淺議汽車焊接夾具的設(shè)計(jì)及發(fā)展趨勢(shì)

摘 要：焊接夾具是汽車零部件的精確定位和夾緊機(jī)制和可靠的焊接夾緊，確保汽車零部件位置精度和工藝設(shè)備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。本文介紹了汽車焊接夾具的定義及發(fā)展?fàn)顩r，分析了焊接夾具的基本要求及夾具的設(shè)計(jì)步驟，并對(duì)汽車焊接夾具的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：汽車；焊接夾具；設(shè)計(jì)

焊接夾具是進(jìn)行裝焊過程中生產(chǎn)線上所需用到的一種較為重要的、關(guān)鍵的器具和工具、工藝設(shè)備，焊接夾具本身的質(zhì)量和性能以及在使用過程中所遵循的工藝流程直接影響到所生產(chǎn)汽車的質(zhì)量。焊接夾具是保證車身焊接質(zhì)量的重要因素，影響整個(gè)汽車的制造精度和生產(chǎn)周期。隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車焊接自動(dòng)化程度以及生產(chǎn)線精度的提高，使得各企業(yè)對(duì)焊接夾具結(jié)構(gòu)和功能的要求也越來越高。因此，汽車焊接夾具的設(shè)計(jì)和制造是保證汽車生產(chǎn)和制造質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵性步驟，同時(shí)也是需要大量經(jīng)驗(yàn)以及制造、設(shè)計(jì)技術(shù)的一項(xiàng)工作，加強(qiáng)汽車焊接夾具的研究具有重要意義。

一、焊接夾具的定義及發(fā)展?fàn)顩r

焊接夾具是將焊件準(zhǔn)確定位并夾緊，用于裝配和焊接的工藝工裝。汽車焊接夾具由五部分組成，分別是支撐機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、輔助機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)。其中組成支撐機(jī)構(gòu)的部件是汽車焊接夾具的最基本元件，元件表面的粗糙度需要嚴(yán)格控制；焊接夾具的夾緊機(jī)構(gòu)以氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)為主。手動(dòng)夾具應(yīng)用較少；定位機(jī)構(gòu)中采用N-2-1方式定位。組成定位機(jī)構(gòu)的零部件通常有定位塊、移動(dòng)銷、固定銷以及旋轉(zhuǎn)銷等；輔助機(jī)構(gòu)是為了方便焊接而采用的一些機(jī)構(gòu)。主要包括升降機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傾斜機(jī)構(gòu)、反作用焊接機(jī)構(gòu)等；控制系統(tǒng)主要是指整個(gè)夾具工位中氣路的連接控制。該系統(tǒng)能夠提高夾具夾緊定位過程中的智能化和自動(dòng)化水平。

焊接夾具設(shè)計(jì)是在機(jī)械制造過程中一個(gè)重要組成部分，也是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。與西方汽車工業(yè)較為發(fā)達(dá)的國家相比，我國汽車行業(yè)起步較晚，焊接夾具技術(shù)力量相對(duì)比較薄弱，在焊接夾具的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中更沒有完善的體制和管理辦法，制約了焊接夾具的進(jìn)一步發(fā)展和進(jìn)步。近年來隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，焊接夾具生產(chǎn)廠家逐步增多，但具有規(guī)模和管理水平的還不多，尤其在實(shí)際的生產(chǎn)制造和設(shè)計(jì)方面仍存在較大的缺陷和不足，生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)規(guī)模和管理水平、能力達(dá)不到理想的程度，且設(shè)計(jì)方面的不足較為明顯，不能全面的考慮到焊接夾具在實(shí)際使用過程中的種種需求。因此，大型汽車生產(chǎn)公司焊接夾具基本都是靠進(jìn)口，設(shè)計(jì)費(fèi)用和加工成本高，導(dǎo)致汽車的售價(jià)也水漲船高。因此，加強(qiáng)汽車焊接夾具的研究具有重要意義。

二、焊接夾具設(shè)計(jì)的基本要求

1.滿足工藝要求

設(shè)計(jì)夾具是需要滿足工藝要求，使用方便，安全省力。要能改善勞動(dòng)條件，節(jié)省勞動(dòng)力，并且具有通用化，系列化的特點(diǎn)。

