крепятся электроды, через которые подводится ток непосредственно к свариваемым деталям. Все эти элементы работают в разных условиях, самый нагруженный элемент — электрод. Эта часть оснастки быстро изнашивается и является сменной.
Предприятия с массовым производством сложных штампо-сварных конструкций обычно имеют большое количество разнообразной оснастки сварочных машин. Это вызывается сложностью конструкций изделия и стремлением снизить вспомогательное время операции сварки. На передовых заводах разработаны нормализованные узлы и детали, используя которые в различных комбинациях получают разную по размерам и конструкции оснастку точечных машин.
Проектировать и изготовлять инструментальную оснастку сварочных машин следует, придерживаясь следующих правил.
1. Общее электрическое сопротивление вторичного контура машины должно быть по возможности меньшим. Для этого необходимо максимально уменьшать его размеры, снижать число разъемных контактов, избегать размещения в контуре или вблизи него больших ферромагнитных масс, правильно рассчитывать сечение токоведущих элементов контура.
2. Конструкция оснастки должна позволять быстро заменять и регулировать элементы для компенсации износа.
3. Взаимное расположение электродов по возможности должно обеспечивать нормальное приложение усилия по отношению к плоскости свариваемых деталей. Допускается отклонение оси электродов от вертикали до 15%.
4. Механический контур машины должен быть достаточно жестким. Вертикальное смещение электродов под воздействием номинального усилия регламентируется ГОСТ 297—73. Например, для наиболее распространенных точечных машин с вылетом 500 мм и вертикальным ходом это смещение должно быть не более 1,2 мм. Ограничивается и взаимное смещение электродов под воздействием номинального усилия в горизонтальной плоскости (не более 20% номинальной толщины одной из свариваемых деталей).
5. Токопроводящие элементы оснастки, по которым проходит ток высокой плотности (обычно электрододержатели, электроды), должны иметь хорошее водяное охлаждение. Это предотвращает их перегрев, снижает размеры сечения и улучшает стойкость электродов. В электродах необходимо стремиться к увеличению поверхности охлаждающих каналов и располагать их от рабочей поверхности на оптимальном расстоянии. Для машин средней мощности это расстояние составляет 12—15 мм.
6. Фиксаторы, зажимы и упоры, устанавливаемые на сварочной оснастке, если они касаются свариваемого изделия, должны быть изолированы от токоведущих частей во избежание шунтирования через них тока. Шунтирование приводит к подгоранию фиксирующих частей и нарушению параметров режима сварки. Детали приспособлений изолируют листовым материалом и втулками, изготовленными из различных изолирующих материалов. Необходимо предусматривать защиту этих частей от выплесков, которые нарушают изоляцию и точность фиксации.
7. Свариваемые детали и части приспособления находятся под действием сильного магнитного поля, которое может перемещать внутрь контура мелкие стальные детали и части приспособления. Во избежание этого некоторые детали приспособления следует изготовлять из немагнитного металла.
8. Смещение нескольких соединяемых деталей может привести к заклиниванию их на фиксаторах, затрудняющему быстрый съем свариваемого изделия с приспособления. Применение пневматических или рычажных съемников позволяет облегчить работу и увеличить производительность операции.
Электротехническая промышленность выпускает сварочное оборудование с ограниченной номенклатурой элементов оснастки точечных машин. ГОСТ 14111—77 регламентирует только прямые электроды диаметром 12—40 мм. Электроды могут иметь различную форму рабочей части, в том числе плоскую, коническую, сферическую контактную поверхность, смещенную рабочую часть. Отдельные отрасли промышленности, широко применяющие контактную сварку (например, автомобильная промышленность), разрабатывают отраслевые нормали электродов и других элементов вторичного контура. Ряд передовых предприятий применяет систему нормалей, из элементов которой можно собрать оснастку, удобную для данной операции.
Оснастка для универсальных стационарных точечных машин, применяемая ГАЗом (рис. 15), состоит из консолей (рис. 16), электрододержателей (рис. 17) и электродов (рис. 18) различных конструкций. Консоли чаще изготовляют цилиндрической формы диаметром 25—75 мм разной длины. Сечение их определяется обычно из условия жесткости. На конце консоли имеется болтовое крепление для электрододержателя или электрода.
