創新方法在焊接工裝設計中的應用

薛明俊 王昌福

【摘 ?要】汽車車架整體構造的關鍵，在于汽車車架焊接工藝與工裝設計，其能在一定范圍內影響汽車整體的安全性能和用戶的使用體驗。，隨著汽車行業的快速發展，人們對汽車焊裝工藝的要求越來越高。因此，必須不斷提高汽車車身焊裝工藝水平，滿足人們對汽車焊裝工藝的需求，本文就創新方法在焊接工裝設計中的應用展開探討。

【關鍵詞】創新方法;簡化;焊接工裝

引言

進氣過渡管組件的結構形狀及尺寸如圖1所示，過渡管與板之間的相對位置關系較為復雜，在三維空間內均有角度要求，對焊時定位困難。在沒有工裝定位的情況下，組焊完成的進氣過渡管組件尺寸很難滿足設計要求，每次都需返修才合格，造成了人力、物力、財力的浪費，影響了正常的生產進度。因此，設計焊接工裝就顯得尤為重要。

圖1 進氣過渡管組件

1 汽車車架焊接工藝

（1）車架焊接方法。車架焊接方法能夠直接對汽車車架焊接質量產生影響，一方面，車架焊接過程需承載汽車在行駛過程中可能產生的最大動載作用力，對車架的剛度要求相對較高;另一方面，在車架焊接后期，產生的焊接收縮力較大，所以，根據車架焊接工藝參數，篩選出符合汽車整體構架要求及性能需求的車架焊接方法，有利于技術人員對不符合相關標準的部分進行及時調整。

（2）車架結構材料。在開始汽車車架的焊接之前，應當選擇最適宜的車架結構材料，目前，適用我國汽車車架焊接工藝發展現狀的車架結構材料，主要是Q235A、16Mn低合金鋼，該材料不僅能夠滿足車架焊接對車架結構材料的要求，而且材料厚度適中，焊接性較好。另外，這兩種材料在焊接過程中，只需對其采用科學的焊接工藝，無需再次進行熱處理，產生裂紋或氣泡數量較少，而且所需的車架焊接技術要求相對較低。

（3）合理設置焊接順序。汽車車架的焊接過程中，焊縫的位置分布并非完全對稱，在開始焊接之前，必須按照相關工藝流程要求，合理設置車架各部位的焊接順序。通常情況下，焊接技術人員的車架焊接順序有由中間向車架兩頭焊接和對稱性焊接兩種方式。遵循科學的焊接次序，并結合上述兩種焊接方式，能夠在一定范圍內降低車架焊接順序中的焊接變形。

（4）焊接加熱工藝。一輛汽車車架的焊接，需要將數百條焊接材料進行組合，材料間的焊縫相對較短且位置集中，如果車架焊接材料的熱處理不充分，會導致焊接接頭受熱變化，間接影響車架接頭的承載能力。為保證車架承載能力，焊接技術人員必須嚴格遵守施工規范，處理好短焊接材料的收弧及銜接，在一定程度上避免補焊，減少焊接材料的加熱次數，從而提高汽車車架焊接節點的強度。

2 車身焊裝的工裝

汽車車身焊裝的工裝，就是焊裝夾具，焊裝夾具指定位塊、導向支架、支座以及夾緊件等附件構成的工作平臺，主要用來定位、夾緊結構零件的機械裝置，它是整個車身焊接生產過程中最重要的基礎工藝裝備。近年來，隨著汽車行業的發展，汽車的型號和種類越來越豐富，所以汽車裝配零件焊接所使用的夾具要求也各不相同。為了讓生產夾具符合汽車型號，大部分汽車生產廠家根據汽車的類型自行設計和制作焊接夾具。所以，整個汽車市場還沒有將焊裝夾具標準化，它隸屬于非標準設計和制造的生產工藝，但是近年來，隨著汽車行業的發展，汽車焊裝夾具也在逐漸向標準化方向發展。夾具結構的機械傳動設計要結合產品的特點，在設計時，保持結構簡單、操作方便的定位加緊結構。其次，工裝設計還包括焊裝過程中所使用的胎具、檢具、包邊模、翻轉架等。

