汽車車身焊裝夾具設計淺析

吳江濤

摘 要：在汽車制造過程中，焊接工裝占有十分重要的地位。在焊接的準備工作中，車身焊接夾具設計起關鍵性作用。它要求技術人員既要有豐富的經驗，又要有精湛的技術。在設計環節，首先要考慮的是生產節拍，還要考慮產品結構及鈑金件焊接變形特點，把握零部件裝配精度及公差分配，熟悉工藝及質量要求。只有這樣才能使夾具制造得更加完美，以滿足作業者及公司的要求。

關鍵詞：汽車制造；焊裝夾具；設計

1 生產節拍

生產節拍是指生產一臺車所需要花費的時間，用時長短在一定程度上決定了焊接夾具、工位及焊接設備的自動化水平。因此，在進行焊接夾具設計時要首先考慮這一點。生產節拍主要由夾具動作、裝配、焊接、搬運時間等組成，夾具和焊接的時間由夾具和設備的自動化程度決定；裝配時間由沖壓件精度和工序件精度以及操作人員的操作熟練度決定；焊接時間由焊接工藝水平、焊鉗選型的合理化程度及焊接參數設置決定；搬運時間由搬運的自動化程度、物流的合理化程度及生產現場管理水平決定。只要熟練掌握了以上幾點，就可以很好地協調焊接夾具自動化水平與夾具制造成本間的相互關系，保證制造出的夾具產品符合公司及項目要求。

2 車身焊裝夾具設計方法

2.1 設計定位總體原則

“6向定則”是焊裝夾具設計的主要方法之一，是指朝著6個方向運動的自由度都要受到限制。只有正確認識了薄板件焊裝生產的特點，同時又理解“6向定則”，才能正確應用這個定則。

2.2 確定夾具設計方案

夾具設計方案的主要內容包括工件的定位方案、刀具的對刀或導引方式、工件的夾緊方案、夾具其他組成部分（如分度裝置等）的結構型式、夾具體的結構型式。對夾具設計方案，最好同時考慮幾個方案，并畫出草圖。

2.3 設計方案

衡量夾具設計方案是否合理，應遵循下列原則：①確保加工質量。其關鍵在于定位基準、定位方法和定位元件的選擇。②高效低成本。根據生產規模的要求，盡量采用各種快速高效結構及標準元件，力求結構簡單，制造容易。③操作方便、省力和安全。④便于排屑。⑤有良好的工藝性。

2.4 繪制夾具裝配體結構圖

在繪制夾具裝配體結構圖時應注意以下各點：①圖形大小的比例盡量取1：1，使所繪的夾具裝配體結構圖有良好的直觀性。②夾緊機構應處于“夾緊”的位置上。③運動部件要運動靈活，不能蹩勁和卡死，要有潤滑裝置。

2.5 繪制夾具裝配工程圖（三維轉二維）

在繪制夾具裝配工程圖時，首先，應注意投影選擇，用最少的視圖和剖面將夾具的結構完全清楚地表達出來。其次，夾具裝備圖上應標注以下5種尺寸：①夾具外形的最大輪廓尺寸。它表示夾具在機床上所占空間位置和可能活動范圍，方便校核所設計的夾具是否和機床、刀具等發生干涉。②工件與定位元件間的聯系尺寸，如工件定位基準和定位元件的配合尺寸及配合性質，各定位元件間的位置尺寸及相互位置要求等。③夾具與刀具的聯系尺寸。這一類尺寸用來確定夾具上引導或對刀裝置的位置，如鉆套的內徑尺寸，各鉆套之間、鉆套或對刀塊與定位元件之間的位置尺寸及相互位置要求。④夾具與機床連接部分的尺寸。這一類尺寸用來確定夾具在機床上的相對位置。⑤其他裝配尺寸。這類尺寸屬于夾具內部的配合尺寸。它們和工件、刀具、機床無關，主要是為了保證夾具裝配后能滿足規定的使用要求而標注的。

夾具裝配圖的技術條件除上述各元件間的相互位置要求外，還應包括夾具的平衡、熱處理等特殊要求及其他裝配使用方面的要求。

夾具裝配圖上公差配合的選用有兩類情況。一是與工件加工尺寸直接有關的，一般取工件加工尺寸公差的1/2～1/6作為夾具有關尺寸的公差。具體選用時，要結合工件的加工精度要求、生產批量的大小、工廠在夾具制造方面的生產技術水平等因素，進行全面綜合考慮。二是與工件加工尺寸公差無直接關系的，應按其在夾具中的功用和裝配要求來選用。

2.6 定位誤差計算

在確定設計方案及定位元件后，還應計算定位誤差。如果計算超差，要改變定位方法，以提高加工精準度。

2.7 計算所需的夾緊力

夾緊力的計算實際上是經過簡化了的計算。為了保證工件裝夾的安全可靠，實際所需的夾緊力應比理論夾緊力大，即應對理論夾緊力乘以安全系數k，一般 k=1.5～2.5。另外，夾緊力的計算有時沒有現成的公式可套用，因此，設計者可根據自己的經驗及理論知識來選擇合適的計算方法。

3 夾具設計及驗收注意事項

（1）定位面：工件與定位面間隙小于0.1mm，用塞尺檢查，定位面經調質處理，硬度在HRC48以上。

（2）活動定位銷：一般采用氣缸和手推2種，徑向擺動量應小于0.2mm，銷的工作段和導向段的表面硬度達到HRC52，粗糙度在0.16以下；活動銷導向孔應配有石墨銅襯套，以減少磨損；固定定位銷用陷釘鎖緊。

（3）基準銷工作段磨損概況：組焊工位極限為0.2mm，單面為0.1mm，增打工作銷徑磨損為0.5mm，單面為0.25mm，若超出應及時更換；定位銷應伸出工件表面的有效直徑部分在3～5mm，若超出應調整。

（4）定位孔：如零件只有螺母孔，應加上定位孔，定位銷比定位孔徑小0.2mm，螺母孔所用銷應比螺母孔小0.3mm，誤差為+0.1 mm。單個零件能用孔定位盡量不用隨型定位；對于總成的主副定位盡量在總成的兩個件上選，盡量分布在總成的對角線上，占總成的2/3左右；盡量不要選過孔為定位孔，選承受力的部件上的關鍵孔，如地板上的副車架安裝孔與車架安裝的懸置孔等。

（5）夾緊機構：夾持點與支撐點原則上是距離300mm左右一個點。夾持點與支撐點盡量在零件上統一，相同或在面的法線上相同，定位誤差小。

（6）要充分考慮焊點的布置空間，與焊點要交錯開，不要干涉，同時考慮夾具機構的布置空間。

參考文獻

[1]劉彩虹.汽車車身焊裝夾具設計[J].中國科技博覽，2014，（40）：163.

[2]韓根云.汽車車身焊接夾具的設計[J].新技術新工藝，2001，（8）：33-34.

（作者單位：河北中興汽車有限公司）