車(chē)門(mén)焊接夾具怎么設(shè)計(jì)

【專(zhuān)家解說(shuō)】：在汽車(chē)焊接流水線上，真正用于焊接操作的工作量?jī)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)焊接流程中起著重要作用。 在焊接過(guò)程中，合理的夾具結(jié)構(gòu)，有利于合理安排流水線生產(chǎn)，便于平衡工位時(shí)間，降低非生產(chǎn)用時(shí)。對(duì)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，提高生產(chǎn)效率。 一、汽車(chē)焊接工藝特點(diǎn) （一）材料與結(jié)構(gòu) 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(shù)的焊接方法，但由于是薄板件，因而剛性差、易變形。 在結(jié)構(gòu)上，焊接散件大多數(shù)是具有空間曲面的沖壓成形件，形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)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(hù)焊和電阻焊。CO2氣體保護(hù)焊應(yīng)用范圍較廣，且對(duì)夾具結(jié)構(gòu)要求不十分嚴(yán)格。電阻焊對(duì)夾具要求嚴(yán)格，尤其是多點(diǎn)焊、反作用焊和機(jī)器人點(diǎn)焊。因汽車(chē)焊接以電阻焊為主，所以本文將針對(duì)電阻焊夾具的設(shè)計(jì)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(dú)立，又承前啟后，因此組件的焊接精度決定著部件總成的焊接精度，最后影響和決定著車(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(zhǔn)應(yīng)具有統(tǒng)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(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題也易于分析原因，便于糾正和控制。 焊接過(guò)程以流水線生產(chǎn)為主，所以?shī)A具設(shè)計(jì)應(yīng)有利于流水線的布置和設(shè)計(jì)，同時(shí)也考慮給生產(chǎn)管理提供方便。 二、焊接夾具的設(shè)計(jì)方法與步驟 1．在設(shè)計(jì)焊接夾具之前，應(yīng)首先了解生產(chǎn)綱領(lǐng)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征、工藝需要及生產(chǎn)線布置方式，作好充分的工藝調(diào)研，參照國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的夾具結(jié)構(gòu)，并結(jié)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(jī)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(jù)焊件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所需焊接設(shè)備型號(hào)、規(guī)格，確定定位及夾緊方式；同時(shí)根據(jù)沖壓件的工藝特點(diǎn)及后續(xù)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(jī)構(gòu)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(hù)銅板等。 4．因焊接夾具總體結(jié)構(gòu)都很龐大，空間結(jié)構(gòu)及尺寸復(fù)雜，所以其設(shè)計(jì)應(yīng)采用坐標(biāo)法及模塊化設(shè)計(jì)的方法，以提高設(shè)計(jì)效率。 5．在進(jìn)行夾具的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能多的采用標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)及要求 汽車(chē)焊接夾具通常由夾具地板、定位裝置、夾緊機(jī)構(gòu)、測(cè)量系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等五大部分組成。 （一）夾具地板 夾具地板是焊接夾具的基礎(chǔ)元件，它的精度直接影響定位機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確性，因此對(duì)工作平面的平面度和表面粗糙度均有嚴(yán)格的要求。 夾具自身測(cè)量裝置的基準(zhǔn)是建立在夾具地板上，因此在設(shè)計(jì)夾具地板時(shí)，應(yīng)留有足夠的位置來(lái)設(shè)立測(cè)量裝置的基準(zhǔn)槽，以滿(mǎn)足實(shí)際測(cè)量的需要。另外，在不影響定位定位機(jī)構(gòu)裝配和定位槽建立的情況下，應(yīng)盡可能采用框架結(jié)構(gòu)，這樣可以節(jié)約材料、減輕夾具自重，這一點(diǎn)對(duì)流水線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(jù)焊件實(shí)際形狀確定的定位塊等{圖1所示為專(zhuān)用定位塊}。 1．因焊接夾具使用頻率極高，所以定位元件應(yīng)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(diào)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(jī)構(gòu)應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成組合可調(diào)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(dá)到修整夾具和適應(yīng)不同車(chē)型的需要。 3．標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。如圖1中的支承件A-2，可設(shè)計(jì)成混、通用系列的元件。因汽車(chē)結(jié)構(gòu)區(qū)別較大，尤其是重、中、輕、微型車(chē)，所以應(yīng)根據(jù)車(chē)型分別指定汽車(chē)焊接夾具標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)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，{如圖1中件A-1、A-2}，統(tǒng)一備料。另外，定位元件的熱處理應(yīng)在夾具調(diào)試合格后進(jìn)行，但應(yīng)準(zhǔn)確記錄更改數(shù)據(jù)，并相應(yīng)修整夾具資料，使之符合調(diào)試合格狀況，為今后制造提供準(zhǔn)確資料。 3.3夾緊機(jī)構(gòu) 汽車(chē)焊接夾具的夾緊機(jī)構(gòu)以快速夾緊機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)為主?？焖賷A緊機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1．如圖2所示的快速夾緊器，其結(jié)構(gòu)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(jù)需要可幾個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)在一起使用，達(dá)到二次夾緊或多點(diǎn)夾緊的目的。另外對(duì)定位精度較低的焊件能實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)換其機(jī)構(gòu)組成發(fā)揮更多作用，應(yīng)用范圍較廣。 3．配以螺紋調(diào)節(jié)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(xiàn)象，提高焊接質(zhì)量。 4．同氣缸配套使用，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、氣動(dòng)混用，保證了流水線正常運(yùn)行（圖2）。 （四）輔助機(jī)構(gòu) 輔助機(jī)構(gòu)在焊接過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。