Рис. 15. Оснастка универсальных стационарных точечных машин
Рис. 16. Конструкция консолей для универсальных точечных машин:
а — для машин небольшой мощности; б — для крепления электродов с охлаждением; в — для машин средней мощности; г, д — для наклонного и горизонтального крепления электрододержателей; е, ж — для машин средней и большой мощности серии МТП и МТ
Рис. 17. Электрододержатели для универсальных точечных машин: а — типовой цилиндрический; б — цилиндрический с устройством для выбивки электродов; в, г — наклонный и горизонтальный; д — для крепления электродов с плоской рабочей поверхностью
Рис. 18. Электроды для точечных машин:
а — цилиндрические; б — со смещенной рабочей частью (сапожковые); в — горизонтальные; г — с развитой рабочей частью
На последних машинах серии МТ консоли изготовляют составными (рис. 16, ж). Стальная их часть консоли 1 воспринимает сжимающие усилия, а ток подводится медной шиной 4 прямоугольного сплошного сечения, размер которой определяется по допустимой плотности тока. Охлаждают шину водой, протекающей через припаянную трубку 5. Электрододержатель крепится крышкой 2 к литому кронштейну 3 вылета. Консоли, изготовленные из медных сплавов, обычно не охлаждают, за исключением тех случаев, когда через этот элемент подводится охлаждающая вода к электродам.
Электрододержатели служат для крепления электродов и являются одновременно токоподводящими и силовыми элементами. Конструкция этих элементов разнообразная и служит для удобства крепления электродов. В некоторых случаях в оснастке применяются несколько электрододержателей. Следует применять простейшую конструкцию цилиндрического электрододержателя. Применение консольных электрододержателей снижает жесткость оснастки и увеличивает ее прогиб при основной нагрузке.
В некоторых случаях применяют более сложную конструкцию электрододержателей с механизмом для удаления электрода из гнезда (рис. 17, б). По электрододержателям проходит ток высокой плотности (до 12—18 А/мм2), поэтому их интенсивное водяное охлаждение обязательно.
Консоли обычно изготовляются из меди марки M1, иногда из сплавов на медной основе. Изготовление их из разных сплавов не приводит к снижению расхода этих материалов, так как обычно их сечение выбирается из условия жесткости. Жесткость в данном случае зависит от модуля упругости. Электрододержатели изготовляют из сплавов БрХ, БрКд1 и др.
Электроды непосредственно подводят к свариваемому изделию ток и усилие, они работают в наиболее тяжелых условиях и изнашиваются быстрее других элементов оснастки. Особенно нагружена рабочая поверхность электродов. При точечной сварке низкоуглеродистых сталей на этой поверхности плотность тока достигает 500 А/мм2, давление 12 кгс/мм2. Кроме того, эта поверхность соприкасается в процессе сварки с нагретым металлом. Циклический характер нагрузок, изменение химического состава металла рабочей поверхности электрода ухудшают условия их работы.
Для оснастки по возможности следует выбирать электрод более простой конструкции. Цилиндрические электроды имеют более высокую стойкость, так как охлаждающий канал может быть подведен ближе к рабочей поверхности электрода. Крепление электродов чаще всего осуществляется на конусах. Это обеспечивает надежный электрический контакт с электрододержателем, герметичность соединения и быструю смену. Конусность устанавливают в зависимости от максимального усилия и диаметра стержня электрода (при усилии до 1500 кгс и диаметре до 25 мм 1 : 10).
| Материал | Содержащие легирующих элементов, % | Электропроводимость при 20° С в % от чистой меди | Твердость НВ при 20° С | Предел прочности при растяжении, кгс/мм2 | Температура начала рекристаллизации, °С |
| Медь М1 холоднотянутая (прутки) | — | 98 | 80—100 | 27 | 200 |
| Медь М1 мягкая (прутки) | — | 100 | 50 | 20 | — |
| Хромовая бронза БрХ | 0,4—0,7 Сг | 80—83 | 130—150 | 40—45 | 400 |
| Сплав медь-хром-цирконий БрХЦр | 0,4—0,7 Сг 0,03—0,06 Zr |
80—82 | 140—160 | 40—45 | 500 |
| Кадминиевая бронза БрКд1 (МК) | 0,9-1,2 Cd | 85—90 | 95-115 | 40—45 | 350 |
| Никель-бериллиевая бронза БрНБТ | 1,4—1,6 Ni 0,2-0,4 Be 0,05—0,15 Ti |
50 | 180—240 | 85 | 500 |
На рис. 19 во втором ряду приведены электроды сравнительно небольших размеров по высоте с креплением на наружный и внутренний конус. Эта номенклатура имеет тенденцию к расширению из-за снижения расхода электродных материалов. Электроды всех типов следует изготовлять из специальных электродных сплавов (табл. 10). Расчетные сечения в местах расположения охлаждающих каналов должны допускать плотность тока до 50 А/мм2. В сплошном сечении электрода эта плотность снижается до 30 А/мм2. Протяженность участков вторичного контура с высокой плотностью тока обычно небольшая. Электроды, сечение которых выбрано из условий механической прочности, работают при меньшей плотности тока.
