張衡

摘 要：焊接工藝是汽車生產(chǎn)制造四大工藝之一，在汽車焊接生產(chǎn)線上，真正用于焊接操作的工作量僅占30%-40%，而剩余60%-70%的工作為輔助和裝夾工作，因此在設(shè)計(jì)焊裝夾具時不僅要保證夾具滿足定位要求和焊接要求，同時還需要考慮焊裝夾具的操作便捷性。

關(guān)鍵詞：汽車；焊裝夾具；設(shè)計(jì)理論；分析

1導(dǎo)言

汽車制造水平代表著一個國家的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平，并對推動世界制造業(yè)邁向一個新臺階有著非常重要的作用。同時由于汽車制造企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模比較大，技術(shù)與資金高度密集，經(jīng)濟(jì)與輻射具有強(qiáng)大的帶動作用，在整個機(jī)械制造行業(yè)中占有至關(guān)重要的地位。而在汽車制造的整個過程中必不可缺的就是焊接程序，而且還占有很大的比例，因此焊接所使用的焊裝夾具也就自然而然地成為重要的設(shè)備之一。基于對汽車質(zhì)量和性能的考慮，焊接時所用的焊裝夾具設(shè)計(jì)的重要性就可見一斑了。

2焊裝夾具的分類及設(shè)計(jì)要求

在焊裝生產(chǎn)過程中，采用的焊裝夾具種類較多，分類方法也較多。按焊裝夾具的功能可分為裝配定位焊夾具和焊接夾具等。但在實(shí)際的焊裝夾具設(shè)計(jì)與制造過程中，往往是兩者合并使用，即在焊接夾具上同時具備裝配定位及焊接的雙重功能。

2.1一般要求

一是保證產(chǎn)品的形狀和尺寸符合圖樣和技術(shù)要求。二是應(yīng)使焊接和裝配工作在最有利的狀態(tài)下進(jìn)行，如焊接應(yīng)在平焊位置進(jìn)行等。三是夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)開放，操作方便。必要時可在焊裝夾具骨架上切去影響開敞性的部分，以改善焊裝夾具的開放性。四是工件的定位夾緊應(yīng)迅速，從夾具中取、放件要方便等。五是降低夾具的制造成本。焊接夾具的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單，制造和維修相對變得容易，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化的夾具元件。

2.2特殊要求

一是考慮到焊后工件尺寸的收縮變形，要求夾具上定位件間的尺寸，比工件圖樣尺寸應(yīng)放大一些，使焊后的工件成為一個整體時，應(yīng)較容易從焊裝夾具上取下。二是符合焊接工藝要求，滿足生產(chǎn)，在操作過程中便于操作，不得與焊鉗存在干涉。三是汽車的年產(chǎn)量決定焊裝夾具的自動化水平和焊接位置的配制。為了提高汽車的生產(chǎn)率，可以用氣缸一次性完成焊裝夾具的夾緊與松開動作，根據(jù)焊裝夾具的自動化水平應(yīng)用自動的傳輸裝置來運(yùn)輸工位。四是焊合件是由兩種或者兩種以上的沖壓件經(jīng)過焊接后形成的工件，若干小的焊合件組裝成大的焊合件，最后由大的焊合件形成前圍焊合件、地板焊合件、后側(cè)焊合件、頂蓋焊合件等四種焊合件，并用此四種焊合件焊接成汽車駕駛室。因此根據(jù)駕駛室的生產(chǎn)過程來對焊合件進(jìn)行合理的分割，并根據(jù)分割的焊合件來設(shè)計(jì)合適的焊裝夾具。這樣既利于保證產(chǎn)品的質(zhì)量，又可提高車身的焊接生產(chǎn)率。

3焊裝夾具的特點(diǎn)

3.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于汽車焊裝夾具的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，體積也比較龐大，因此為了便于制造、裝配、維修和檢測，必須對焊裝夾具進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解。汽車車身的總裝夾具一共有三個裝配基準(zhǔn)：底板、右側(cè)圍和左側(cè)圍，而且車身的平面都要求加工上基準(zhǔn)槽與坐標(biāo)線，其定位夾緊的組合單元應(yīng)嚴(yán)格的按照各自的基準(zhǔn)槽來進(jìn)行裝配、檢測，最后把三大部分組合成一套完整的夾具。

3.2定位特點(diǎn)

汽車車身焊裝夾具目前主要用的是沖壓件的曲面外形。由于在車身的曲面上拉延和壓彎后成形了臺階、整形的平臺、工藝孔定位、裝配孔、外部邊緣、修邊窗口等，要求焊裝夾具的定位元件必須具有特殊的形狀。焊裝夾具在定位的時候要對被焊接的工件分別進(jìn)行定位，保證沒有相互干擾；其次在固定定位元件的時候要充分地利用每個工件裝配的相互依賴關(guān)系來進(jìn)行自然定位支承。

3.3夾緊特點(diǎn)

在汽車車身的沖壓件完成裝配后，還要用到電阻焊。采取這種措施就可以避免工件承受扭轉(zhuǎn)力矩，如果工件的重力與焊接時的加壓方向一致，那么焊接壓力就可以阻止工件產(chǎn)生彈性變形，并且還能同時保證準(zhǔn)確的裝配位置以及定位基準(zhǔn)貼合，此時就可以不使用夾緊工具。

