بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به مطالعه فرایندهای طراحی و ساخت خط تولید اتوماسیون جوش مقاومتی سازه صندلی جلوی خودرو پرداخته شده است. این خط تولید چهار ایستگاه اتوماسیون دارد که هر کدام شامل قطعه گذاری، قطعهبرداری و عملیات جوش اتوماتیک است.
استفاده از سیستم کنترلی مرکب از میکروکنترلر و PLC جهت کنترل موقعیت مناسب سیستم حرکتی و کنترل دقیق پارامترهای جوش مقاومتی، طراحی و تولید مکانیزمها و تجهیزات مکانیکی با سازگاری مناسب با سیستم کنترلی جهت دستیابی به جوشهایی با کیفیت مطلوب و تکرارپذیر از ویژگی های این طرح است. سازه تولید شده در این طرح انتظارهای تستهای تخریب و خستگی مطابق با استاندارد PSA در درجه A را تأمین می نماید.
از مزایای این طرح میتوان به فراهم نمودن اتوماسیون جوش به منظور کنترل بهتر و کاهش خطای انسانی، انجام جوش مقاومتی با کیفیت مناسب، طراحی و تولید مناسب، کاهش هزینههای تولید، دقت ابعادی و کیفی محصول خروجی از دستگاه و در نهایت به افزایش ایمنی سرنشینان در تصادفات رانندگی اشاره کرد.
-1 مقدمه
سازه صندلی جلو خودرو مجموعهای از قطعات به مه پیوسته است که از طریق واردات و یا عمدتاً به روش جوش قوسی در داخل کشور تولید میگردد. در سالهای اخیر با توجه به سیاست صنایع خودروسازی کشور برای رسیدن به سطح بالای استاندارد جهانی با هدف افزایش ایمنی سرنشینان، استفاده از فرایند جوش مقاومتی در تولید این محصول اهمیت بیشتری یافته است. بدین منظور طراحی و ساخت خط تولید اتوماسیون جوش مقاومتی سازه صندلی خودرو با هدف بومیسازی تولید این قطعه استراتژیک در کشور به عنوان یک پروژه مکاترونیکی در دستور کار تیمی از گروه صنعتی نوین سازان قرار گرفت.
جوش مقاومتی، به روشی از اتصال دو فلز گفته میشود که در اثر حرارت ناشی از مقاومت فلزات در برابر عبور جریان الکتریسته، دو فلز در ناحیه عبور جریان ذوب شده و با اعمال نیرو، به یکدیگر متصل می شوند [1]، [2] و .[3] با توجه به اهمیت جوش مقاومتی در صنایع خودروسازی، میتوان ازدستگاههای جوش مقاومتی به عنوان یکی از مهمترین تجهیزات این صنایع نام برد.
به همین جهت است که خودروسازان از استانداردهای مهمی جهت تست کیفیت جوش قطعات تولیدی خودرو استفاده می کنند.[4] محققان و صنعتگران از روش های مختلفی برای کنترل دستگاه اتوماسیون ساخته شده خود استفاده کردهانداین. کنترلگرها غالباً پیچیده بوده و در صورت خرابی و از بین رفتن اطلاعات، نیاز به صرف زمان زیادی برای رفع مشکل دارند
ماهیت خودکار ایستگاههای اتوماسیون تولید سازه صندلی خودرو، نیاز به دقت و کیفیت بالا جهت دستیابی به محصول با کیفیت و سایر پارامترهای این سیستم، نیاز به نوعی طراحی منحصر به فرد و همزمان سیستمهای مکانیکی، الکتریکی، نرمافزاری و کنترلی رافراهم ساخته است.