下面介紹三種常用輔助機(jī)構(gòu)。 1.旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 在夾具地板和夾具支撐中布置如圖3所示的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，可使夾具體在平面上做360度旋轉(zhuǎn)（為使轉(zhuǎn)動(dòng)靈活輕巧還配備有滾動(dòng)軸承）。這樣的系統(tǒng)可解決或克服焊機(jī)少的缺陷，因?yàn)楫?dāng)焊機(jī)不動(dòng)，電纜長(zhǎng)度有限時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)夾具可使焊點(diǎn)移動(dòng)到焊鉗的工作區(qū)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(wěn)定工況，還應(yīng)設(shè)計(jì)止動(dòng)裝置。 2.翻磚機(jī)構(gòu) 如圖4所示，當(dāng)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(qiáng)度大。所以設(shè)計(jì)夾具時(shí)，可將其設(shè)計(jì)成可翻轉(zhuǎn)夾具，使焊件能向兩邊翻轉(zhuǎn)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(qiáng)度。在設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)夾具時(shí)需要設(shè)計(jì)止動(dòng)機(jī)構(gòu)，以防止夾具自動(dòng)回復(fù)原位造成事故。 3.反作用焊接機(jī)構(gòu) 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（見(jiàn)圖5），反作用焊臂應(yīng)具有一定的穩(wěn)定性和剛性，在裝夾焊件和取出焊件時(shí)，反作用焊臂應(yīng)能旋轉(zhuǎn)讓位。 （五）測(cè)量機(jī)構(gòu) 利用夾具本體自身設(shè)計(jì)測(cè)量機(jī)構(gòu)是提高夾具設(shè)計(jì)和制造精度的重要措施。在傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)中，夾具合格的標(biāo)準(zhǔn)是利用實(shí)際沖壓件進(jìn)行裝配組合來(lái)檢驗(yàn)的，但由于沖壓件不可能十分準(zhǔn)確，部件總成更有累計(jì)誤差，所以車(chē)身焊接總成的精度必然不高，很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。有不少?gòu)S家使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行檢驗(yàn)，可它對(duì)一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的定位元件仍然無(wú)法測(cè)量。通過(guò)實(shí)踐證明，利用夾具自身測(cè)量機(jī)構(gòu)與三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x配合使用，可大大提高焊接夾具的精度。 1.測(cè)量機(jī)構(gòu)組成 （1）基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)槽。測(cè)量機(jī)構(gòu)的基準(zhǔn)面為夾具地板的工作表面；基準(zhǔn)槽是在夾具地板上設(shè)計(jì)兩條相互垂直的十字交叉槽，其結(jié)構(gòu)如圖6。槽子的位置可由實(shí)際需要確定。 （2）測(cè)量器具。測(cè)量器除常規(guī)量具、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x外，還需設(shè)計(jì)專(zhuān)用量塊和方箱 2.實(shí)際測(cè)量時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 （1）定位元件的倒角應(yīng)在測(cè)量、調(diào)試合格后進(jìn)行加工，即保留測(cè)量點(diǎn)；（2）測(cè)量器使用要得當(dāng)，防止人為誤差造成的假象。若能使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x時(shí)，可進(jìn)行對(duì)比檢查。 四、典型夾具機(jī)構(gòu)特點(diǎn)分析 （一）點(diǎn)焊夾具 點(diǎn)焊夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以移動(dòng)，應(yīng)以輕巧、靈活為主，定位基準(zhǔn)一定要準(zhǔn)確。 （二）CO2氣體保護(hù)焊夾具 這種夾具一般以固定式為主，其結(jié)構(gòu)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?qū)ΨQ(chēng)設(shè)計(jì)成幾組定位夾緊機(jī)構(gòu)，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(duì)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(duì)外觀和質(zhì)量無(wú)特殊要求的焊件，如果用CO2焊先在夾具上預(yù)焊，則很方便，且?jiàn)A具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。所以應(yīng)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行工藝調(diào)整達(dá)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(jī)構(gòu)龐大、復(fù)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(zhí)行的保證，而工藝過(guò)程是否合理也影響夾具的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員應(yīng)密切配合，設(shè)計(jì)出合理的夾具及工藝。 （六）調(diào)試過(guò)程中的再設(shè)計(jì) 對(duì)于大型焊接夾具，因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試時(shí)會(huì)出現(xiàn)許多設(shè)計(jì)、制造上的問(wèn)題，以及焊接散件超差等現(xiàn)象。這就要求設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際情況予以指導(dǎo)修正。調(diào)試是一項(xiàng)很復(fù)雜的技術(shù)工作，而小批量調(diào)試和大批量生產(chǎn)又會(huì)出現(xiàn)許多不同的問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)者應(yīng)隨時(shí)了解情況，不斷地予以修正，在調(diào)試過(guò)程中再設(shè)計(jì)。 夾具調(diào)試還有另一項(xiàng)重要工作，即驗(yàn)證焊接散件是否合格，但調(diào)試時(shí)應(yīng)避免因散件質(zhì)量問(wèn)題而認(rèn)為夾具不合格的錯(cuò)誤。當(dāng)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(shè)計(jì)者應(yīng)充分了解沖壓件的工藝特性，通過(guò)合理的夾具設(shè)計(jì)，放寬沖壓件的合格品范圍。 六、發(fā)展趨勢(shì) 1．為提高汽車(chē)產(chǎn)量，適應(yīng)流水線生產(chǎn)，應(yīng)細(xì)化工藝，使用高效率夾具，提高生產(chǎn)效率。 2．為適應(yīng)系列車(chē)型需要，應(yīng)發(fā)展快速可調(diào)的混型夾具。 3．提高夾具機(jī)具一體化程度，諸如多點(diǎn)焊機(jī)，車(chē)門(mén)包邊焊接機(jī)等。 4．采用新的設(shè)計(jì)方法，如坐標(biāo)法、模塊化設(shè)計(jì)法、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等。 5．提高夾具通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化水平。