孫婷婷

【摘要】工裝夾具是機(jī)械制造中最基本的工藝元素，正確合理的使用工裝夾具是進(jìn)行零部件焊接的先決條件，工裝夾具的正確安裝和固定是保證焊接工藝的質(zhì)量、焊接的生產(chǎn)率和成本的關(guān)鍵因素。在現(xiàn)代制造業(yè)中，工裝夾具的成本要占整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的10%-20%，尤其是近幾年來焊接工藝技術(shù)的快速發(fā)展，面向?qū)ο蟮暮附庸に嚭秃附庸ぱb夾具得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。文章根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)和理論研究，對(duì)焊接工裝夾具的應(yīng)用與設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，以供參考。

【關(guān)鍵詞】焊接工裝夾具；生產(chǎn)；應(yīng)用與設(shè)計(jì)

一、焊接工裝夾具的作用

在企業(yè)焊接制造生產(chǎn)過程中，焊接工裝夾具主要具有以下作用：（1）提高制造效率，降低生產(chǎn)成本。在零部件的批量焊接生產(chǎn)過程中，利用工裝夾具能夠?qū)α悴考M(jìn)行快速夾緊、定位，并且在焊后處理工序中也能起到重要的輔助作用，使得焊接過程的工作量大大降低，不僅使工藝過程得到簡(jiǎn)化，還極大的降低了焊接操作難度，工作效率得到了明顯提高，降低了制造成本。若僅僅依靠工人進(jìn)行定位、固定、測(cè)量等操作，工作的輔助時(shí)間將會(huì)占用一大部分，還極易出現(xiàn)誤差過大、操作失誤等問題，并且該方法受工人的操作技術(shù)水平的影響很大。（2）確保零部件組裝精度。通過利用焊接工裝夾具對(duì)各零部件的定位，可以將零部件準(zhǔn)確的組裝到位。利用焊接工裝夾具對(duì)零部件固定后，能夠確保焊接組件的焊后位置公差及形位公差。（3）確保焊接質(zhì)量。在焊接過程中，受局部熱變形及焊接應(yīng)力的影響，各零部件會(huì)產(chǎn)生較大變形。而采用焊接工裝夾具能夠?qū)α悴考M(jìn)行定位和固定，在夾具設(shè)計(jì)過程中通過計(jì)算事先預(yù)留出收縮余量，從而對(duì)焊接應(yīng)力、變形量及變形方向進(jìn)行可靠控制，保證組件的焊接質(zhì)量。

二、焊接工裝夾具在生產(chǎn)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，焊接工裝夾具通常分為兩類，一是自動(dòng)化程度高、剛性強(qiáng)的專用夾具，主要用于百萬級(jí)的大規(guī)模批量生產(chǎn)，如汽車；二是中小規(guī)模的機(jī)械零部件，這些零部件的專用性強(qiáng)，批量小而多變，大多是根據(jù)訂單和買家的需求隨時(shí)更改，所以不宜采用剛性較大的專用生產(chǎn)線，而組合夾具剛好可以將其柔性大的特點(diǎn)發(fā)揮出來，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率、質(zhì)量和成本的平衡。

