汽車焊裝夾具設計理論研究

朱曉歡

摘 要：焊裝夾具是汽車焊裝生產線的核心工裝設備，它可以確保車身結構件形狀、尺寸、精度符合產品技術要求，合理的焊裝夾具便于平衡生產節拍，降低勞動強度，提高生產效率。

關鍵詞：汽車焊接；車身結構件；焊裝夾具；焊接工藝

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A

0 前言

焊接工藝是汽車生產制造四大工藝之一，在汽車焊接生產線上，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，因此在設計焊裝夾具時不僅要保證夾具滿足定位要求和焊接要求，同時還需要考慮焊裝夾具的操作便捷性。

1 焊裝夾具的設計原則

①夾具必須保證待焊零件相對位置準確，提供可靠夾緊，焊后獲得正確的形狀和尺寸。②夾具應有足夠的強度及剛度，確保在焊接生產操作過程中夾具自身狀態穩定。③夾具應有足夠的裝配、焊接操作空間，確保施工操作的靈活性。④夾具結構應盡量簡潔，便于制造、安裝和操作，便于檢驗、維修和更換易損零件。⑤夾具盡量選用標準化夾緊機構、氣動元件、及配件，盡量只選用一種動力源。⑥夾具應設置必要的安全互鎖保護裝置，以保證操作者的安全。

2 焊裝夾具的設計步驟

①設計之前先熟悉產品數模、產品技術要求、生產現場布局及技術協議等信息。綜合上述信息確認夾具結構、自動化水平、夾具通用性等；②根據焊件數模及技術協議中給定的焊接信息確定夾具定位、夾緊方式及結構方案，優先選用孔定位。上下序夾具定位基準統一，要做到模具、檢具、夾具三者定位基準統一。③繪制夾具零件數模，細化設計方案，優化夾具結構，操作便捷，符合人體工程要求，夾具應配備完善的防漏防錯功能；編寫夾具操作使用說明書；④焊接設計方案經過客戶審核確認簽字后方可完成最終設計。

3 焊裝夾具的構成及要求

近年來隨著汽車制造行業的快速發展，焊裝夾具也在向自動化方向發展，現階段焊裝夾具一般由夾具基板、定位單元、輔助機構和控制檢測系統五大部分組成，結構如圖1所示。

3.1 夾具基板

夾具基板是整個焊裝夾具的基礎，因此對基板的強度、加工精度均有著較高的要求：①基板材料強度不低于Q235A，加工后厚度需≥20mm，采用槽鋼框架加強。工作基準面平面度≤0.1mm/1000mm、粗糙度為Ra1.6?；鶞拭嫔细鞫ㄎ豢着c設計基準面的公差為±0.05mm，定位孔之間的公差為±0.02mm；②基板工作基準面上刻坐標網格線，網格線坐標系與整車坐標系相同，深度及寬度均為0.5mm，間距為200mm。坐標網格線的平行度誤差：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號，坐標號應與汽車產品圖上的坐標號相一致；③基準面上必須設計至少4個φ10H7標準圓形基準塊，基準孔位置公差±0.02，基準孔不與其余安裝部件干涉，各個基準孔均配有基準孔坐標牌。

3.2 定位單元

定位單元是夾具設計的核心，一般由支座、規制塊、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點定位原則”進行設計。夾具所有基準銷座、支撐塊、夾緊塊、擋塊均為三維可通過調整墊片進行調整。

夾具定位單元一般情況下各部件技術要求如下：①定位銷是焊裝夾具常用定位機構，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構，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，表面發黑處理；③規制塊材料不低于45#，淬火處理，硬度值不低于HRC35～40，表面發黑處理；④限位塊材料45#，淬火處理，硬度值不低于HRC35～40，表面發黑處理。一般情況下限位塊結構可不增加，但當夾緊臂長度大于250mm時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，表面處理根據客戶要求執行。

3.3 輔助機構

常見輔助機構有很多，這里對頂出機構和回轉翻轉機構進行簡述：①頂出機構是保證總成件焊后不變形地從夾具定位機構中順利脫出的氣缸推移機構，一般由氣缸和壓頭組成，為便于操作需具備自動復位功能；②回轉翻轉機構分為兩個機構，回轉機構就是可以使夾具在平面上做360°回轉的輔助機構，翻轉機構就是使夾具做±90°翻轉的機構，一般由回轉支撐、驅動電機、抱閘鎖死機構組成。

輔助機構不直接參與焊接過程，但可降低勞動強度、提升焊接質量、提高生產效率，因此適當增加輔助機構對夾具的便捷性有極大的提升。

3.4 控制檢測系統

隨著汽車制造行業的發展，控制檢測系統在焊裝夾具上已成為必備機構，一般主要由機械防錯裝裝置、電磁防錯漏傳感器組成。①機械防錯裝置起到防止工件漏裝、防止工件錯裝的作用。避免了產品缺件及裝夾不到位的情況發生；②電磁防錯漏傳感器+PLC能對每個操作步驟進行控制及邏輯分析，對出現問題的步驟進行報警，并強制保證錯誤操作不能繼續執行，直至操作者恢復正確的操作流程。

控制檢測系統能在問題出現的第一時間停止夾具運轉，阻止問題繼續擴大，減少后續處理、返修的時間，可以避免大批量的產品報廢。

4 常用焊接方法及其夾具特點

汽車車身結構件最常用的焊接方法包括點焊、氣保焊，由于其焊接原理、焊接工藝及焊接設備的不同，因此對應的焊裝夾具也有不同的特點：①點焊夾具結構相對簡單，但由于焊鉗自身尺寸限制，點焊夾具需要留有一定的操作空間，以便于焊鉗動作。為確保焊點位置，人工點焊夾具還需增加導向裝置。②氣保焊夾具要比點焊夾具復雜，由于氣保焊夾具熱輸入量大，導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構。氣保焊焊接過程中極易產生焊接飛濺，因此夾具上管路及控制線路等均需進行保護、防燙處理。氣保焊對焊槍的焊接姿態要求較高，因此結構復雜產品的焊接夾具、需配備回轉或翻轉機構。

結語

以上是焊裝夾具設計需要考慮的幾個主要因素，在具體的設計過程中需要針對實際情況綜合考慮各個方面，在滿足焊件技術要求的前提下，提升焊接效率，降低夾具制作成本，這樣才能適應現代工業生產的要求。

參考文獻

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