لازم به ذکر است سازه صندلی تولیدشده دراین فرایند، تست- های کیفیت نظیر خستگی مطابق با استاندارد PSA، تخریب جهت بررسی کیفیت جوش و بررسی تنشهای پسماند را با موفقیت گذرانده و گواهینامه آن را دریافت نموده است. همچنین جهت تعیین پارامترهای مورد نیاز و کیفیت جوش از استاندارد RWMA استفاده شده است
-2 طراحی مکاترونیکی خط تولید
خط تولید سازه صندلی خودرو به روش جوش مقاومتی چهار ایستگاه اتوماسیون دارد. در ایستگاه اول قطعه کفی که توسط دستگاه خم آماده شده، بهصورت سر به سر جوش شده و به یک حلقه بسته تبدیل میشود. در ایستگاه دوم کفی صندلی به روش پرس جوش به عملگر تنظیمکننده، سیستم مشبک کفی و میله تقویتی مجهز میشود. در ایستگاه سوم قطعه پشتی صندلی که توسط دستگاه خم به شکل U تبدیل شده، به قطعه تقویتی پشتی و دو قطعه راهنمای پشت سری جوش میشود.
در ایستگاه چهارم محصول دو ایستگاه دوم و سوم به هم جوش شده و محصول نهایی آماده میگردد. هر ایستگاه به صورت مجموعهای از تجهیزات مکانیکی، الکتریکی و کنترلی طراحی شده است. لازم به ذکر است جهت معرفی قطعات تشکیل دهنده سازه از واژگان رایج در صنعت خودروسازی استفاده شده است.
1-2 ایستگاه اول
در این ایستگاه دو لوله با قطر 25 میلیمتر به صورت سر به سر به هم متصل میشوند. جریان جوش توسط دو Clamp Gun به دو سر موضع جوششونده منتقل میشود. نیروی جوش هم از طریق یک عملگر اهرمی توسط یک جک تأمین میشود. Clamp Gunها علاوه بر انتقال جریان جوش عمل همراستا کردن دو سر قطعه را نیز انجام میدهند.
عملکرد اجزای این ایستگاه به این ترتیب است که قبل از شروع عملیات، Clamp Gunها در حالت پارک به سر میبرند و Clamp Gunمتحرک روی میز حرکتی توسط فنرهای فشاری در انتهای موقعیت حرکتی خود قرار دارد. بعد از عملیات قطعهگذاری، اپراتور به کمک صفحه کلید فرمان، دستور جوش را صادر میکند. مدار کنترلی طراحی شده پس از بررسی شرایط تعریف شده، فرایند جوش را آغاز میکند.
بعد از صدور فرمان جوش، Clamp Gunها حرکت کرده و قطعه را مقید و دو سر آن را همراستا می-کنند. در این لحظه جک تأمینکننده نیروی جوش عمل کرده و دو سر قطعه را به هم وصل میکند و بلافاصله فرایند جوش انجام میشود. در انتهای فرایند، جک جوش،گیرهها و میز حرکتی به موقعیت اولیه باز میگردند. بر اساس شبیهسازی انجام شده و نیز طبق استاندارد RWMA برای دستیابی به جوش مناسب، نیروی جوش 2000 نیوتن در نظر گرفته میشود که با توجه به رابطه اهرمی، مقدار نیروی جک 1500 نیوتن و فشار باد جک 320 کیلو پاسکال محاسبه میشود.در شکل 3 نمایی از ایستگاه ساخته شده نمایش داده شده است.
از آنجا که در این ایستگاه، سازه گیره از اجزایی است که بیشترین تنش به آن وارد می شود، به تحلیل تنش و خیز این سازه پرداخته شده است. با توجه به جنس فولادی سازه گیره و نیز اینکه این قطعه به روش جوشکاری تولید شده است، طبق استاندارد خودروسازان، جهت پیشگیری از بروز گسیختگی ناشی از خستگی، تنش بیشینه 12 مگا پاسکال و خیز بیشینه 0/1 میلیمتر در نظر گرفته میشود. با توجه به تحلیل تنش و خیز صورت گرفته، همانگونه که در شکل 1 مشاهده میشود، بیشینه تنش و خیز در تحلیل نرمافزاری در حد مجاز هستند.
