基于案例的焊接夹具结构设计分析

陆建卫常州铁道高等职业技术学校

基于案例的焊接夹具结构设计分析

陆建卫
常州铁道高等职业技术学校

摘要：现阶段，我国生产汽车的整体水平相对较低，汽车装焊工艺的自动化程度依旧比较落后。但随着我国汽车工业的快速发展，对汽车焊接生产线的精度以及自动化程度也提出了越来越高的要求。在制造汽车的过程中，使用焊接夹具不仅可以提高焊接自动化的程度以提高生产汽车的质量而且可以在一定程度上降低生产汽车的成本。本文主要分析了焊接夹具的主要特点及其结构要求，并分析了装焊夹具结构在驾驶室后置梁总成的设计要点[1]。

关键词：基于案例；焊接夹具；结构设计

引言：

提高汽车制造水平的一个重要途径就是提高汽车的焊接夹具的设计水平。车身是由300至500个具有复杂曲面的薄板冲压经过焊接、铆接以及机械联接形成的汽车的重要组成部分，在这几种常用的联接方法中，焊接会直接影响车身的生产质量以及生产效率和经济性。为保证焊接过程中的装配效率的提高以及焊件尺寸的固定，采用的防止焊接变形的工艺装备就是焊接夹具。焊接夹具的科学设计有利于保障焊接的质量以及有利于提高生产汽车的质量。

1.焊接夹具的特点

通常情况下，几个不同的零件会装备成焊接夹具的被焊件，这些被焊件是按顺序单独的定位和加紧在焊接夹具上。但由于这些零件会在焊接过程中受热发生伸长或缩短现象，所以零件有必要进行少许的自由移动[2]。同时焊接夹具在使用过程中除受加紧零件所产生的力以及焊件或夹具所产生的重力外不承受任何的巨大的外力作用，此外，由于焊件会在焊接过程中受热而发生变形，使用焊接夹具则可以在一定程度上减小被焊件的变形。但由于焊接夹具在使用过程中承受的载荷以及受热产生的附加力，所以应定期的检查焊件的夹具是否影响零件的焊接、定位和加紧，保证夹具的精度、强度和精确度。

2.焊接夹具的结构要求

在使用过程中如果焊接夹具零部件的强度或刚度达不到标准，夹具就会产生较大的变形或损坏，从而会影响被焊件的精度，因此焊接夹具的需要有足够的强度和刚度。在保证焊接夹具刚强度的同时也应该保证装配焊接工艺的正常进行，为更方便的焊接零件，被焊件应该装夹在焊接夹具上，应减少焊件的翻转次数，焊件上的焊缝以及焊点都应尽量的在夹具上焊接，焊接结束后要能轻易地取出焊件。焊接夹具的复杂程度及其自动化水平要根据具体的生产纲领来判断[3]。

3.汽车焊接夹具结构及零部件设计研究

3.1汽车焊接夹具及其组成部分分类

随着工业的进一步发展，汽车焊接的种类也越来越多吧，按夹具的动力源分类，汽车焊接夹具可分为无驱动夹具、手动夹具、气动夹、液压夹、磁力夹具、真空夹具以及混合式夹具；按照夹具的用途分类，汽车焊接夹具大致可以分为装配用夹具、焊接用夹具、装配-焊接夹具、检验用夹具或其他夹具等；按照夹具的用途分类可以分为专用夹具以及通用夹具两种；按夹具的构造分类可以分为固定式夹具、移动式夹具以及悬挂式夹具。根据汽车焊接夹具不同的标准化程度和不同属性，汽车焊接夹具的组成部分大致可以分为国家标准件、企业标准件、企业加工件以及企业外购件[4]。

3.2汽车焊接夹具结构设计研究

支撑机构、定位机构、辅助机构、夹紧机构以及控制系统这五个部分组成了汽车的焊接夹具。汽车焊接夹具最基本的元素是职称机构的组成部分，需要严格控制其表面的粗糙程度，在定位机构中通常采用N-2-1的方式进行定位，定位块、移动销、旋转销等是定位机构的常用零件，为了焊接方便通常会采用升降机构、反作用焊接机构等辅助机构，气动压紧机构是焊接夹具夹紧机构的主要组成部分，控制系统是连接控制整个夹具工位中气路并且能够提高夹具使用的智能化及自动化水平。

4.案例分析

本文根据汽车驾驶室后悬置梁总成装焊夹具结构设计中的基本要点做出简单地分析。

一般情况下，驾驶室后悬置立梁均采用定位销和内表面型面定位，为尽可能的减轻劳动强度，会在立梁的下端面设置预定位块，当定块位放在立梁上之后，可以通过气缸带动的可伸缩定位销进行精定位。在更换品种时，气缸带动可伸缩预定外块完成屯梁的粗定位之后在经过可伸缩的定位销完场精定位。通过这两种方式可以对预定位块的高度进行调整，相对较低的预定位块为固定结构，较高的预定位块为可伸缩式结构。辅助定位样板在立梁与支架制件可以保障立梁的一个螺孔与支架上的两个螺孔之间的尺寸保持不变，这样有利于总装配线进行顺利装车。为生产操作简单化，在定位样板上部设置了磁性块，同时在支架制件底座上面设计了水平方向的调整机构。定位销与型面相结合是驾驶窀后悬置横梁通常采用的结合方式，通常为了容易生产、调整以及维修会利用两个直径为60mm的圆柱销在圆柱销的下支座上定位一个长圆孔，这样可以增加水平方向的调整机构。

此外，因为被焊件为刚性小容易变形的薄板冲压件，在正常情况下都难以保证被焊件的准确形状，而且，在焊接过程中，薄板冲击件容易受热发生波浪变形，为避免这一情况，通常采用较多的是辅助定位点以及辅助夹紧点进行定位。所以设计者在进行定位的高度调整时会采用一条定位块来完成，并且在定位块底下安装5mm可调整垫片。同时设计者还添加了一些防飞溅盖板在设计过程中以进一步的提高防飞溅的能力，使其能够适应比较恶略的操作环境的同时延长夹具的使用寿命。

结束语

在严酷的市场竞争下，各汽车厂都必须不断改革，在扩大自身利益的同时，进一步的满足广大消费者的需求。为顺应市场的变化，汽车制造厂必须要提高汽车车体的生产线设计制造标准化水平，并且能够开发出一个智能的同时具有元件库等焊装夹具智能化的CAD系统。

参考文献：

[1]郑军红,叶修梓,陈志杨.CommonKADS在夹具结构设计中的应用[J].计算机集成制造系统,2009,09:1699-1707.

[2]徐志刚.基于广义映射原理的组合夹具结构设计自动化[J].工程设计,2000,01:31-36.

[3]张飞飞,马宏伟,柴鹏.基于结构静力分析的焊接夹具优化设计[J].航天制造技术,2010,01:54-57.

[4]徐俊生,吴志生,刘翠荣,胡宝成.高速列车组焊柔性化自动焊接夹具系统设计研究[J].电焊机,2011,01:17-19+23.