汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)理論研究

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(shí)不僅要保證夾具滿足定位要求和焊接要求，同時(shí)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(gè)國家的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平，并對(duì)推動(dòng)世界制造業(yè)邁向一個(gè)新臺(tái)階有著非常重要的作用。同時(shí)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(dòng)作用，在整個(gè)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(gè)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(duì)汽車質(zhì)量和性能的考慮，焊接時(shí)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(shí)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(shí)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(duì)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(gè)整體時(shí)，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(dòng)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(dòng)作，根據(jù)焊裝夾具的自動(dòng)化水平應(yīng)用自動(dòng)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(duì)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(cè)，必須對(duì)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(gè)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(cè)，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(tái)階、整形的平臺(tái)、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(shí)候要對(duì)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(shí)候要充分地利用每個(gè)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(shí)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(shí)保證準(zhǔn)確的裝配位置以及定位基準(zhǔn)貼合，此時(shí)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(gè)焊裝夾具的基礎(chǔ)，因此對(duì)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(hào)，坐標(biāo)號(hào)應(yīng)與汽車產(chǎn)品圖上的坐標(biāo)號(hào)相一致；三是基準(zhǔn)面上必須設(shè)計(jì)至少4個(gè)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(gè)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(shí)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(duì)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(dòng)復(fù)位功能；二是回轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分為兩個(gè)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(dòng)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(dòng)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(duì)夾具的便捷性有極大的提升。

4.4控制檢測(cè)系統(tǒng)

隨著汽車制造行業(yè)的發(fā)展，控制檢測(cè)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(cuò)裝裝置、電磁防錯(cuò)漏傳感器組成。一是機(jī)械防錯(cuò)裝置起到防止工件漏裝、防止工件錯(cuò)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(cuò)漏傳感器+PLC能對(duì)每個(gè)操作步驟進(jìn)行控制及邏輯分析，對(duì)出現(xiàn)問題的步驟進(jìn)行報(bào)警，并強(qiáng)制保證錯(cuò)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(cè)系統(tǒng)能在問題出現(xiàn)的第一時(shí)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(shí)間，可以避免大批量的產(chǎn)品報(bào)廢。

5結(jié)論

以上是焊裝夾具設(shè)計(jì)需要考慮的幾個(gè)主要因素，在具體的設(shè)計(jì)過程中需要針對(duì)實(shí)際情況綜合考慮各個(gè)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）