2.滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求

要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)計(jì)夾具。

3.結(jié)構(gòu)合理

夾具設(shè)計(jì)要便于加工制造、檢驗(yàn)、裝配、調(diào)整、維修、日常維護(hù)。夾具結(jié)構(gòu)要開敞，工人操作方便。焊前的工件用容易放在夾具上面，焊后的工件應(yīng)容易取出，這一點(diǎn)對(duì)夾具尤為重要，也是判定夾具結(jié)構(gòu)是否合理的重要依據(jù)

4.可更換性

有的夾具需要適用幾種不同型號(hào)的產(chǎn)品，這就需要夾具具有可更換性，更換必須方便，而且需更換的件越少越好。

三、焊接夾具的設(shè)計(jì)方法與步驟

1.在設(shè)計(jì)焊接夾具之前，應(yīng)首先了解生產(chǎn)綱領(lǐng)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征、工藝需要及生產(chǎn)線布置方式，作好充分的工藝調(diào)研，參照國內(nèi)外先進(jìn)的夾具結(jié)構(gòu)，并結(jié)合實(shí)際情況確定夾具總體方案。

2.根據(jù)焊件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所需焊接設(shè)備型號(hào)、規(guī)格，確定定位及夾緊方式；同時(shí)根據(jù)沖壓件的工藝特點(diǎn)及后續(xù)裝配工藝的需要選擇合適的定位點(diǎn)及關(guān)鍵定位點(diǎn)。

3.主體機(jī)構(gòu)確定后，便可確定輔助裝置。如水、電、氣回路，氣、液動(dòng)元件以及覆蓋件外部焊點(diǎn)所需保護(hù)銅板等。

4.因焊接夾具總體結(jié)構(gòu)都很龐大，空間結(jié)構(gòu)及尺寸復(fù)雜，所以其設(shè)計(jì)應(yīng)采用坐標(biāo)法及模塊化設(shè)計(jì)的方法，以提高設(shè)計(jì)效率。

5.在進(jìn)行夾具的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能多的采用標(biāo)準(zhǔn)化元件，或提高自身的通用化、系列化程度。

四、汽車夾具的發(fā)展趨勢(shì)

我國汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，多品種的混線生產(chǎn)越來越多，因此對(duì)焊接夾具的需求越來越廣。當(dāng)前汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)正在向智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和柔性化的方向發(fā)展。

1.智能化

夾具CAD/CAM/CAE技術(shù)是夾具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向，通過CAD虛擬設(shè)計(jì)和焊接仿真模擬，可以詳盡、直觀地得到焊槍在每個(gè)焊點(diǎn)處的位姿，使得夾具體可以合理地布置，CAM技術(shù)使得定位支撐點(diǎn)處的夾具零件能夠與工件表面“隨型”，即夾具零件和工件能夠完全地配合，提高了定位的可靠性，CAE技術(shù)可以模擬出工件在夾具工位上接受焊裝時(shí)的形變和應(yīng)力情況，為夾具設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參數(shù)；同時(shí)智能化也表現(xiàn)在焊裝線的高度自動(dòng)化，成熟的控制技術(shù)和日益發(fā)展的工業(yè)機(jī)器人使焊裝線的智能化逐漸成為可能。

2.標(biāo)準(zhǔn)化

將焊接夾具中典型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，實(shí)現(xiàn)夾具零件的通用化和系列化，比如壓塊、定位銷等零件可以從形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸角度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化工作可以為焊裝夾具的設(shè)計(jì)、制造和維修帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.模塊化

模塊化設(shè)計(jì)方法逐漸成為汽車焊裝夾具開發(fā)的基點(diǎn)，分析并劃分零件定位點(diǎn)和焊點(diǎn)信息，依據(jù)劃分結(jié)果同步設(shè)計(jì)模塊化的夾具體，可以快速地搭建出一套夾具工位。模塊化設(shè)計(jì)為夾具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD技術(shù)，能夠建立夾具產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫和用戶使用檔案庫。

4.柔性化

一個(gè)焊裝線通過少量便捷地調(diào)整即可迅速地焊裝另外一種工件，這樣的焊裝線稱為柔性焊裝線。在夾具開發(fā)周期越來越短、汽車車型越來越多的市場(chǎng)趨勢(shì)下，能夠節(jié)約相當(dāng)?shù)拈_發(fā)成本、制造成本和場(chǎng)地成本的柔性化夾具已經(jīng)成為一個(gè)重要的研究課題。

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作者簡介：程剛（1984-），男，吉林長春人，工程師，從事汽車焊裝夾具及汽車焊接生產(chǎn)線工作。