شکل -1 تحلیل تنش و خیز سازه گیره
2-2 ایستگاه دوم
در این مرحله، ابتدا به ترتیب قطعات تنظیمکننده، قطعه کفی، قطعه توری و میله تقویتی در موقعیت جوش قرار میگیرند. سپس اپراتور به کمک صفحه کلید فرمان، دستور جوش را صادر میکند. مدار کنترلی پس از دریافت پاسخ مناسب از حسگرها، فرایند جوش را آغاز میکند. با صدور فرمان جوش، همزمان با بسته شده گیرهها، میز حرکتی گانهای اتوماتیک نیز از چپ و راست به سمت قطعه حرکت میکند. وقتی گانهای اتوماتیک به موقعیت جوش رسیدند، فرمان جوش گانها، از طریق تابلو صادر میشود. پس از پایان فرایند جوش، میزهای حرکتی به حالت اولیه برگشته و گیرهها باز میشوند. در شکل 3 نمایی از ایستگاه دوم نمایش داده شده است. در این ایستگاه از سه نوع جوش مقاومتی استفاده شده است.
نوع اول، جوش میل گرد به ورق است که میلگرد تقویتی به قسمت تنظیمکننده صندلی جوش میخورد. در این جوش، الکترودها نیروی جوش را از دو طرف به قطعه وارد کرده، جریان جوش از سطح تماس عبور و حرارت موضعی در محل اتصال دو قطعه ایجاد میکند. با تنظیم نیرو و جریان میتوان به میزان همپوشانی مورد نظر دست یافت. منظور از همپوشانی نسبت فرورفتگی دو قطعه در یکدیگر به ضخامت طبیعی قطعات است که طبق استاندارد تعیین شده است.
نوع دوم، جوش دوگانه است که میلگردهای سیمی به ورق جوش میخورند. جریان از طریق یک الکترود وارد میلگرد توری و سپس وارد قطعه میشود. برای بسته شدن مسیر، جریان از محل تماس دوم وارد میلگرد توری بعدی شده و به الکترود جوش برمیگردد. در اثر عبور جریان در دو نقطه حرارت موضعی و جوش ایجاد میشود. در نوع سوم که پرس جوش است، قطعه تنظیمکننده صندلی به کفی جوش میشود. اتوگان نیروی متناسبی به دو قطعه وارد کرده و دو قطعه را به هم متصل میکند. جریان از دو ورق عبور کرده که این اتفاق باعث ایجاد حرارت موضعی و حوضچه مذاب در محل خلل و فرج میشود.
3-2 ایستگاه سوم
در این ایستگاه در دو مرحله، قطعات تقویتی و راهنما به قاب اصلی جوش میشوند. پس از تحریک هر دو کلید استارت، اگر سنسورهای القایی وجود قاب را اطلاع دهند، گیرهها قاب اصلی را نسبت به قیود و صفحه اصلی قفل میکنند . سپس به ترتیب، دو گان اتوماتیک از ابتدای میز و دو گان اتوماتیک از انتهای میز عمل نموده، نیروی جوش را وارد میکنند. در نهایت، گانها باز شده و به محل اولیه خود بر میگردند. لازم به ذکر است طراحی الکتریکی مجموعه بهگونهای است که از نظر جریان الکتریکی، دو گان ابتدای میز با هم و دو گان انتهای میز نیز با هم سری هستند. بنابراین لازم است، دو گان سری هنگام جوش بسته باشند تا مسیر جریان بسته بماند. در شکل 3 نمایی از ایستگاه ساخته شده، نمایش داده شده است.
یکی از اجزای طراحی شده برای گان اتوماتیک، فک آن است که باید تنش بالایی را هنگام جوش تحمل نماید. با توجه به جنس فولادی فک گان اتوماتیک و نیز اینکه این قطعه به روش جوشکاری تولید شده است، طبق استاندارد خودروسازان، جهت پیشگیری از بروز گسیختگی ناشی از خستگی، تنش بیشینه 50 مگا پاسکال و خیز بیشینه 0/1 میلیمتر است. با توجه به تحلیل تنش صورت گرفته همانگونه در شکل 2 مشاهده میشود، بیشینه تنش در تحلیل نرمافزاری صورت گرفته و نیز میزان خیز بیشینه رخ داده در حد مجاز هستند.
شکل -2 تحلیل تنش و خیز فک اتوگان
4-2 ایستگاه چهارم در این ایستگاه در دو مرحله تنظیمکنندههای صندلی در محل تعیین شده جوش میشوند. فرایند عملیاتی ایستگاه به این صورت طراحی شده است که ابتدا با تحریک دستگاه، کلیه گیرهها قفل میشوند.
