焊接過(guò)程中車(chē)門(mén)焊接夾具怎么設計

       在汽車(chē)焊接流水線(xiàn)上，真正用于焊接操作的工作量?jì)H占30%～40%，而60%～70%為輔助和裝夾工作。因裝夾是在焊接夾具上完成的，所以?shī)A具在整個(gè)焊接流程中起著(zhù)重要作用。

       在焊接過(guò)程中，合理的夾具結構，有利于合理安排流水線(xiàn)生產(chǎn)，便于平衡工位時(shí)間，降低非生產(chǎn)用時(shí)。對具有多種車(chē)型的企業(yè)，如能科學(xué)地考慮共用或混型夾具，還有利于建造混型流水線(xiàn)，提高生產(chǎn)效率。

一、汽車(chē)焊接工藝特點(diǎn)

（一）材料與結構

       汽車(chē)焊接材料主要是低碳鋼的冷軋鋼板，鍍鋅鋼板，及少量的熱軋鋼板。它們可焊性好，適宜大多數的焊接方法，但由于是薄板件，因而剛性差、易變形。在結構上，焊接散件大多數是具有空間曲面的沖壓成形件，形狀、結構復雜。有些型腔很深的沖壓件，除存在因剛性差而引起的變形外，還存在回彈變形。

（二）焊接方法

       汽車(chē)焊接方法主要有CO2氣體保護焊和電阻焊。CO2氣體保護焊應用范圍較廣，且對夾具結構要求不十分嚴格。電阻焊對夾具要求嚴格，尤其是多點(diǎn)焊、反作用焊和機器人點(diǎn)焊。因汽車(chē)焊接以電阻焊為主，所以本文將針對電阻焊夾具的設計進(jìn)行探討。

（三）焊接工藝流程

       汽車(chē)焊接的基本特征就是組件到部件再到總成的一個(gè)組合再組和過(guò)程。從組件到車(chē)身焊接總成的每一個(gè)過(guò)程，既相互獨立，又承前啟后，因此組件的焊接精度決定著(zhù)部件總成的焊接精度，最后影響和決定著(zhù)車(chē)身焊接總成的焊接精度與質(zhì)量，這就要求相互關(guān)聯(lián)的組件、部件及車(chē)身焊接總成夾具的定位基準應具有統一性和繼承性，只有這樣才能保證最終產(chǎn)品質(zhì)量，即使出現質(zhì)量問(wèn)題也易于分析原因，便于糾正和控制。

       焊接過(guò)程以流水線(xiàn)生產(chǎn)為主，所以?shī)A具設計應有利于流水線(xiàn)的布置和設計，同時(shí)也考慮給生產(chǎn)管理提供方便。

二、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(chǎn)綱領(lǐng)、產(chǎn)品結構特征、工藝需要及生產(chǎn)線(xiàn)布置方式，作好充分的工藝調研，參照國內外先進(jìn)的夾具結構，并結合實(shí)際情況確定夾具總體方案。諸如是固定夾具還是隨行夾具，機械化、自動(dòng)化水平是高是低，幾種車(chē)型主要夾具是否混型共用等。

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

       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(dòng)元件以及覆蓋件外部焊點(diǎn)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(jìn)行夾具的具體結構設計時(shí)，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。

 三、焊接夾具的組成、結構及要求

        汽車(chē)焊接夾具通常由夾具地板、定位裝置、夾緊機構、測量系統及輔助系統等五大部分組成。

（一）夾具地板

       夾具地板是焊接夾具的基礎元件，它的精度直接影響定位機構的準確性，因此對工作平面的平面度和表面粗糙度均有嚴格的要求。

       夾具自身測量裝置的基準是建立在夾具地板上，因此在設計夾具地板時(shí)，應留有足夠的位置來(lái)設立測量裝置的基準槽，以滿(mǎn)足實(shí)際測量的需要。另外，在不影響定位定位機構裝配和定位槽建立的情況下，應盡可能采用框架結構，這樣可以節約材料、減輕夾具自重，這一點(diǎn)對流水線(xiàn)上的隨行夾具尤為重要。

