摘要:汽車消聲器內組件隆脊是對消聲管局部金屬進行拉伸變形，將隔板與消聲管通過塑性變形連接在一起的內組件組裝工藝。汽車消聲器內組件隆脊裝置是根據用戶需求專門研制的，該設備采用伺服電機、PLC控制，提升了系統的工作可靠性、運行的穩定性和零件的加工精度，實現了生產自動化，提高了生產效率，減輕了工人勞動強度。內組件采用隆脊制造，消除了污染耗能的焊接工藝，真正做到了綠色環保、節能高效的生產，既有經濟效益又有社會效益。

　　關鍵詞:消聲器;內組件;隆脊裝置;伺服驅動;PLC

　　0引言

　　汽車消聲器的內組件目前主要采用焊接的生產方式，焊接過程中會產生電弧光和煙塵，電弧光中紫外光不僅會損傷皮膚組織，進入眼睛還會刺激結膜、角膜，從而引起巨痛，嚴重的情況下會引起白內障等眼病。焊接中產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大量的焊接煙塵或焊接氣體的話，將會引起各種各樣的身體疾病。在進行電弧焊接時會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常發生的事故。

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　　而消聲器內組件隆脊設備利用材料塑性變形方式將兩物體連接在一起，采用隆脊工藝生產消聲器內組件達到了一次運行多處成型，單件生產周期能在30s內完成，極大的提升了生產效率，沒有了焊接工藝，消除了焊接帶來的不良影響。因此，采用隆脊方式生產消聲器內組件是一種綠色環保、高效節能、精確制造的生產方式。另外隆脊設備利用伺服電機作為動力源提升了產品的控制精度。隆脊生產工藝將逐步被人們所認識、所接受，也會成為人們重點研究和發展的方向。該設計已獲得實用新型專利[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大而與另一工件進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張的成形工藝。汽車消聲器內組件隆脊就是將消聲管局部金屬拉伸變形，達到將隔板以及消聲管兩個零件固定在一起的內組件組裝工藝。管件在脹形過程中，若僅對管件內壁施加徑向壓力(內脹力)，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，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充到脹形部位，緩解了脹形區材料的不足[3]。

　　1.1隆脊脹形系數和伸長率計算

　　隆脊脹形時的變形程度是受材料的極限伸長率的限制，脹形系數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)，其線性脹形系數為12.0，伸長率≥37%，即管件隆脊成形的脹形系數1.08小于線性脹形系數，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隆脊成形特點及擴徑力

　　隆脊過程中，金屬管件是在內壓力p作用下自然脹形。隆脊脹形變形區主要承受雙向拉應力的平面應力狀態和兩向拉伸、一向壓縮的應變狀態。由于金屬管件隆脊脹形區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，故管件隆脊脹形區管壁極易嚴重變薄甚至破裂。因此，控制隆脊脹形區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，是決定隆脊質量的一個重要參數，擴徑力的分析計算對隆脊裝置的設計都具有重要意義。金屬管件在擴徑力作用下進行隆脊作業時，金屬管件局部產生塑性變形。在金屬管件隆脊成形過程中，管件的變形區、傳力區的范圍及尺寸不斷變化和互相轉化，當金屬管件變形區或傳力區有兩種以上的變形時，需要變形力最小的變形方式會最先進入塑性狀態，產生塑性變形。在金屬管件隆脊工藝過程設計和隆脊模具設計時，優先選用要求最小的變形力就能夠實現的變形方式。

　　金屬管件隆脊時變形區材料主要受切向拉應力作用容易破裂。同時，在進氣管零件錐形過渡部位隆脊脹形所需的擴徑力作用，對管件傳力區產生軸向力，該軸向力等于或超過縱向彎曲失穩時的臨界力時就會造成管坯底部彎曲失穩。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條件限制。因此，為避免隆脊過程中管坯底部失穩，同時減少隆脊脹形中的開裂現象，需要考慮降低管件過渡部位擴口脹形所需的擴徑力。

　　2隆脊裝置結構組成

　　汽車消聲器內組件隆脊裝置由機架本體機構、伺服驅動機構、電控系統及模具組成。加工不同產品時更換模具即可。機架本體機構是該裝置的最基本機構，支撐伺服驅動機構、模具機構、電控箱等;伺服驅動機構是該裝置的動力驅動機構，將裝配好孔管和隔板的夾持移動到隆脊的位置，然后主伺服電機帶動隆脊模具徑向擴張將孔管和隔板加工成一個整體部件。電控系統是該裝備的中樞神經系統，對這個裝備動作進行統一協調，按規定要求進行動作;模具機構根據產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，然后按下啟動按鈕(為了安全起見采用雙手啟動)，工裝自動夾持零件，定位伺服電機通過滾珠絲杠帶動安裝在導軌上的裝配有零件的工裝夾具運動到待隆脊的位置后停止。主伺服電機通過滾珠絲杠帶動隆脊機構徑向擴張，擴張到設定位置后，隆脊機構收縮復原，并通過計數器記錄所加工產品的數量;定位伺服電機回到原位，松開壓緊機構，取出工件，進入下一次循環工作過程。模具的活動座、固定座分別與主機的活動座、固定座通過卡槽方式相連接。模具的活動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表面。

　　3控制系統設計

　　3.1系統硬件設計

　　選用伺服電機+減速機+絲桿的方案控制工裝車運動，工裝車移動速度:0-100mm/s可調;工裝由零件定位工裝+隆脊工裝構成:選用伺服電機+滾珠絲杠控制隆脊機構，雙作用氣缸+雙電控電磁閥控制夾緊機構。根據所要實現的功能要求、數據類型及I/O點數，本隆脊設備選用三菱FX2N-32MT的PLC作為控制器，對其I/O地址進行分配。

　　3.2軟件設計隆脊設備的設計核心是控制程序設計，控制程序的好壞關系到隆脊設備的性能、工作效率和可操作性。程序設計不僅需要結合現場實際工作流程，還要滿足功能性、安全性和穩定性三大原則。隆脊裝置的程序設計能實現自動回原點、自動隆脊和手動操作三種工作方式。

　　4結論

　　隆脊裝置自投產以來，運行穩定，極好地完成汽車消聲器內組件的生產，完全滿足生產工藝要求。對安裝在工裝上的所有孔管和隔板自動一次性地完成它們之間的隆脊固定，取代了人工一點一點地焊接工作。該設備采用伺服電機、PLC控制，提升了系統的工作可靠性，運行的穩定性，實現了生產自動化，提高了生產效率，減輕了工人勞動強度。而且內組件隆脊制造，消除了污染耗能的焊接方式，真正做到了綠色環保、高效節能的生產。

　　參考文獻:

　　[1]蔣玲，張超，劉玉婷，李成翔，徐文強，馬緒標.一種汽車內組件隆脊裝置，中國，ZL201521082572.5[P].2016-06-01.

　　[2]王躍臻，王延欣，陶阿嶸.不銹鋼進氣管擴口工藝設計[J].鍛壓裝備與制作技術，2016，51(6):P84-86，83.

　　[3]王同海，孫勝管.管材脹形工藝分類及其變形力學特征[J].鍛壓技術，1999(6):P30-32，48.

　　[4]廖常初.PLC基礎及應用(第三版)[M].北京:機械工業出版社，2014.6:145-146.

　　[5]夏陽，龔朝克.基于汽車啟動機軸承的伺服壓裝機設計[J]，組合機床與自動化加工技術2016，34(1):P60-63.

　　[6]三菱電機自動化(中國)有限公司.MR-JE-_A伺服放大器技術資料集[M]，2015年9月.

　　作者：蔣玲1，2，張超3