基于案例的焊接夾具結構設計分析

陸建衛常州鐵道高等職業技術學校

基于案例的焊接夾具結構設計分析

陸建衛
常州鐵道高等職業技術學校

摘要：現階段，我國生產汽車的整體水平相對較低，汽車裝焊工藝的自動化程度依舊比較落后。但隨著我國汽車工業的快速發展，對汽車焊接生產線的精度以及自動化程度也提出了越來越高的要求。在制造汽車的過程中，使用焊接夾具不僅可以提高焊接自動化的程度以提高生產汽車的質量而且可以在一定程度上降低生產汽車的成本。本文主要分析了焊接夾具的主要特點及其結構要求，并分析了裝焊夾具結構在駕駛室后置梁總成的設計要點[1]。

關鍵詞：基于案例；焊接夾具；結構設計

引言：

提高汽車制造水平的一個重要途徑就是提高汽車的焊接夾具的設計水平。車身是由300至500個具有復雜曲面的薄板沖壓經過焊接、鉚接以及機械聯接形成的汽車的重要組成部分，在這幾種常用的聯接方法中，焊接會直接影響車身的生產質量以及生產效率和經濟性。為保證焊接過程中的裝配效率的提高以及焊件尺寸的固定，采用的防止焊接變形的工藝裝備就是焊接夾具。焊接夾具的科學設計有利于保障焊接的質量以及有利于提高生產汽車的質量。

1.焊接夾具的特點

通常情況下，幾個不同的零件會裝備成焊接夾具的被焊件，這些被焊件是按順序單獨的定位和加緊在焊接夾具上。但由于這些零件會在焊接過程中受熱發生伸長或縮短現象，所以零件有必要進行少許的自由移動[2]。同時焊接夾具在使用過程中除受加緊零件所產生的力以及焊件或夾具所產生的重力外不承受任何的巨大的外力作用，此外，由于焊件會在焊接過程中受熱而發生變形，使用焊接夾具則可以在一定程度上減小被焊件的變形。但由于焊接夾具在使用過程中承受的載荷以及受熱產生的附加力，所以應定期的檢查焊件的夾具是否影響零件的焊接、定位和加緊，保證夾具的精度、強度和精確度。

2.焊接夾具的結構要求

在使用過程中如果焊接夾具零部件的強度或剛度達不到標準，夾具就會產生較大的變形或損壞，從而會影響被焊件的精度，因此焊接夾具的需要有足夠的強度和剛度。在保證焊接夾具剛強度的同時也應該保證裝配焊接工藝的正常進行，為更方便的焊接零件，被焊件應該裝夾在焊接夾具上，應減少焊件的翻轉次數，焊件上的焊縫以及焊點都應盡量的在夾具上焊接，焊接結束后要能輕易地取出焊件。焊接夾具的復雜程度及其自動化水平要根據具體的生產綱領來判斷[3]。

3.汽車焊接夾具結構及零部件設計研究

3.1汽車焊接夾具及其組成部分分類

隨著工業的進一步發展，汽車焊接的種類也越來越多吧，按夾具的動力源分類，汽車焊接夾具可分為無驅動夾具、手動夾具、氣動夾、液壓夾、磁力夾具、真空夾具以及混合式夾具；按照夾具的用途分類，汽車焊接夾具大致可以分為裝配用夾具、焊接用夾具、裝配-焊接夾具、檢驗用夾具或其他夾具等；按照夾具的用途分類可以分為專用夾具以及通用夾具兩種；按夾具的構造分類可以分為固定式夾具、移動式夾具以及懸掛式夾具。根據汽車焊接夾具不同的標準化程度和不同屬性，汽車焊接夾具的組成部分大致可以分為國家標準件、企業標準件、企業加工件以及企業外購件[4]。

3.2汽車焊接夾具結構設計研究

支撐機構、定位機構、輔助機構、夾緊機構以及控制系統這五個部分組成了汽車的焊接夾具。汽車焊接夾具最基本的元素是職稱機構的組成部分，需要嚴格控制其表面的粗糙程度，在定位機構中通常采用N-2-1的方式進行定位，定位塊、移動銷、旋轉銷等是定位機構的常用零件，為了焊接方便通常會采用升降機構、反作用焊接機構等輔助機構，氣動壓緊機構是焊接夾具夾緊機構的主要組成部分，控制系統是連接控制整個夾具工位中氣路并且能夠提高夾具使用的智能化及自動化水平。

4.案例分析

本文根據汽車駕駛室后懸置梁總成裝焊夾具結構設計中的基本要點做出簡單地分析。

一般情況下，駕駛室后懸置立梁均采用定位銷和內表面型面定位，為盡可能的減輕勞動強度，會在立梁的下端面設置預定位塊，當定塊位放在立梁上之后，可以通過氣缸帶動的可伸縮定位銷進行精定位。在更換品種時，氣缸帶動可伸縮預定外塊完成屯梁的粗定位之后在經過可伸縮的定位銷完場精定位。通過這兩種方式可以對預定位塊的高度進行調整，相對較低的預定位塊為固定結構，較高的預定位塊為可伸縮式結構。輔助定位樣板在立梁與支架制件可以保障立梁的一個螺孔與支架上的兩個螺孔之間的尺寸保持不變，這樣有利于總裝配線進行順利裝車。為生產操作簡單化，在定位樣板上部設置了磁性塊，同時在支架制件底座上面設計了水平方向的調整機構。定位銷與型面相結合是駕駛窀后懸置橫梁通常采用的結合方式，通常為了容易生產、調整以及維修會利用兩個直徑為60mm的圓柱銷在圓柱銷的下支座上定位一個長圓孔，這樣可以增加水平方向的調整機構。

此外，因為被焊件為剛性小容易變形的薄板沖壓件，在正常情況下都難以保證被焊件的準確形狀，而且，在焊接過程中，薄板沖擊件容易受熱發生波浪變形，為避免這一情況，通常采用較多的是輔助定位點以及輔助夾緊點進行定位。所以設計者在進行定位的高度調整時會采用一條定位塊來完成，并且在定位塊底下安裝5mm可調整墊片。同時設計者還添加了一些防飛濺蓋板在設計過程中以進一步的提高防飛濺的能力，使其能夠適應比較惡略的操作環境的同時延長夾具的使用壽命。

結束語

在嚴酷的市場競爭下，各汽車廠都必須不斷改革，在擴大自身利益的同時，進一步的滿足廣大消費者的需求。為順應市場的變化，汽車制造廠必須要提高汽車車體的生產線設計制造標準化水平，并且能夠開發出一個智能的同時具有元件庫等焊裝夾具智能化的CAD系統。

參考文獻：

[1]鄭軍紅,葉修梓,陳志楊.CommonKADS在夾具結構設計中的應用[J].計算機集成制造系統,2009,09:1699-1707.

[2]徐志剛.基于廣義映射原理的組合夾具結構設計自動化[J].工程設計,2000,01:31-36.

[3]張飛飛,馬宏偉,柴鵬.基于結構靜力分析的焊接夾具優化設計[J].航天制造技術,2010,01:54-57.

[4]徐俊生,吳志生,劉翠榮,胡寶成.高速列車組焊柔性化自動焊接夾具系統設計研究[J].電焊機,2011,01:17-19+23.