吳 濤

（江西江鈴集團(tuán)奧威汽車零部件有限公司，江西 南昌 330000）

在工業(yè)產(chǎn)品制造業(yè)不斷變革的大環(huán)境下，要想使市場(chǎng)需求得到滿足，關(guān)鍵是要對(duì)焊接夾具設(shè)計(jì)理念與方針進(jìn)行更新，真正做到以客戶視角為切入點(diǎn)，通過提高焊接精度的方式，為汽車質(zhì)量提供保障。要想使焊接精度達(dá)到預(yù)期，實(shí)證有效的方法便是引入標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)模式，這也是本文所研究的主要內(nèi)容。

1 焊接夾具設(shè)計(jì)方法

1.1 材料及結(jié)構(gòu)

對(duì)夾具設(shè)計(jì)工作而言，選材是極為重要的環(huán)節(jié)，有關(guān)人員應(yīng)以耐用性為依據(jù)，對(duì)適合材料進(jìn)行篩選。調(diào)查結(jié)果表明，國(guó)內(nèi)大部分焊接夾具所用材料，一般夾具本體采用45鋼調(diào)質(zhì)HRC30-35；定位板多用T10，淬火52-62HRC,這樣耐磨；焊接夾具定位元件可選用45、40Cr等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或合金鋼制造，或選用T8、T10等碳素工具鋼制造，并經(jīng)淬火處理，以提高耐磨性。在開展相關(guān)工作時(shí)，以下內(nèi)容應(yīng)當(dāng)引起重視：其一，薄板件往往存在易變性和剛性差的問題；其二，作為沖壓成形的焊接件，普遍存在空間曲面，這也決定其具有相對(duì)復(fù)雜的形狀以及結(jié)構(gòu)；其三，如果沖壓件型腔較深，導(dǎo)致其出現(xiàn)形變的原因則是回彈和剛性差，而非傳統(tǒng)觀念所認(rèn)為的只有剛性差。

1.2 焊接方法與流程

1.2.1 焊接方法

金屬組件所用焊接方法主要為電阻焊、氣體保護(hù)焊，前者對(duì)夾具所提出要求極為嚴(yán)格，其中，以機(jī)器人點(diǎn)焊、多點(diǎn)焊以及反作用焊尤甚。后者所采用保護(hù)氣體為CO2，該技術(shù)具有較電阻焊更廣的應(yīng)用范圍，對(duì)夾具所提出要求也相對(duì)寬松。

1.2.2 焊接流程

金屬組件焊接過程可被拆分為組件—部件—總成。而利用組件對(duì)車身進(jìn)行總成焊接的各環(huán)節(jié)的關(guān)系，通常為承前啟后并且相互獨(dú)立，由此可見，對(duì)總成焊接精度具有決定作用的部分為組件焊接精度，在某種程度上，組件焊接精度還會(huì)給焊接后工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量帶來影響[1]。要想使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到預(yù)期，關(guān)鍵是要確保組件/部件/總成夾具所對(duì)應(yīng)定位基準(zhǔn)，既具有繼承性，同時(shí)又具有高度統(tǒng)一性。另外，一旦有質(zhì)量問題出現(xiàn)，有關(guān)人員應(yīng)做到從多個(gè)角度分析問題成因，通過制定糾正方案的方式，確保類似問題不會(huì)再次出現(xiàn)。

2 焊接夾具設(shè)計(jì)步驟

2.1 CBR夾具設(shè)計(jì)

夾具是讓工件按照特定技術(shù)要求定位并緊固的一種工藝裝置，目前，主要被用來輔助加工、裝配以及檢測(cè)工件等工作的開展，屬于具有極高專用化程度的復(fù)雜工藝裝備。