4焊裝夾具的構(gòu)成及要求

4.1夾具基板

夾具基板是整個焊裝夾具的基礎(chǔ)，因此對基板的強(qiáng)度、加工精度均有著較高的要求：一是基板材料強(qiáng)度不低于Q235A，加工后厚度需≥20mm，采用槽鋼框架加強(qiáng)。工作基準(zhǔn)面平面度≤0.1mm/1000mm、粗糙度為Ra1.6?；鶞?zhǔn)面上各定位孔與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面的公差為±0.05mm，定位孔之間的公差為±0.02mm；二是基板工作基準(zhǔn)面上刻坐標(biāo)網(wǎng)格線，網(wǎng)格線坐標(biāo)系與整車坐標(biāo)系相同，深度及寬度均為0.5mm，間距為200mm。坐標(biāo)網(wǎng)格線的平行度誤差：相鄰單一間隔距0.10/100mm，累積間隔距0.30/全長，并在刻線的兩端刻上坐標(biāo)號，坐標(biāo)號應(yīng)與汽車產(chǎn)品圖上的坐標(biāo)號相一致；三是基準(zhǔn)面上必須設(shè)計(jì)至少4個φ10H7標(biāo)準(zhǔn)圓形基準(zhǔn)塊，基準(zhǔn)孔位置公差±0.02，基準(zhǔn)孔不與其余安裝部件干涉，各個基準(zhǔn)孔均配有基準(zhǔn)孔坐標(biāo)牌。

4.2定位單元

定位單元是夾具設(shè)計(jì)的核心，一般由支座、規(guī)制塊、銷座、定位銷、限位塊和壓臂氣缸等零部件組成。為保證剛性差的鈑金零件能獲得正確的形狀和尺寸，一般采用“6點(diǎn)定位原則”進(jìn)行設(shè)計(jì)。夾具所有基準(zhǔn)銷座、支撐塊、夾緊塊、擋塊均為三維可通過調(diào)整墊片進(jìn)行調(diào)整。夾具定位單元一般情況下各部件技術(shù)要求如下：一是定位銷是焊裝夾具常用定位機(jī)構(gòu)，一般采用圓銷主定位，菱銷輔定位。采用方便拆卸的螺母鎖緊機(jī)構(gòu)，定位銷材料采用40Cr，淬火處理，硬度值不低于HRC35-40，表面鍍硬鉻處理；二是銷座材料不低于45#，淬火處理，硬度值不低于HRC35-40，表面發(fā)黑處理；三是規(guī)制塊材料不低于45#，淬火處理，硬度值不低于HRC35-40，表面發(fā)黑處理；四是限位塊材料45#，淬火處理，硬度值不低于HRC35-40，表面發(fā)黑處理。一般情況下限位塊結(jié)構(gòu)可不增加，但當(dāng)夾緊臂長度大于250mm時等一些特殊情況下必須有限位塊；五是支座材料一般為采用Q235A，表面處理根據(jù)客戶要求執(zhí)行。

4.3輔助機(jī)構(gòu)

常見輔助機(jī)構(gòu)有很多，這里對頂出機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡述：一是頂出機(jī)構(gòu)是保證總成件焊后不變形地從夾具定位機(jī)構(gòu)中順利脫出的氣缸推移機(jī)構(gòu)，一般由氣缸和壓頭組成，為便于操作需具備自動復(fù)位功能；二是回轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分為兩個機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)就是可以使夾具在平面上做360°回轉(zhuǎn)的輔助機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)就是使夾具做±90°翻轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，一般由回轉(zhuǎn)支撐、驅(qū)動電機(jī)、抱閘鎖死機(jī)構(gòu)組成。輔助機(jī)構(gòu)不直接參與焊接過程，但可降低勞動強(qiáng)度、提升焊接質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，因此適當(dāng)增加輔助機(jī)構(gòu)對夾具的便捷性有極大的提升。

4.4控制檢測系統(tǒng)

隨著汽車制造行業(yè)的發(fā)展，控制檢測系統(tǒng)在焊裝夾具上已成為必備機(jī)構(gòu)，一般主要由機(jī)械防錯裝裝置、電磁防錯漏傳感器組成。一是機(jī)械防錯裝置起到防止工件漏裝、防止工件錯裝的作用。避免了產(chǎn)品缺件及裝夾不到位的情況發(fā)生；二是電磁防錯漏傳感器+PLC能對每個操作步驟進(jìn)行控制及邏輯分析，對出現(xiàn)問題的步驟進(jìn)行報警，并強(qiáng)制保證錯誤操作不能繼續(xù)執(zhí)行，直至操作者恢復(fù)正確的操作流程。控制檢測系統(tǒng)能在問題出現(xiàn)的第一時間停止夾具運(yùn)轉(zhuǎn)，阻止問題繼續(xù)擴(kuò)大，減少后續(xù)處理、返修的時間，可以避免大批量的產(chǎn)品報廢。

5結(jié)論

以上是焊裝夾具設(shè)計(jì)需要考慮的幾個主要因素，在具體的設(shè)計(jì)過程中需要針對實(shí)際情況綜合考慮各個方面，在滿足焊件技術(shù)要求的前提下，提升焊接效率，降低夾具制作成本，這樣才能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求。

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（作者單位：華晨寶馬汽車有限公司）