汽车焊装夹具设计理论研究

汽车焊装夹具设计理论研究

蒋志鹏 姜仲航

天津福臻工业装备有限公司 天津 300350

　摘 要 因为汽车工业的快速发展，大大提高了制造车身水平。制造车身质量决定了整个车身的品质，而车身装焊设计中焊装线设计是重要组成部分，在设计的时候要充分的了解到产品的功能，认识产品的精确参数，方便在现实应用中增加安全性与实用性。焊装夹具设计是不是合理，最后唯有通过生产实践检验，才可以证明是合格与优秀的，而在设计以前，一定要做到精益求精，使损失减少，创造出与时代需求相符的产品。汽车制造水平代表着一个国家的科学技术发展水平，并对推动世界制造业迈向一个新台阶有着非常重要的作用。焊接工艺是汽车生产制造四大工艺之一，在汽车焊接生产线上，真正用于焊接操作的工作量仅占30%～40%，而剩余60%～70%的工作为辅助和装夹工作，因此在设计焊装夹具时不仅要保证夹具满足定位要求和焊接要求，同时还需要考虑焊装夹具的操作便捷性。本文就汽车焊装夹具设计理论展开探讨。
　　关键词 汽车车身;焊装夹具;设计方法
　　人们特别关键的交通工具之一就是汽车，汽车车身焊接质量提高了，可以让汽车的总制造质量提高，这对交通事故具备推动的作用。因此，汽车车身的焊接工作要关注，然后对汽车总制造质量得到渐渐的改善。制作汽车的精度和汽车车体的生产周期与汽车焊接夹具的要求有关性特别高，在设计的时候我们要非常注意。所以，确保汽车生产与制造质量的一个重要性程序就是设计与制造汽车焊接夹具，同时，也是需要很多的经验和制造、设计技术的一项工作，增强汽车焊接夹具的研究具备关键意义。
　　1 车身焊接夹具设计的必要性
　　在设计和制造车身的很多开发程序过程中，特别关键的一个程序就是车身焊接夹具设计，其直接关系着制造出产品的合格率。而汽车车身焊接夹具设计是一项牵涉面广、繁杂、非常强的经验性、综合性技术工作。因为在模具设计和加工过程中计算机技术获得越来越广泛的运用，人们渐渐了解到了车身焊接夹具设计的必要性。当前，在设计制造汽车车身的整个阶段中，制造车身的重点工作是焊装、总装和涂装。在焊接和装配的时候，确保车身焊接质量的重点就是焊接夹具，所以，在整个车身设计和开发的过程中车身焊接夹具设计占有特别关键的位置[1]。