Рис. 19. Электроды для точечных машин
При сварке крупногабаритных кузовных конструкций широко применяют подвесные точечные машины, имеющие клещи с пневмогидравлическим и пневматическим приводами. Заводы, производящие подвесные сварочные машины, выпускают небольшую номенклатуру клещей (рис. 20). Например, подвесные машины типа МТП-806 с пневматическим приводом укомплектованы только клещами с радиальным ходом с вылетом электродов 205 мм и усилием на них 255 кгс. Машина МТП-807 с пневмогидравлическим приводом укомплектована клещами с радиальным ходом с такой же характеристикой, как и клещи с пневматическим приводом. Эти же машины могут быть укомплектованы тремя типами клещей с вертикальным ходом с вылетом электродов 37-104 мм и усилием на них 250—320 кгс.
Рис. 20а. Клещи подвесных точечных машин с приводом:
а — пневмогидравлическим;
Рис. 20б: б — пневматическим
Отдельные передовые предприятия имеют собственную, более широкую номенклатуру клещей, которые и используют с подвесными машинами. На ГАЗе более широко используют клещи с пневматическим приводом (рис. 21, а). Они имеют усилие на электродах до 225 кгс при давлении сжатого воздуха 5 кгс/см2. В конструкции клещей имеется специальная пружина, которая смягчает удар электродов в первый момент их соприкосновения и улучшает динамическую характеристику. Корпус цилиндров для удобства работы имеет разные формы и расположение ручек.
Рис. 21. Клещи подвесных точечных машин с пневматическим приводом конструкции ГАЗа:
1 — поршень; 2 — полый шток; 3 — второй шток; 4 — верхний электрододержатель; 5 — демпферная пружина; 6 — возвратная пружина; 7 — цилиндр. 8 — нижний электрододержатель; 9 — арма; 10 — удлинитель цилиндра
Применяя различные конструкции корпусов клещей (рис. 21, б—3) арм и электрододержателей, получают разную оснастку (рис. 22), обеспечивающую доступ электродов к месту сварки и более удобное и производительное выполнение сварочных операций. Нижняя часть арм имеет продольный паз, который служит направляющей во время движения верхнего электрододержателя. Проточная вода для охлаждения электродов и электрододержателей поступает через кабель вторичного контура. Максимальный рабочий ход клещей 25 мм, при необходимости можно увеличить ход, удлинив пневматический цилиндр вставной деталью. При этом соответственно изменяют размеры штоков, возвратных пружин и других деталей. Армы и корпус для облегчения изготовляют из алюминиевых сплавов.
Рис. 22. Типовые конструкции оснастки клещей с пневматическим приводом применяемые на ГАЗе
Если требуются большие усилия на электродах или сокращение размеров клещей за счет уменьшения размеров рабочего цилиндра, применяют клещи с пневмогидравлическим приводом. Несмотря на более компактную конструкцию таких клещей, наличие более жесткого шланга, подводящего к цилиндру рабочую жидкость, стесняет движение клещей (рис. 23).
Рис. 23. Типовые конструкции оснастки клещей с пневмогидравлическим приводом, применяемые на ГАЗе
Другой тип подвесной машины, предназначенной для сварки крупногабаритных изделий в монтажных условиях, представляют собой клещи со встроенным трансформатором (см. табл. 28), получившие распространение в строительной промышленности для сварки арматуры, железобетона. К их недостаткам относят значительно меньшую универсальность, обусловленную обязательным расположением в клещах встроенного трансформатора. Однако габаритные размеры и масса этих трансформаторов за последнее время существенно уменьшились, так как при изготовлении стали применяют ленточную трансформаторную сталь, кремнийорганическую изоляцию и эпоксидные компаунды.
Опыт иностранных фирм показал (рис. 24), что можно создать оснастку клещей с большим разнообразием форм и обеспечить производительную работу на них. Некоторое увеличение массы клещей за счет сварочного трансформатора компенсируется отсутствием тяжелых то ко подводящих кабелей, охлаждаемых проточной водой.
Рис. 24. Точечная сварка каркаса легкового автомобиля клещами со встроенным трансформатором
Производительная работа клещей зависит от их правильной подвески. Подвеска должна хорошо уравновешивать массу клещей и позволять легко их поворачивать или наклонять на необходимый угол. Часто крупные изделия сваривают подвесными машинами на конвейере во время его движения. Рабочая высота такого конвейера должна меняться в зависимости от расположения мест сварки, с тем чтобы создать наилучшие условия для работы клещами.