集电体点焊组装机的开发和设计

魏兴洋

（南孚电池有限公司机械工程部，福建南平353000）

集电体点焊组装机的开发和设计

魏兴洋

（南孚电池有限公司机械工程部，福建南平353000）

介绍了集电体点焊组装机的设计原理及结构。由于生产的碱锰电池采用了新的工艺，并开发了新型的尼龙密封圈取代原PP密封圈，因而设计了一种新型点焊组装机来组装尼龙密封圈集电体。该组装机的开发，满足了生产需求，提高了生产质量，提升了生产效率，降低了劳动强度。

碱锰电池；集电体；尼龙密封圈；点焊；组装

0 引言

随着碱锰电池技术在国内的发展，碱锰电池生产厂家间的竞争越来越激烈，为了进一步提升碱锰电池的容量和安全性能，公司开发了新型尼龙密封圈取代原有的PP密封圈。集电体采用密封圈和集电子组装而成，集电子由铜针和底盖焊接而成。集电体是碱锰电池的重要配件，在生产过程中，质量必须得到严格保证。密封圈是碱锰电池密封性能和安全性能的重要保证，生产过程中密封圈不允许碰伤、挤压变形、污染，密封圈防爆沟不允许破坏；铜针插入电池内部，铜针的表面电镀层不允许遭到破坏。鉴于集电体的重要性，为保证质量，需要开发自动化程度高、可靠性高的集电体组装机。

1 设备的开发和设计

1.1 设计概念

点焊组装机主要的材料配件有底盖、铜针和密封圈，主要工序有点焊、涂胶和组装。点焊组装的工序如图1所示。

图1 工序图

根据设备的工序，设备的执行机构主要分为以下几个部分：底盖、铜针和密封圈的自动上料及输送部分；集电子的输送部分；底盖、铜针、密封圈和集电子的定位部分；点焊部分；组装部分；涂胶部分。设备的设计概念图如图2所示。

1.2 上料和输送设计

图2 设计概念图

底盖、铜针的密封圈均采用振动料仓和振动盘自动上料。各种材料在振动盘中完成定向，自动送往输送跑道。材料的输送跑道设计是本设备的设计关键点之一。根据材料的材质和形状，输送跑道的设计分成两种类型，底盖和密封圈的输送跑道采用气浮跑道，铜针和集电子的输送跑道采用线性振动跑道。

气浮跑道是一种利用压缩空气，以一定的角度从工件底部施加压力，推动工件朝压缩空气吹向运动的输送方式，适用于输送扁平状、质量轻的工件。利用过滤后的压缩空气来输送工件，能有效避免工件在输送过程受到污染，这对密封圈的输送尤为重要，避免杂质由密封圈带入电池内部。本设备底盖和密封圈采用相同的气浮跑道方式输送。密封圈的输送跑道如图3所示。

图3 密封圈气浮跑道

在输送过程中，必须避免铜针表面电镀层遭到破坏，避免铜针变形、损伤。由于铜针的结构细长，在输送过程中，不易保持状态稳定。为了稳定、快速地输送铜针，采用了线性振动器来输送铜针。铜针线性振动跑道如图4所示。

图4 线性振动跑道

1.3 定位设计

经过跑道输送的各种材料，处于紧密排列状态，因此需要各种材料间隔开来，进行精确地定位。本设备采用转盘和护板来进行定位。在转盘上加工出严格等分的工位槽，当转盘回转时，材料被跑道的推力逐个推入，材料在转盘和护板之间完成定位。由于铜针从跑道进入铜针转盘时，状态不稳定，因此单独增加了真空发生装置，利用压力差，将铜针吸附在铜针转盘上。以上所述的定位只是各种材料的单独定位，更重要的是材料间的相互定位。本设备的功能是：将底盖和铜针点焊在一起形成集电子，然后将集电子插入密封圈，组装成集电体，因此底盖和铜针需要定位在同一纵向中心上，集电子和密封圈也需要定位在同一纵向中心。底盖和铜针之间的同心度需要保证在工艺要求的范围内，焊接成的集电子，如果底盖和铜针之间的同心度超过工艺标准，不允许进入下道工序。集电子和密封圈之间定位不准确，将导致集电体铜针无法插入密封圈中心孔，或者插入后铜针弯曲。

底盖或密封圈定位在转盘工位槽，通过调整V型定位块和护板来调整铜针或集电子的位置，从而保证底盖和铜针、集电子和密封圈的相互位置。V型定位块见图5，通过调整偏心销来调整定位块位置，定位块太紧，会导致组装的时候铜针表面被破坏；定位太松，容易导致铜针无法插入密封圈。

图5 V型定位块

1.4 点焊

图6 焊接示意图

铜针与底盖之间完成定位后，进行点焊工序，见图6。焊接下杆顶起，铜针插入接触头，接触头经过绝缘导向套，将铜针头部顶住底盖，同时上杆下压，上杆和上杆头之间是绝缘的，当上杆头将底盖压在定位圈时，电流通路形成，焊机开始进行焊接；焊接完成后，上杆和下杆都上升，使底盖不与定位圈接触，从而断开电流通路。上杆和下杆都装有弹簧来进行缓冲，弹簧的选择直接影响了焊接质量。当铜针与底盖之间压紧力太小，容易发生焊接不牢；当压紧力太大，容易发生“焊炸”现象，并且产生更多的焊渣。焊接后，底盖和铜针就焊接成了集电子，经集电子输送跑道送往下道工序。

1.5 组装和涂胶

密封圈和集电子完成定位后，进行组装工序。密封圈防爆沟不允许破坏，组装时密封圈受力处为密封圈中心柱。由于组装工序需要在铜针靠近底盖的一端涂布密封胶，依次把组装工序分成了第一次组装和第二次组装。第一次组装时，组装下杆顶起，集电子脱离支撑板，V型定位块和护板仍然保持集电子定位，组装上杆下压，将铜针部分插入密封圈中心孔。完成第一次组装后，密封圈和集电子脱离护板，V型定位块也将逐步复位，组装上杆保持不动，组装下杆继续上升，将集电子保持压紧在上杆端面。

接着进行涂胶和第二次组装。密封胶经同步带持续从胶缸中带出，密封胶附在同步带上，而集电子铜针从同步带胶面刮过，使密封胶附至铜针上，然后组装上杆下压，组装下杆上升，进行第二次组装，直到组装工艺尺寸，集电子和密封圈组装成集电体。密封胶的涂布量需要严格控制，胶太多不仅浪费，而且还可能溢出，造成污染；胶太少，将无法满足密封工艺要求，影响电池密封性能。因此，不仅要控制皮带上的密封胶量，还要控制铜针和涂布皮带间的距离。组装和涂胶示意图如图7所示。

图7 组装示意图

1.6 卸料

完成组装后，上下杆复位，集电子和密封圈已经组装成集电体。经传感器检查后，集电体自动进入下料槽，实现自动卸料。

2 结语

本集电体组装机自动化程度高，安全可靠，维护方便，生产效率高，劳动强度低，提高了产品质量，已批量投入生产，在实际生产中，生产能力达到400只/min，所生产的集电体完全满足公司产品工艺要求。

［1］ 成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［2］ 罗守信.机械工程手册［M］.北京：机械工业出版社，1997.

（编辑昊 天）

TM 911.1

B

1002－2333（2014）05－0211－02

魏兴洋（1977—），男，工程师，主要从事设备设计制造及开发工作。

2014-03-17