　2 焊装夹具的分类及设计要求
　　①一般要求。a.保证产品的形状和尺寸符合图样和技术要求。b.应使焊接和装配工作在最有利的状态下进行，如焊接应在平焊位置进行等。c.夹具的结构应开放，操作方便。必要时可在焊装夹具骨架上切去影响开敞性的部分，以改善焊装夹具的开放性。d.工件的定位夹紧应迅速，从夹具中取、放件要方便等。e.降低夹具的制造成本。焊接夹具的设计结构应简单，制造和维修相对变得容易，应尽量采用标准化的夹具元件。②特殊要求。a.考虑到焊后工件尺寸的收缩变形，要求夹具上定位件间的尺寸，比工件图样尺寸应放大一些，使焊后的工件成为一个整体时，应较容易从焊装夹具上取下。b.符合焊接工艺要求，满足生产，在操作过程中便于操作，不得与焊钳存在干涉。c.汽车的年产量决定焊装夹具的自动化水平和焊接位置的配制。为了提高汽车的生产率，可以用气缸一次性完成焊装夹具的夹紧与松开动作，根据焊装夹具的自动化水平应用自动的传输装置来运输工位。d.焊合件是由两种或者两种以上的冲压件经过焊接后形成的工件，若干小的焊合件组装成大的焊合件，最后由大的焊合件形成前围焊合件、地板焊合件、后侧焊合件、顶盖焊合件等四种焊合件，并用此四种焊合件焊接成汽车驾驶室。因此根据驾驶室的生产过程来对焊合件进行合理的分割，并根据分割的焊合件来设计合适的焊装夹具。这样既利于保证产品的质量，又可提高车身的焊接生产率[1]。
　3 焊装夹具的构成及要求
　　①定位单元。定位单元是夹具设计的核心，一般由支座、规制块、销座、定位销、限位块和压臂气缸等零部件组成。为保证刚性差的钣金零件能获得正确的形状和尺寸，一般采用“6点定位原则”进行设计。夹具所有基准销座、支撑块、夹紧块、挡块均为三维可通过调整垫片进行调整。夹具定位单元一般情况下各部件技术要求如下：a.定位销是焊装夹具常用定位机构，一般采用圆销主定位，菱销辅定位。采用方便拆卸的螺母锁紧机构，定位销材料采用40Cr，淬火处理，硬度值不低于HRC35～40，表面镀硬铬处理;b.销座材料不低于45#，淬火处理，硬度值不低于HRC35～40，表面发黑处理;c.规制块材料不低于45#，淬火处理，硬度值不低于HRC35～40，表面发黑处理;d.限位块材料45#，淬火处理，硬度值不低于HRC35～40，表面发黑处理。一般情况下限位块结构可不增加，但当夹紧臂长度大于250mm时等一些特殊情况下必须有限位块;e.支座材料一般为采用Q235A，表面处理根据客户要求执行。②夹具基板。夹具基板是整个焊装夹具的基础，因此对基板的强度、加工精度均有着较高的要求：a.基板材料强度不低于Q235A，加工后厚度需≥20mm，采用槽钢框架加强。工作基准面平面度≤0.1mm/1000mm、粗糙度為Ra1.6。基准面上各定位孔与设计基准面的公差为±0.05mm，定位孔之间的公差为±0.02mm;b.基板工作基准面上刻坐标网格线，网格线坐标系与整车坐标系相同，深度及宽度均为0.5mm，间距为200mm。坐标网格线的平行度误差：相邻单一间隔距0.10/100mm，累积间隔距0.30/全长，并在刻线的两端刻上坐标号，坐标号应与汽车产品图上的坐标号相一致;c.基准面上必须设计至少4个φ10H7标准圆形基准块，基准孔位置公差±0.02，基准孔不与其余安装部件干涉，各个基准孔均配有基准孔坐标牌。③控制检测系统。随着汽车制造行业的发展，控制检测系统在焊装夹具上已成为必备机构，一般主要由机械防错装装置、电磁防错漏传感器组成。a.机械防错装置起到防止工件漏装、防止工件错装的作用。避免了产品缺件及装夹不到位的情况发生;b.电磁防错漏传感器+PLC能对每个操作步骤进行控制及逻辑分析，对出现问题的步骤进行报警，并强制保证错误操作不能继续执行，直至操作者恢复正确的操作流程。控制检测系统能在问题出现的第一时间停止夹具运转，阻止问题继续扩大，减少后续处理、返修的时间，可以避免大批量的产品报废[2]。

　4 汽车焊装夹具智能化设计系统的应用研究
　　对界面进行设计，汽车焊装夹具智能化设计系统的界面主要采用菜单的方式与各大模块的联系，在汽车焊装夹具智能化设计系统中，采用这种设计方法具有使用简单、感官效果清晰等优势，它可以依据各大模块的差异给出对应的菜单，在一定程度上实现各大模块之间的相互独立，又为各大模块之间的相互关联提供充分的保障。第二，实现主控程序编写和模块间数据传递与集成，其中，汽车焊装夹具智能化设计系统编写的主控程序主要包括文档管理程序、模型创建程序等内容，对这些内容进行准确的编写，才能为汽车焊装夹具智能化设计系统的实现奠定坚实的基础。而模块数据传递的内容也包括多个方面，如知识库和推理机制模块之间关键参数匹配数据的传递，以及数据库和推理机制模块之间对零件实体的读取，从而实现对主控参数的数据传递等。汽车焊装夹具智能化设计系统对数据的传递，可以为数据分析和汽车构件焊装质量提供充分的保障。
　　5结束语
　　充分了解焊装夹具的结构特点及设计要点对改善及焊装夹具设计手段和水平非常重要，也是汽车制造企业在激烈竞争中能够生存必须解决的问题之一。
　　参考文献
　　[1] 姚春玲.基于混合推理的汽车焊装夹具支持技术的研究[D].烟台：烟台大学，2015.
　　[2] 曾定洲，殷国富，胡茶根，等.汽车焊装夹具三维图库CATIA参数化开发[J].机械设计与制造，2015，（09）：255-258.

[3] 刘秋芸.汽车车身焊接夹具设计规律及相关问题探析[J].中国机械，2014，（23）：200-201.
　　[4] 刘猛，边德强，钟少伟，等.车身焊接夹具定位设计浅析[J].中国机械，2014，（21）：85.

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