雖然利用計(jì)算機(jī)為夾具設(shè)計(jì)工作提供幫助的研究從未停止，但所取得成果十分有限，迄今為止，仍然沒有出現(xiàn)能夠大范圍推廣并得到運(yùn)用的商品軟件。近幾年，集成制造以及柔性制造行業(yè)快速發(fā)展，對(duì)夾具設(shè)計(jì)使用軟件進(jìn)行研發(fā)成為大勢(shì)所趨，在對(duì)多方因素加以考慮后，有關(guān)人員決定借助CBR技術(shù)，設(shè)計(jì)能夠充分利用設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的軟件，利用該軟件所開展設(shè)計(jì)工作，僅需對(duì)原有設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改或組合，便可獲得符合項(xiàng)目需求的全新方案。

基于CBR開展夾具設(shè)計(jì)工作，強(qiáng)調(diào)利用計(jì)算機(jī)對(duì)人腦思維活動(dòng)進(jìn)行模擬，不僅使設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)得到了科學(xué)利用，還能夠確保獲得方案與實(shí)際情況相符。如果以KBS為參照，CBR的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：第一，無(wú)需對(duì)模型/規(guī)則進(jìn)行獲取，只收集現(xiàn)有事例即可，因此，即便缺少模型，有關(guān)人員仍可對(duì)CBR系統(tǒng)進(jìn)行建立。第二，在落實(shí)相關(guān)工作時(shí)，只需對(duì)事例特征加以確定即可。此外，由于該系統(tǒng)始終處于擴(kuò)充狀態(tài)，只要具有部分事例，便可完成夾具的設(shè)計(jì)。第三，無(wú)需從頭推算結(jié)果，而是以完整答案為依據(jù)，通過推理的方式得出最終結(jié)果，求解速度極快。第四，便于維護(hù)，對(duì)新事例進(jìn)行增加，既滿足其學(xué)習(xí)的要求，還可使項(xiàng)目特點(diǎn)與需求得到準(zhǔn)確反映。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化建庫(kù)

對(duì)夾具進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，前提是建立標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)庫(kù)，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)參數(shù)庫(kù)存儲(chǔ)元件進(jìn)行分類。在開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，有關(guān)人員可以調(diào)用所需常用元件，通過更改參數(shù)的方式，獲得尺寸符合需求的元件，與此同時(shí)，參數(shù)庫(kù)也能夠得到擴(kuò)充。在完成標(biāo)準(zhǔn)化建庫(kù)工作后，有關(guān)人員只需從中選用元件并裝配夾具，便可達(dá)到設(shè)計(jì)夾具的目的，事實(shí)證明，如果以原有方案為參考，該方案無(wú)論是設(shè)計(jì)耗時(shí)還是設(shè)計(jì)有效性，均更加接近理想狀態(tài)。

焊裝夾具適用參數(shù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)見圖1[2]。目前，被用來建立參數(shù)庫(kù)的工具，主要是具有部件族功能的UG，該功能強(qiáng)調(diào)以模板部件為依托，在建模電子表單的輔助下，快速獲得擁有相同形狀和不同參數(shù)的部件。事實(shí)證明，利用該功能建立通用件/標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)庫(kù)，通常能夠取得事半功倍的效果。要想使其優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，以下內(nèi)容需要有關(guān)人員引起重視：如果選擇利用該功能對(duì)一系列相似部件進(jìn)行建立，無(wú)需對(duì)部件文件進(jìn)行逐個(gè)建立，而是可以先對(duì)模板文件進(jìn)行定義，再借助表格對(duì)其他部件參數(shù)進(jìn)行定義。

圖1 夾具參數(shù)庫(kù)

2.3 夾具設(shè)計(jì)步驟

第一步，在對(duì)焊接夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)前，有關(guān)人員應(yīng)深入了解產(chǎn)品特征、生產(chǎn)綱領(lǐng)和工藝要求，另外，生產(chǎn)線所采用布置方案，同樣是需要引起重視的部分。等到工藝調(diào)研環(huán)節(jié)告一段落，便可參考先進(jìn)結(jié)構(gòu)對(duì)夾具方案加以確定，方案應(yīng)標(biāo)明自動(dòng)化、機(jī)械化水平需要達(dá)到的高度，以及能否共用主要夾具。