例如，機(jī)械裝備制造中焊接組合夾具的應(yīng)用。從世界范圍內(nèi)來看，一些優(yōu)秀的機(jī)械制造企業(yè)已經(jīng)積極引入了先進(jìn)的焊接技術(shù)，在一定程度上提升了本企業(yè)綜合實(shí)力。一般來說，很多大型機(jī)械裝備單獨(dú)構(gòu)件焊接難度較大，因此主要采取單獨(dú)焊接方式。此時(shí)焊接組合夾具的重要性就越發(fā)明顯。只要在機(jī)械裝備制造中得到較好的運(yùn)用，使焊接起來的零部件依舊可以保持著很好的物理機(jī)械性能，這就推動(dòng)了先進(jìn)焊接工裝夾具在這些機(jī)械工程裝備制造業(yè)中得到了廣泛的運(yùn)用。目前我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)中，大部分機(jī)械裝備生產(chǎn)僅限于中小規(guī)模的成產(chǎn)，并不適合用在高強(qiáng)度的生產(chǎn)系統(tǒng)中，因此，焊接組合夾具的優(yōu)勢(shì)在工程制造的生產(chǎn)中可以充分的發(fā)揮出來。例如：在享譽(yù)全球的機(jī)械裝備公司——卡特彼勒公司，在焊接操作中大量的應(yīng)用了Bluco的焊接組合夾具系統(tǒng)，以此來完成大型零部件的生產(chǎn)制造。與此同時(shí)，該公司內(nèi)部許多大型零部件的焊接生產(chǎn)制造工藝包含了兩大部分：一是焊接機(jī)械人的自動(dòng)焊接。這種焊接配置裝置主要結(jié)合了中小型生產(chǎn)規(guī)模形式的特征，具有一定的實(shí)用性與科學(xué)性。二是手工焊接法。既是TackWelding。在焊接組合夾具使用過程中，運(yùn)用好模塊化焊接組合夾具的相關(guān)配置，可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、效率和成本相互平衡的局面，以此來確保焊接技術(shù)工作能夠保質(zhì)保量的完成。

三、焊接工裝夾具設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)的基本要求

1.工裝夾具設(shè)計(jì)的基本思路是工件的定位和夾緊

定位又可分導(dǎo)向定位和加工定位。一般有孔定位、面定位、外圓柱面定位等。定位不準(zhǔn)影響產(chǎn)品的加工精度，定位出錯(cuò)可能導(dǎo)致零件的報(bào)廢。按夾具的結(jié)構(gòu)一般可分為：導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、機(jī)座等幾部分。當(dāng)然并不是每個(gè)夾具都有這幾部分。其核心部分是定位機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)，對(duì)工件直接影響，決定了工件的加工形狀和加工精度。

2.工裝夾具的設(shè)計(jì)要滿足機(jī)床受力的需要

例如銑床要知道順銑和逆銑時(shí)受力，估算加工過程的受力情況，還要計(jì)算夾緊力的大小及夾緊時(shí)對(duì)工件的影響，不能因此引起工件的變形。有可能的情況下要充分利用加工時(shí)受力的相互抵消來減輕工裝夾具的重量和夾緊力。對(duì)于一些大型的焊接件，還需考慮受力的平衡。同時(shí)又要求夾具有足夠的強(qiáng)度和剛度。

（二）在焊接夾具設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)

運(yùn)用計(jì)算機(jī)的三維CAD系統(tǒng)，可以更快速地進(jìn)行組合夾具的設(shè)計(jì)與安裝，還能使設(shè)計(jì)方案更加優(yōu)化，模擬出仿真機(jī)械工具的加工流程，從而設(shè)計(jì)出更精確、更科學(xué)的夾具系統(tǒng)。美國(guó)伍斯特理工學(xué)院的教授曾和卡特彼勒公司相互聯(lián)合，展開了計(jì)算機(jī)輔助焊接夾具設(shè)計(jì)的有關(guān)研究工作，制造出了極為有效的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的主要功能包含了如下幾點(diǎn)：第一，能夠結(jié)合焊接工藝方案詳細(xì)解析裝夾定位技術(shù)。第二，能夠進(jìn)行組合夾具部件的挑選與裝配，實(shí)施自動(dòng)化裝夾定位。第三，可以協(xié)助設(shè)計(jì)師檢查設(shè)計(jì)方案的具體內(nèi)容，提高方案的可靠性。第四，可以對(duì)設(shè)計(jì)方案實(shí)行一體化模擬解析。第五，能夠保持裝夾設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

參考文獻(xiàn)

[1]樊啟永.焊接工裝夾具在生產(chǎn)中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)實(shí)踐[J].信息系統(tǒng)工程，2017（03）：42.