焊接工裝夾具在生產(chǎn)中的應用與設計實踐

孫婷婷

【摘要】工裝夾具是機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)率和成本的關鍵因素。在現(xiàn)代制造業(yè)中，工裝夾具的成本要占整個生產(chǎn)系統(tǒng)的10%-20%，尤其是近幾年來焊接工藝技術的快速發(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用和推廣。文章根據(jù)自身經(jīng)驗和理論研究，對焊接工裝夾具的應用與設計進行了研究，以供參考。

【關鍵詞】焊接工裝夾具；生產(chǎn)；應用與設計

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。若僅僅依靠工人進行定位、固定、測量等操作，工作的輔助時間將會占用一大部分，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各零部件的定位，可以將零部件準確的組裝到位。利用焊接工裝夾具對零部件固定后，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力的影響，各零部件會產(chǎn)生較大變形。而采用焊接工裝夾具能夠?qū)α悴考M行定位和固定，在夾具設計過程中通過計算事先預留出收縮余量，從而對焊接應力、變形量及變形方向進行可靠控制，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，一是自動化程度高、剛性強的專用夾具，主要用于百萬級的大規(guī)模批量生產(chǎn)，如汽車；二是中小規(guī)模的機械零部件，這些零部件的專用性強，批量小而多變，大多是根據(jù)訂單和買家的需求隨時更改，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發(fā)揮出來，從而實現(xiàn)生產(chǎn)效率、質(zhì)量和成本的平衡。

例如，機械裝備制造中焊接組合夾具的應用。從世界范圍內(nèi)來看，一些優(yōu)秀的機械制造企業(yè)已經(jīng)積極引入了先進的焊接技術，在一定程度上提升了本企業(yè)綜合實力。一般來說，很多大型機械裝備單獨構件焊接難度較大，因此主要采取單獨焊接方式。此時焊接組合夾具的重要性就越發(fā)明顯。只要在機械裝備制造中得到較好的運用，使焊接起來的零部件依舊可以保持著很好的物理機械性能，這就推動了先進焊接工裝夾具在這些機械工程裝備制造業(yè)中得到了廣泛的運用。目前我國的機械制造業(yè)中，大部分機械裝備生產(chǎn)僅限于中小規(guī)模的成產(chǎn)，并不適合用在高強度的生產(chǎn)系統(tǒng)中，因此，焊接組合夾具的優(yōu)勢在工程制造的生產(chǎn)中可以充分的發(fā)揮出來。例如：在享譽全球的機械裝備公司——卡特彼勒公司，在焊接操作中大量的應用了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，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：一是焊接機械人的自動焊接。這種焊接配置裝置主要結合了中小型生產(chǎn)規(guī)模形式的特征，具有一定的實用性與科學性。二是手工焊接法。既是TackWelding。在焊接組合夾具使用過程中，運用好模塊化焊接組合夾具的相關配置，可以實現(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工作能夠保質(zhì)保量的完成。

三、焊接工裝夾具設計

（一）設計的基本要求

1.工裝夾具設計的基本思路是工件的定位和夾緊

定位又可分導向定位和加工定位。一般有孔定位、面定位、外圓柱面定位等。定位不準影響產(chǎn)品的加工精度，定位出錯可能導致零件的報廢。按夾具的結構一般可分為：導向定位機構、定位機構、夾緊機構、機座等幾部分。當然并不是每個夾具都有這幾部分。其核心部分是定位機構和夾緊機構，對工件直接影響，決定了工件的加工形狀和加工精度。

2.工裝夾具的設計要滿足機床受力的需要

例如銑床要知道順銑和逆銑時受力，估算加工過程的受力情況，還要計算夾緊力的大小及夾緊時對工件的影響，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受力的相互抵消來減輕工裝夾具的重量和夾緊力。對于一些大型的焊接件，還需考慮受力的平衡。同時又要求夾具有足夠的強度和剛度。

（二）在焊接夾具設計中應用計算機輔助技術

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

參考文獻

[1]樊啟永.焊接工裝夾具在生產(chǎn)中的應用與設計實踐[J].信息系統(tǒng)工程，2017（03）：42.