（二）定位裝置

       定位裝置中的零部件通常有固定銷(xiāo)、插銷(xiāo)、檔鐵、V型塊，以及根據焊件實(shí)際形狀確定的定位塊等。

       1．因焊接夾具使用頻率極高，所以定位元件應具有足夠的剛性和硬度，以保證在更換修整期的精度。

       2．為便于調整和更換主要定位元件及使夾具具備柔性的混型功能，定位機構應盡可能設計成組合可調式的。如圖1中的定位元件A-1由產(chǎn)品形狀確定，因此通過(guò)更換件A-1即可達到修整夾具和適應不同車(chē)型的需要。

       3．標準化設計。如圖1中的支承件A-2，可設計成混、通用系列的元件。因汽車(chē)結構區別較大，尤其是重、中、輕、微型車(chē)，所以應根據車(chē)型分別指定汽車(chē)焊接夾具標準，以適應不同車(chē)型的需要。

       4．定位元件可選用厚度為16mm、18mm、20mm、三種尺寸的鋼板，統一備料。另外，定位元件的熱處理應在夾具調試合格后進(jìn)行，但應準確記錄更改數據，并相應修整夾具資料，使之符合調試合格狀況，為今后制造提供準確資料。

3.3夾緊機構

       汽車(chē)焊接夾具的夾緊機構以快速夾緊機構和氣動(dòng)夾緊機構為主?？焖賷A緊機構具有以下優(yōu)點(diǎn)：

       1．快速夾緊器，其結構簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速，從自由狀態(tài)到夾緊僅需幾秒鐘，符合大批量生產(chǎn)需要。

       2．快速夾緊器根據需要可幾個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)在一起使用，達到二次夾緊或多點(diǎn)夾緊的目的。另外對定位精度較低的焊件能實(shí)現夾緊和定位同時(shí)進(jìn)行，消除了專(zhuān)用定位元件。它還能通過(guò)轉換其機構組成發(fā)揮更多作用，應用范圍較廣。

       3．配以螺紋調節壓塊，可糾正焊件變形，保證焊點(diǎn)搭邊能緊密配合，不產(chǎn)生脫焊、虛焊現象，提高焊接質(zhì)量。

       4．同氣缸配套使用，可實(shí)現手動(dòng)、氣動(dòng)混用，保證了流水線(xiàn)正常運行。

（四）輔助機構

       輔助機構在焊接過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要作用。下面介紹三種常用輔助機構。

1.旋轉系統

       在夾具地板和夾具支撐中布置如圖3所示的旋轉系統，可使夾具體在平面上做360度旋轉（為使轉動(dòng)靈活輕巧還配備有滾動(dòng)軸承）。這樣的系統可解決或克服焊機少的缺陷，因為當焊機不動(dòng)，電纜長(cháng)度有限時(shí)，轉動(dòng)夾具可使焊點(diǎn)移動(dòng)到焊鉗的工作區域進(jìn)行焊接，使焊接工作方便輕松地進(jìn)行，保證焊接質(zhì)量。另外，為保證夾具在裝夾、拆卸時(shí)能處于穩定工況，還應設計止動(dòng)裝置。

2.翻磚機構

       當焊點(diǎn)處于中間位置時(shí)，如果用X型焊鉗進(jìn)行點(diǎn)焊，則焊鉗無(wú)法伸進(jìn)，喉深也不夠，難以焊接；若用C型焊鉗，如果夾具平放，雖能焊接，但工人的勞動(dòng)強度大。所以設計夾具時(shí)，可將其設計成可翻轉夾具，使焊件能向兩邊翻轉90度，焊件平面處于豎直位置，這樣工人只要將焊槍處于水平位置便可焊接，大大降低了勞動(dòng)強度。在設計翻轉夾具時(shí)需要設計止動(dòng)機構，以防止夾具自動(dòng)回復原位造成事故。

3.反作用焊接機構

       在微型車(chē)和轎車(chē)底版部位的焊接總成中，如圖5所示的中間位置焊點(diǎn)，是普通X型焊和C型焊無(wú)法焊接的，一般是采用反作用點(diǎn)焊進(jìn)行焊接。在使用反作用點(diǎn)焊時(shí)，夾具中心需配置有反作用焊臂，反作用焊臂應具有一定的穩定性和剛性，在裝夾焊件和取出焊件時(shí)，反作用焊臂應能旋轉讓位。