3 汽車車架工裝設計方案分析

（1）定位基準的選擇。定位基準選擇的科學性，可對汽車車架工裝操作定位的正確性產生影響，通常情況下，汽車車架工裝設計的定位基準孔，就是車架左右縱梁上的前輪中心線孔。

（2）車架縱梁定位。準確定位車架零部件，必須在克服零部件剛性的基礎上，采用氣動夾緊，不僅可以減少車架焊接過程的變形，還可以有效提升裝配效率。為降低和避免縱梁裝焊接時發生變形，且美化車架總體的外部，工裝技術人員可對縱梁進行定位夾緊。例如，利用加工過程中定位塊，可定位左縱梁下翼面及外腹面，有利于裝配過程，便于起模;對于右縱梁的外腹面可采用氣缸定位，縱梁內腹面可用雙頭氣缸二次夾緊。

（3）車架橫梁定位。根據實際情況進行調整，若汽車車架工裝中使用槽型橫梁，可以利用車架縱梁間的寬度來規范汽車的車架寬度方向;在車架的橫向及縱向定位中，可采用L形定位塊，對其完成限位再完成點焊。前期的工裝設計中，將圓管橫梁穿過位于車架縱梁上的橫梁孔，然后，將其直接焊接在加強梁及縱梁上。

（4）板簧支架定位。在汽車車架工裝板簧支架定位方面，前后板簧支架可利用吊耳孔進行準確定位。

4 應用創新方法中的理論體系解決問題

首先對進氣過渡管組件進行建模分析，裁剪分析，物場分析，接著資源分析，把問題分解，將實際問題轉化為“Howto”模型，然后利用知識庫中間工具，獲得類比方案。該部分主要介紹知識庫中由進化路線構思解決問題。（1）進化路線解決問題。作為解決問題的工具，進化路線可以讓我們看清當前的產品或技術方案所處的進化階段，找到進化路線上的有潛力的技術空白點，明確產品技術的進化方向，進化路線的不同方向有向柔性系統或可移動系統躍遷和簡化。（2）進氣過渡管的工裝設計。由于進氣過渡管組件在三維空間內都有角度，設計焊接工裝時難以找定位基準，為了便于定位，選擇進化路線中的簡化方向對進氣過渡管進行分析，把三維空間內角度簡化為二維斜面上的角度來解決。圍繞著進氣過渡管的狀態設計焊接工裝，其目的是要保證過渡管和板之間的相對位置不能發生變化。首先過渡管選用底板和定位芯定位，防止X、Y方向上的移動和轉動，限制了Z方向的移動。接下來定位組件中的板，為了簡單起見，將板視為水平方向上的板進行定位，再按角度定向，這里采用一張面板和三顆內六角螺釘限制其自由度。每個零件均有了各自的固定方式，要實現組焊，需把兩者裝配完成即可，上下兩部分通過立板連接形成剛性體。由前面分析得知，過渡管繞Z方向的轉動自由度還沒有限制，因此增加定位桿。

5 車身工裝設計應遵循的原則

第一，汽車單個零件采取二孔二型夾緊—定位原則。比較大的零件在加工過程中很容易出現彈性變形，因此，還需要增加定位銷與型面的定位—夾緊，確保局部焊接的穩定性。第二，定位尺寸一致性原則。按照基準一致的原則，定位尺寸基準與汽車車身裝配的基準以及車身設計基準應該保持一致，以免造成原始誤差。不同夾具、不同工序的定位尺寸也應該保持一致。第三，先設計大尺寸、比較復雜的零件，然后，再設計小件以及相關配件，然后，將其裝在夾具上定位—夾緊。第四，焊裝夾具定位夾緊機構具有開放功能，能夠滿足空間操作的需求，各項裝配工作不會相互影響，提高夾具生產效率。第五，各定位、夾緊機構應具備二維或三維可調功能。

結語

工裝的特點是：把空間三維角度轉化為二維斜面角度來解決，工裝結構簡單，加工方便。不僅方便了吸氣管的放置與焊接，保證了組件角度的準確性，更是提高了產品合格率。

參考文獻：

[1]李玥.TRIZ創新方法的區域推廣戰略[J].科技管理研究，2016（13）.

[2]林岳.創新方法教程[M].北京：高等教育出版社，2017（05）.

（作者單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司）