王亞濤，栗嘉豪，李龍華

（1.歐爾邁技術(shù)（常州）有限公司，江蘇常州 213022；2.河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇常州 213022）

0 引言

電機(jī)定子生產(chǎn)線用于定子的自動(dòng)化加工，包括上料、絕緣紙插入、視覺檢測(cè)、預(yù)裝連接鉤互聯(lián)板、繞線、端子焊接等工序。生產(chǎn)線主要由絕緣插紙站、針式繞線站、端子焊接站、輸送線和電氣控制系統(tǒng)組成。端子焊接站位于插紙站和繞線站之后，是自動(dòng)化生產(chǎn)線最后一個(gè)重要工作站，使漆包線在電阻熱壓焊的過程中熔化絕緣漆，與端子連接在一起，從而達(dá)成電氣導(dǎo)通[1]。

端子焊接的工藝參數(shù)，如焊接電流、預(yù)熱電流、焊接時(shí)間、焊接壓力等與焊接質(zhì)量密切相關(guān)[2]。本文針對(duì)MDR 系列定子設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，充分考慮端子焊接的主要工藝參數(shù)，研究其對(duì)端子焊接質(zhì)量的影響程度，并找出合適的焊接參數(shù)。

1 焊接工藝

本文研究的定子生產(chǎn)線端子焊接為彎鉤形端子焊接，焊接分為兩個(gè)階段，第一階段為端子預(yù)熱階段，此時(shí)電極對(duì)端子進(jìn)行加熱，由于漆包線外層的絕緣漆未脫落，電流從上電極流出，只在接線端子中流動(dòng)，最后流入下電極。隨著電極的持續(xù)加熱和加壓，端子溫度持續(xù)升高，漆包線與端子接觸面由于電阻發(fā)熱，漆包線的絕緣漆層逐漸被剝離，芯線露出。第二階段為端子的焊接階段，此時(shí)電流從上電極流出，一部分通過端子流入下電極，另一部分經(jīng)芯線按照端子、芯線、端子的順序進(jìn)行流動(dòng)[3]。隨著電流的流通，芯線和端子接觸表面逐漸熔融結(jié)合，完成焊接。焊接過程如圖1 所示。

圖1 彎鉤型端子焊接過程

焊接過程中易出現(xiàn)3 個(gè)問題：①預(yù)熱階段，電流主要在端子中流動(dòng)，若電流過大可能導(dǎo)致端子斷裂；②焊接階段，焊接電流和焊接壓力過小，端子變形量過小，導(dǎo)致端子鉚接力不足，沖擊振動(dòng)時(shí)容易造成漆包線脫落；③焊接階段焊接電流和焊接壓力過大，易導(dǎo)致彎鉤形端子變形量過大，使內(nèi)部的漆包線被壓斷或熔斷，造成電氣導(dǎo)通失效[4]。

為避免問題①，焊接電極的釋放電流過程由兩端脈沖控制，第一個(gè)脈沖過程中，采用較小的焊接電流，完成端子焊接的預(yù)熱，第二個(gè)脈沖過程中，加大電流進(jìn)行焊接。為解決問題②和問題③，使用熔深控制彎鉤型端子的變形量，通過安裝位移傳感器光柵尺，采集電極放電前的位置P1；焊接完成后，采集電極的位置P2；通過調(diào)整焊接參數(shù)使熔深（P1-P2）保持在合適的范圍（圖2）。

圖2 熔深量示意

2 正交實(shí)驗(yàn)

2.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)彎鉤型端子焊接過程，將焊接壓力、預(yù)熱時(shí)間、預(yù)熱功率、焊接時(shí)間、焊接電流等5 個(gè)指標(biāo)作為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的影響因素，分別標(biāo)記為A、B、C、D、E，各因素按照焊機(jī)規(guī)范均取3 個(gè)水平（表1）。

表1 因素水平表

實(shí)驗(yàn)所用端子材料為CuSn，表面鍍鋅，漆包線符合標(biāo)準(zhǔn)IEC 60317-13Grad，線徑為0.6 mm，所用焊機(jī)為MIYACHI 的AWS3/DFP/DC-10/OP 焊機(jī)，焊機(jī)自帶氣缸和位移傳感器。經(jīng)電氣程序控制，位于托盤上的定子由旋轉(zhuǎn)頂升裝置和氣動(dòng)夾爪移至焊接位置，焊機(jī)在氣缸的推動(dòng)下完成焊接過程。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文采用的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)為5 因素3 水平，不考慮交互作用，因此選取L18（35）正交表。

端子焊接質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括熔深量和電氣性能。電氣性能已由焊接工藝保證，而熔深量要保證內(nèi)部漆包線的形變量在30%～70%。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)所選用的漆包線和端子型號(hào)，熔深量的范圍為0～2300 μm，低于1700 μm 和高于2200 μm 是不可以接受的，熔深量2000 μm 是理想結(jié)果，熔深量越接近2000 μm則焊接質(zhì)量越高。

正交表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2 正交表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

常用的正交結(jié)果分析方法有極差分析和方差分析。極差分析通過每個(gè)因素水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值和求得的極差，確定各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度，從而選出最優(yōu)的因素組合。方差分析則是研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果，明確水平改變和實(shí)驗(yàn)誤差對(duì)結(jié)果的影響[5]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果采取極差分析的方法，表3 為端子焊接熔深量的極差分析結(jié)果。其中，Ki為各因素下，i 為水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值，R 為各因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的極差。極差R 越大，則該因素的水平變化對(duì)結(jié)果的影響越明顯，該因素就越重要。

從表3 可知，因 素 A、B、C、D、E的極差大小為：RE>RD>RB>RA>RC，此極差關(guān)系說明對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響最大的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)為焊接電流，最小的為預(yù)熱功率，影響因素的主次關(guān)系從主到次依次為E、D、B、A、C。

表3 熔深量極差分析結(jié)果

圖3 為熔深量的均值響應(yīng)圖，可以更直觀地觀察熔深量隨各因素的變化趨勢(shì)，橫坐標(biāo)為因素水平，縱坐標(biāo)為各因素水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果均值。

從圖3 可以看出，熔深量越接近2000 μm，其焊接結(jié)果越符合要求。因此焊接壓力取水平1，預(yù)熱時(shí)間取水平2，預(yù)熱功率取水平2，焊接時(shí)間取水平2，焊接電流取水平2，最優(yōu)組合方案為A1B2C2D2E2。為檢驗(yàn)該因素組合是否為最優(yōu)組合，進(jìn)一步進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果如圖4 所示。

圖3 熔深量均值響應(yīng)

圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

可以看出，最佳組合下的熔深量值為1983.5 μm，最接近最佳熔深量，表明正交實(shí)驗(yàn)可以較好地應(yīng)用于工程中，幫助提升工作效率。

3 結(jié)論

針對(duì)無刷電機(jī)定子自動(dòng)化生產(chǎn)線端子焊接站中焊機(jī)參數(shù)設(shè)定困難的問題，以熔深量作為焊接質(zhì)量主要指標(biāo)，基于正交實(shí)驗(yàn)，探究各關(guān)鍵影響因素對(duì)熔深量的影響。得出焊接電流是影響熔深量最主要的因素，并得出焊機(jī)最優(yōu)參數(shù)設(shè)定，通過與正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比，表明所得參數(shù)設(shè)定使焊接的熔深量更符合最佳熔深量，使焊接的質(zhì)量得到提升。