 （五）測量機構

       利用夾具本體自身設計測量機構是提高夾具設計和制造精度的重要措施。在傳統的夾具設計中，夾具合格的標準是利用實(shí)際沖壓件進(jìn)行裝配組合來(lái)檢驗的，但由于沖壓件不可能十分準確，部件總成更有累計誤差，所以車(chē)身焊接總成的精度必然不高，很難達到設計要求。有不少廠(chǎng)家使用三坐標測量?jì)x進(jìn)行檢驗，可它對一些結構復雜的定位元件仍然無(wú)法測量。通過(guò)實(shí)踐證明，利用夾具自身測量機構與三坐標測量?jì)x配合使用，可大大提高焊接夾具的精度。

1.測量機構組成

       （1）基準面和基準槽。測量機構的基準面為夾具地板的工作表面；基準槽是在夾具地板上設計兩條相互垂直的十字交叉槽，其結構如圖6。槽子的位置可由實(shí)際需要確定。

       （2）測量器具。測量器除常規量具、三坐標測量?jì)x外，還需設計專(zhuān)用量塊和方箱

 2.實(shí)際測量時(shí)應注意的問(wèn)題

       （1）定位元件的倒角應在測量、調試合格后進(jìn)行加工，即保留測量點(diǎn)；

       （2）測量器使用要得當，防止人為誤差造成的假象。若能使用三坐標測量?jì)x時(shí)，可進(jìn)行對比檢查。

四、典型夾具機構特點(diǎn)分析

（一）點(diǎn)焊夾具

       點(diǎn)焊夾具結構簡(jiǎn)單，可以移動(dòng)，應以輕巧、靈活為主，定位基準一定要準確。

（二）CO2氣體保護焊夾具

       這種夾具一般以固定式為主，其結構簡(jiǎn)單。但如果一副夾具僅焊一個(gè)組件，則效率太低，這時(shí)可將其依次或對稱(chēng)設計成幾組定位夾緊機構，做到一具多用，以提高焊接效率。

（三）綜合夾具

       這類(lèi)夾具所裝夾組件，既有CO2焊，又有點(diǎn)焊。這對一些全點(diǎn)焊組件中有些位置不適宜在夾具上點(diǎn)焊，而一些焊點(diǎn)對外觀(guān)和質(zhì)量無(wú)特殊要求的焊件，如果用CO2焊先在夾具上預焊，則很方便，且?jiàn)A具設計簡(jiǎn)單。所以應適當地進(jìn)行工藝調整達到簡(jiǎn)化夾具和提高效率的目的。

（四）大型焊接夾具

       中大型焊接夾具機構龐大、復雜，各部件總成與車(chē)身焊接總成之間既相互關(guān)聯(lián)又相互制約和影響。

（五）工藝措施與夾具的關(guān)系

       汽車(chē)焊接夾具是焊接工藝能否順利、正確執行的保證，而工藝過(guò)程是否合理也影響夾具的設計和使用效果。如因散件裝焊次序不同而產(chǎn)生的焊接質(zhì)量差異等。因此工藝人員和工裝設計人員應密切配合，設計出合理的夾具及工藝。

（六）調試過(guò)程中的再設計

       對于大型焊接夾具，因結構復雜，調試時(shí)會(huì )出現許多設計、制造上的問(wèn)題，以及焊接散件超差等現象。這就要求設計者根據實(shí)際情況予以指導修正。調試是一項很復雜的技術(shù)工作，而小批量調試和大批量生產(chǎn)又會(huì )出現許多不同的問(wèn)題，因此設計者應隨時(shí)了解情況，不斷地予以修正，在調試過(guò)程中再設計。

       夾具調試還有另一項重要工作，即驗證焊接散件是否合格，但調試時(shí)應避免因散件質(zhì)量問(wèn)題而認為夾具不合格的錯誤。當然散件有些是屬于合理的回彈變形，有些誤差也可通過(guò)夾具修正成合格品。因此夾具設計者應充分了解沖壓件的工藝特性，通過(guò)合理的夾具設計，放寬沖壓件的合格品范圍。

六、發(fā)展趨勢

       1．為提高汽車(chē)產(chǎn)量，適應流水線(xiàn)生產(chǎn)，應細化工藝，使用高效率夾具，提高生產(chǎn)效率。

       2．為適應系列車(chē)型需要，應發(fā)展快速可調的混型夾具。

       3．提高夾具機具一體化程度，諸如多點(diǎn)焊機，車(chē)門(mén)包邊焊接機等。

       4．采用新的設計方法，如坐標法、模塊化設計法、計算機輔助設計等。

       5．提高夾具通用化、系列化、標準化水平。