創(chuàng)新方法在焊接工裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

薛明俊 王昌福

【摘 ?要】汽車車架整體構(gòu)造的關(guān)鍵，在于汽車車架焊接工藝與工裝設(shè)計(jì)，其能在一定范圍內(nèi)影響汽車整體的安全性能和用戶的使用體驗(yàn)。，隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)汽車焊裝工藝的要求越來(lái)越高。因此，必須不斷提高汽車車身焊裝工藝水平，滿足人們對(duì)汽車焊裝工藝的需求，本文就創(chuàng)新方法在焊接工裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開(kāi)探討。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新方法;簡(jiǎn)化;焊接工裝

引言

進(jìn)氣過(guò)渡管組件的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸如圖1所示，過(guò)渡管與板之間的相對(duì)位置關(guān)系較為復(fù)雜，在三維空間內(nèi)均有角度要求，對(duì)焊時(shí)定位困難。在沒(méi)有工裝定位的情況下，組焊完成的進(jìn)氣過(guò)渡管組件尺寸很難滿足設(shè)計(jì)要求，每次都需返修才合格，造成了人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)，影響了正常的生產(chǎn)進(jìn)度。因此，設(shè)計(jì)焊接工裝就顯得尤為重要。

圖1 進(jìn)氣過(guò)渡管組件

1 汽車車架焊接工藝

（1）車架焊接方法。車架焊接方法能夠直接對(duì)汽車車架焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，一方面，車架焊接過(guò)程需承載汽車在行駛過(guò)程中可能產(chǎn)生的最大動(dòng)載作用力，對(duì)車架的剛度要求相對(duì)較高;另一方面，在車架焊接后期，產(chǎn)生的焊接收縮力較大，所以，根據(jù)車架焊接工藝參數(shù)，篩選出符合汽車整體構(gòu)架要求及性能需求的車架焊接方法，有利于技術(shù)人員對(duì)不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的部分進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

（2）車架結(jié)構(gòu)材料。在開(kāi)始汽車車架的焊接之前，應(yīng)當(dāng)選擇最適宜的車架結(jié)構(gòu)材料，目前，適用我國(guó)汽車車架焊接工藝發(fā)展現(xiàn)狀的車架結(jié)構(gòu)材料，主要是Q235A、16Mn低合金鋼，該材料不僅能夠滿足車架焊接對(duì)車架結(jié)構(gòu)材料的要求，而且材料厚度適中，焊接性較好。另外，這兩種材料在焊接過(guò)程中，只需對(duì)其采用科學(xué)的焊接工藝，無(wú)需再次進(jìn)行熱處理，產(chǎn)生裂紋或氣泡數(shù)量較少，而且所需的車架焊接技術(shù)要求相對(duì)較低。

（3）合理設(shè)置焊接順序。汽車車架的焊接過(guò)程中，焊縫的位置分布并非完全對(duì)稱，在開(kāi)始焊接之前，必須按照相關(guān)工藝流程要求，合理設(shè)置車架各部位的焊接順序。通常情況下，焊接技術(shù)人員的車架焊接順序有由中間向車架兩頭焊接和對(duì)稱性焊接兩種方式。遵循科學(xué)的焊接次序，并結(jié)合上述兩種焊接方式，能夠在一定范圍內(nèi)降低車架焊接順序中的焊接變形。

（4）焊接加熱工藝。一輛汽車車架的焊接，需要將數(shù)百條焊接材料進(jìn)行組合，材料間的焊縫相對(duì)較短且位置集中，如果車架焊接材料的熱處理不充分，會(huì)導(dǎo)致焊接接頭受熱變化，間接影響車架接頭的承載能力。為保證車架承載能力，焊接技術(shù)人員必須嚴(yán)格遵守施工規(guī)范，處理好短焊接材料的收弧及銜接，在一定程度上避免補(bǔ)焊，減少焊接材料的加熱次數(shù)，從而提高汽車車架焊接節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度。

2 車身焊裝的工裝

汽車車身焊裝的工裝，就是焊裝夾具，焊裝夾具指定位塊、導(dǎo)向支架、支座以及夾緊件等附件構(gòu)成的工作平臺(tái)，主要用來(lái)定位、夾緊結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械裝置，它是整個(gè)車身焊接生產(chǎn)過(guò)程中最重要的基礎(chǔ)工藝裝備。近年來(lái)，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車的型號(hào)和種類越來(lái)越豐富，所以汽車裝配零件焊接所使用的夾具要求也各不相同。為了讓生產(chǎn)夾具符合汽車型號(hào)，大部分汽車生產(chǎn)廠家根據(jù)汽車的類型自行設(shè)計(jì)和制作焊接夾具。所以，整個(gè)汽車市場(chǎng)還沒(méi)有將焊裝夾具標(biāo)準(zhǔn)化，它隸屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制造的生產(chǎn)工藝，但是近年來(lái)，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車焊裝夾具也在逐漸向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。夾具結(jié)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)要結(jié)合產(chǎn)品的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)，保持結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的定位加緊結(jié)構(gòu)。其次，工裝設(shè)計(jì)還包括焊裝過(guò)程中所使用的胎具、檢具、包邊模、翻轉(zhuǎn)架等。

3 汽車車架工裝設(shè)計(jì)方案分析

（1）定位基準(zhǔn)的選擇。定位基準(zhǔn)選擇的科學(xué)性，可對(duì)汽車車架工裝操作定位的正確性產(chǎn)生影響，通常情況下，汽車車架工裝設(shè)計(jì)的定位基準(zhǔn)孔，就是車架左右縱梁上的前輪中心線孔。

