汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)理論研究

朱曉歡

摘 要：焊裝夾具是汽車焊裝生產(chǎn)線的核心工裝設(shè)備，它可以確保車身結(jié)構(gòu)件形狀、尺寸、精度符合產(chǎn)品技術(shù)要求，合理的焊裝夾具便于平衡生產(chǎn)節(jié)拍，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：汽車焊接；車身結(jié)構(gòu)件；焊裝夾具；焊接工藝

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

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?jī)H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。

1 焊裝夾具的設(shè)計(jì)原則

①夾具必須保證待焊零件相對(duì)位置準(zhǔn)確，提供可靠夾緊，焊后獲得正確的形狀和尺寸。②夾具應(yīng)有足夠的強(qiáng)度及剛度，確保在焊接生產(chǎn)操作過(guò)程中夾具自身狀態(tài)穩(wěn)定。③夾具應(yīng)有足夠的裝配、焊接操作空間，確保施工操作的靈活性。④夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)潔，便于制造、安裝和操作，便于檢驗(yàn)、維修和更換易損零件。⑤夾具盡量選用標(biāo)準(zhǔn)化夾緊機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)元件、及配件，盡量只選用一種動(dòng)力源。⑥夾具應(yīng)設(shè)置必要的安全互鎖保護(hù)裝置，以保證操作者的安全。

2 焊裝夾具的設(shè)計(jì)步驟

①設(shè)計(jì)之前先熟悉產(chǎn)品數(shù)模、產(chǎn)品技術(shù)要求、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)布局及技術(shù)協(xié)議等信息。綜合上述信息確認(rèn)夾具結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化水平、夾具通用性等；②根據(jù)焊件數(shù)模及技術(shù)協(xié)議中給定的焊接信息確定夾具定位、夾緊方式及結(jié)構(gòu)方案，優(yōu)先選用孔定位。上下序夾具定位基準(zhǔn)統(tǒng)一，要做到模具、檢具、夾具三者定位基準(zhǔn)統(tǒng)一。③繪制夾具零件數(shù)模，細(xì)化設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化夾具結(jié)構(gòu)，操作便捷，符合人體工程要求，夾具應(yīng)配備完善的防漏防錯(cuò)功能；編寫夾具操作使用說(shuō)明書；④焊接設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)客戶審核確認(rèn)簽字后方可完成最終設(shè)計(jì)。

3 焊裝夾具的構(gòu)成及要求

近年來(lái)隨著汽車制造行業(yè)的快速發(fā)展，焊裝夾具也在向自動(dòng)化方向發(fā)展，現(xiàn)階段焊裝夾具一般由夾具基板、定位單元、輔助機(jī)構(gòu)和控制檢測(cè)系統(tǒng)五大部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.1 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：①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。基準(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；②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(zhǎng)，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；③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。

3.2 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(guò)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：①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；②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；③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；④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(zhǎng)度大于250mm時(shí)等一些特殊情況下必須有限位塊；⑤支座材料一般為采用Q235A，表面處理根據(jù)客戶要求執(zhí)行。

3.3 輔助機(jī)構(gòu)

常見(jiàn)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(jiǎn)述：①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；②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(guò)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。

3.4 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。①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；②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(wèn)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(wèn)題出現(xiàn)的第一時(shí)間停止夾具運(yùn)轉(zhuǎn)，阻止問(wèn)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。

4 常用焊接方法及其夾具特點(diǎn)

汽車車身結(jié)構(gòu)件最常用的焊接方法包括點(diǎn)焊、氣保焊，由于其焊接原理、焊接工藝及焊接設(shè)備的不同，因此對(duì)應(yīng)的焊裝夾具也有不同的特點(diǎn)：①點(diǎn)焊夾具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于焊鉗自身尺寸限制，點(diǎn)焊夾具需要留有一定的操作空間，以便于焊鉗動(dòng)作。為確保焊點(diǎn)位置，人工點(diǎn)焊夾具還需增加導(dǎo)向裝置。②氣保焊夾具要比點(diǎn)焊夾具復(fù)雜，由于氣保焊夾具熱輸入量大，導(dǎo)致工件焊后變形較大，為確保方便操作者上下件，夾具需增加焊后頂出機(jī)構(gòu)。氣保焊焊接過(guò)程中極易產(chǎn)生焊接飛濺，因此夾具上管路及控制線路等均需進(jìn)行保護(hù)、防燙處理。氣保焊對(duì)焊槍的焊接姿態(tài)要求較高，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜產(chǎn)品的焊接夾具、需配備回轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

結(jié)語(yǔ)

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(guò)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。

參考文獻(xiàn)

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