第二步，結(jié)合焊接設(shè)備規(guī)格與型號(hào)，參考焊接結(jié)構(gòu)所展現(xiàn)出特點(diǎn)，對(duì)其定位和可用夾緊方式加以確定。隨后，根據(jù)沖壓件固有特點(diǎn)，以裝配工藝需求為導(dǎo)向，分別確定關(guān)鍵定位點(diǎn)還有一般定位點(diǎn)。

第三步，先確定主體機(jī)構(gòu)，再確定可用輔助裝置。例如，液動(dòng)元件/氣動(dòng)元件；水電氣回路；在焊點(diǎn)外部覆蓋、為焊點(diǎn)提供保護(hù)的銅板。

第四步，由于焊接夾具普遍具有極為龐大的尺寸和復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，因此，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)所使用方法以模塊設(shè)計(jì)、坐標(biāo)設(shè)計(jì)為主，這樣做可使設(shè)計(jì)效率得到顯著提高[3]。

第五步，當(dāng)工作進(jìn)行到設(shè)計(jì)具體結(jié)構(gòu)的步驟時(shí)，有關(guān)人員應(yīng)盡量增加標(biāo)準(zhǔn)化元件數(shù)量。若項(xiàng)目不具備大量使用標(biāo)準(zhǔn)化元件的條件，則應(yīng)將工作重心轉(zhuǎn)向?qū)υ盗谢约巴ㄓ没竭M(jìn)行提高上。

2.4 實(shí)際案例分析

在對(duì)金屬組件所用焊裝夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有關(guān)人員所遵循原則如下：其一，對(duì)設(shè)計(jì)要求加以明確。其二，確保設(shè)計(jì)方案符合實(shí)際需求。其三，通過干涉檢查設(shè)計(jì)夾具的方式，為其質(zhì)量提供保證。而本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，主要可被歸納為三點(diǎn)，分別是：①只需添加調(diào)整墊片，就可使空間坐標(biāo)軸方向發(fā)生更改；②結(jié)合不同部位所輸入熱量，對(duì)材料以及熱處理方法加以選擇；③著重考慮夾具操作是否方便，以及焊槍干涉情況。

上述焊裝夾具的設(shè)計(jì)步驟如下：首先，將底板添加到數(shù)模中，確保底板高度為整數(shù)，這樣做的目的是保證不同組件對(duì)應(yīng)支座地面處于相同平面。其次，以產(chǎn)品定位為開端，對(duì)零件設(shè)計(jì)進(jìn)行逐個(gè)添加，其順序?yàn)棰俣ㄎ讳N②連接塊③連接板④支座，最應(yīng)當(dāng)引起重視的部分為定位銷（如圖2）。待底板添加環(huán)節(jié)告一段落，有關(guān)人員便可獲得一個(gè)完整的單元組件。再次，以工件數(shù)模對(duì)應(yīng)定位基準(zhǔn)為依據(jù)，對(duì)所需部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后，添加腳輪以及其他所需附件。至此，夾具設(shè)計(jì)工作結(jié)束。

圖2 定位銷的位置尺寸精度

3 結(jié)語(yǔ)

文章圍繞金屬組件焊接夾具設(shè)計(jì)適用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)展開了討論，在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行建立的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際案例對(duì)該方案的使用效果進(jìn)行了分析。事實(shí)證明，基于標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)庫(kù)開展設(shè)計(jì)工作，可使設(shè)計(jì)周期得到有效縮短，隨著市場(chǎng)需求得到滿足，工業(yè)制品生產(chǎn)企業(yè)所獲經(jīng)濟(jì)效益也更加符合預(yù)期，這對(duì)相關(guān)企業(yè)及行業(yè)發(fā)展而言，均具有重要意義。