（2）車架縱梁定位。準(zhǔn)確定位車架零部件，必須在克服零部件剛性的基礎(chǔ)上，采用氣動(dòng)夾緊，不僅可以減少車架焊接過(guò)程的變形，還可以有效提升裝配效率。為降低和避免縱梁裝焊接時(shí)發(fā)生變形，且美化車架總體的外部，工裝技術(shù)人員可對(duì)縱梁進(jìn)行定位夾緊。例如，利用加工過(guò)程中定位塊，可定位左縱梁下翼面及外腹面，有利于裝配過(guò)程，便于起模;對(duì)于右縱梁的外腹面可采用氣缸定位，縱梁內(nèi)腹面可用雙頭氣缸二次夾緊。

（3）車架橫梁定位。根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，若汽車車架工裝中使用槽型橫梁，可以利用車架縱梁間的寬度來(lái)規(guī)范汽車的車架寬度方向;在車架的橫向及縱向定位中，可采用L形定位塊，對(duì)其完成限位再完成點(diǎn)焊。前期的工裝設(shè)計(jì)中，將圓管橫梁穿過(guò)位于車架縱梁上的橫梁孔，然后，將其直接焊接在加強(qiáng)梁及縱梁上。

（4）板簧支架定位。在汽車車架工裝板簧支架定位方面，前后板簧支架可利用吊耳孔進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

4 應(yīng)用創(chuàng)新方法中的理論體系解決問(wèn)題

首先對(duì)進(jìn)氣過(guò)渡管組件進(jìn)行建模分析，裁剪分析，物場(chǎng)分析，接著資源分析，把問(wèn)題分解，將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為“Howto”模型，然后利用知識(shí)庫(kù)中間工具，獲得類比方案。該部分主要介紹知識(shí)庫(kù)中由進(jìn)化路線構(gòu)思解決問(wèn)題。（1）進(jìn)化路線解決問(wèn)題。作為解決問(wèn)題的工具，進(jìn)化路線可以讓我們看清當(dāng)前的產(chǎn)品或技術(shù)方案所處的進(jìn)化階段，找到進(jìn)化路線上的有潛力的技術(shù)空白點(diǎn)，明確產(chǎn)品技術(shù)的進(jìn)化方向，進(jìn)化路線的不同方向有向柔性系統(tǒng)或可移動(dòng)系統(tǒng)躍遷和簡(jiǎn)化。（2）進(jìn)氣過(guò)渡管的工裝設(shè)計(jì)。由于進(jìn)氣過(guò)渡管組件在三維空間內(nèi)都有角度，設(shè)計(jì)焊接工裝時(shí)難以找定位基準(zhǔn)，為了便于定位，選擇進(jìn)化路線中的簡(jiǎn)化方向?qū)M(jìn)氣過(guò)渡管進(jìn)行分析，把三維空間內(nèi)角度簡(jiǎn)化為二維斜面上的角度來(lái)解決。圍繞著進(jìn)氣過(guò)渡管的狀態(tài)設(shè)計(jì)焊接工裝，其目的是要保證過(guò)渡管和板之間的相對(duì)位置不能發(fā)生變化。首先過(guò)渡管選用底板和定位芯定位，防止X、Y方向上的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，限制了Z方向的移動(dòng)。接下來(lái)定位組件中的板，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將板視為水平方向上的板進(jìn)行定位，再按角度定向，這里采用一張面板和三顆內(nèi)六角螺釘限制其自由度。每個(gè)零件均有了各自的固定方式，要實(shí)現(xiàn)組焊，需把兩者裝配完成即可，上下兩部分通過(guò)立板連接形成剛性體。由前面分析得知，過(guò)渡管繞Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度還沒(méi)有限制，因此增加定位桿。

5 車身工裝設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

第一，汽車單個(gè)零件采取二孔二型夾緊—定位原則。比較大的零件在加工過(guò)程中很容易出現(xiàn)彈性變形，因此，還需要增加定位銷與型面的定位—夾緊，確保局部焊接的穩(wěn)定性。第二，定位尺寸一致性原則。按照基準(zhǔn)一致的原則，定位尺寸基準(zhǔn)與汽車車身裝配的基準(zhǔn)以及車身設(shè)計(jì)基準(zhǔn)應(yīng)該保持一致，以免造成原始誤差。不同夾具、不同工序的定位尺寸也應(yīng)該保持一致。第三，先設(shè)計(jì)大尺寸、比較復(fù)雜的零件，然后，再設(shè)計(jì)小件以及相關(guān)配件，然后，將其裝在夾具上定位—夾緊。第四，焊裝夾具定位夾緊機(jī)構(gòu)具有開(kāi)放功能，能夠滿足空間操作的需求，各項(xiàng)裝配工作不會(huì)相互影響，提高夾具生產(chǎn)效率。第五，各定位、夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)具備二維或三維可調(diào)功能。

結(jié)語(yǔ)

工裝的特點(diǎn)是：把空間三維角度轉(zhuǎn)化為二維斜面角度來(lái)解決，工裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。不僅方便了吸氣管的放置與焊接，保證了組件角度的準(zhǔn)確性，更是提高了產(chǎn)品合格率。

參考文獻(xiàn)：

[1]李玥.TRIZ創(chuàng)新方法的區(qū)域推廣戰(zhàn)略[J].科技管理研究，2016（13）.

[2]林岳.創(chuàng)新方法教程[M].北京：高等教育出版社，2017（05）.

（作者單位：中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司）