淺議汽車焊接夾具的設計及發展趨勢

摘 要：焊接夾具是汽車零部件的精確定位和夾緊機制和可靠的焊接夾緊，確保汽車零部件位置精度和工藝設備的結構強度要求。本文介紹了汽車焊接夾具的定義及發展狀況，分析了焊接夾具的基本要求及夾具的設計步驟，并對汽車焊接夾具的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：汽車；焊接夾具；設計

焊接夾具是進行裝焊過程中生產線上所需用到的一種較為重要的、關鍵的器具和工具、工藝設備，焊接夾具本身的質量和性能以及在使用過程中所遵循的工藝流程直接影響到所生產汽車的質量。焊接夾具是保證車身焊接質量的重要因素，影響整個汽車的制造精度和生產周期。隨著汽車工業的迅猛發展，汽車焊接自動化程度以及生產線精度的提高，使得各企業對焊接夾具結構和功能的要求也越來越高。因此，汽車焊接夾具的設計和制造是保證汽車生產和制造質量的一個關鍵性步驟，同時也是需要大量經驗以及制造、設計技術的一項工作，加強汽車焊接夾具的研究具有重要意義。

一、焊接夾具的定義及發展狀況

焊接夾具是將焊件準確定位并夾緊，用于裝配和焊接的工藝工裝。汽車焊接夾具由五部分組成，分別是支撐機構、夾緊機構、定位機構、輔助機構和控制系統。其中組成支撐機構的部件是汽車焊接夾具的最基本元件，元件表面的粗糙度需要嚴格控制；焊接夾具的夾緊機構以氣動夾緊機構為主。手動夾具應用較少；定位機構中采用N-2-1方式定位。組成定位機構的零部件通常有定位塊、移動銷、固定銷以及旋轉銷等；輔助機構是為了方便焊接而采用的一些機構。主要包括升降機構、翻轉機構、傾斜機構、反作用焊接機構等；控制系統主要是指整個夾具工位中氣路的連接控制。該系統能夠提高夾具夾緊定位過程中的智能化和自動化水平。

焊接夾具設計是在機械制造過程中一個重要組成部分，也是生產過程中的關鍵環節。與西方汽車工業較為發達的國家相比，我國汽車行業起步較晚，焊接夾具技術力量相對比較薄弱，在焊接夾具的設計、生產過程中更沒有完善的體制和管理辦法，制約了焊接夾具的進一步發展和進步。近年來隨著汽車行業的發展，焊接夾具生產廠家逐步增多，但具有規模和管理水平的還不多，尤其在實際的生產制造和設計方面仍存在較大的缺陷和不足，生產廠家的生產規模和管理水平、能力達不到理想的程度，且設計方面的不足較為明顯，不能全面的考慮到焊接夾具在實際使用過程中的種種需求。因此，大型汽車生產公司焊接夾具基本都是靠進口，設計費用和加工成本高，導致汽車的售價也水漲船高。因此，加強汽車焊接夾具的研究具有重要意義。

二、焊接夾具設計的基本要求

1.滿足工藝要求

設計夾具是需要滿足工藝要求，使用方便，安全省力。要能改善勞動條件，節省勞動力，并且具有通用化，系列化的特點。

2.滿足現場實際要求

要結合現場實際條件，根據實際情況來設計夾具。

3.結構合理

夾具設計要便于加工制造、檢驗、裝配、調整、維修、日常維護。夾具結構要開敞，工人操作方便。焊前的工件用容易放在夾具上面，焊后的工件應容易取出，這一點對夾具尤為重要，也是判定夾具結構是否合理的重要依據

4.可更換性

有的夾具需要適用幾種不同型號的產品，這就需要夾具具有可更換性，更換必須方便，而且需更換的件越少越好。

三、焊接夾具的設計方法與步驟

1.在設計焊接夾具之前，應首先了解生產綱領、產品結構特征、工藝需要及生產線布置方式，作好充分的工藝調研，參照國內外先進的夾具結構，并結合實際情況確定夾具總體方案。

2.根據焊件結構特點及所需焊接設備型號、規格，確定定位及夾緊方式；同時根據沖壓件的工藝特點及后續裝配工藝的需要選擇合適的定位點及關鍵定位點。

3.主體機構確定后，便可確定輔助裝置。如水、電、氣回路，氣、液動元件以及覆蓋件外部焊點所需保護銅板等。

4.因焊接夾具總體結構都很龐大，空間結構及尺寸復雜，所以其設計應采用坐標法及模塊化設計的方法，以提高設計效率。

5.在進行夾具的具體結構設計時，應盡可能多的采用標準化元件，或提高自身的通用化、系列化程度。

四、汽車夾具的發展趨勢

我國汽車市場競爭愈加激烈，多品種的混線生產越來越多，因此對焊接夾具的需求越來越廣。當前汽車焊裝夾具設計正在向智能化、標準化、模塊化和柔性化的方向發展。

1.智能化

夾具CAD/CAM/CAE技術是夾具設計制造的發展方向，通過CAD虛擬設計和焊接仿真模擬，可以詳盡、直觀地得到焊槍在每個焊點處的位姿，使得夾具體可以合理地布置，CAM技術使得定位支撐點處的夾具零件能夠與工件表面“隨型”，即夾具零件和工件能夠完全地配合，提高了定位的可靠性，CAE技術可以模擬出工件在夾具工位上接受焊裝時的形變和應力情況，為夾具設計和優化提供參數；同時智能化也表現在焊裝線的高度自動化，成熟的控制技術和日益發展的工業機器人使焊裝線的智能化逐漸成為可能。

2.標準化

將焊接夾具中典型的結構進行標準化處理，實現夾具零件的通用化和系列化，比如壓塊、定位銷等零件可以從形狀、結構和尺寸角度進行標準化設計，標準化工作可以為焊裝夾具的設計、制造和維修帶來很大的經濟效益。

3.模塊化

模塊化設計方法逐漸成為汽車焊裝夾具開發的基點，分析并劃分零件定位點和焊點信息，依據劃分結果同步設計模塊化的夾具體，可以快速地搭建出一套夾具工位。模塊化設計為夾具計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用CAD技術，能夠建立夾具產品數據庫和用戶使用檔案庫。

4.柔性化

一個焊裝線通過少量便捷地調整即可迅速地焊裝另外一種工件，這樣的焊裝線稱為柔性焊裝線。在夾具開發周期越來越短、汽車車型越來越多的市場趨勢下，能夠節約相當的開發成本、制造成本和場地成本的柔性化夾具已經成為一個重要的研究課題。

參考文獻：

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作者簡介：程剛（1984-），男，吉林長春人，工程師，從事汽車焊裝夾具及汽車焊接生產線工作。