汽车焊接夹具设计概述

王金凤

摘要：焊接夹具在汽车生产制造过程中，起着至关重要的作用，本文主要实际应用出发，简述目前焊接夹具设计行业中的设计方法与注意事项。并且剖析焊接夹具的前景与未来。

关键词：汽车焊接；焊接夹具；夹具设计；应用前景；

中图分类号：F407文献标识码： A

一、前言

汽车一般由发动机盖、车顶盖行李箱盖、翼子板、前围板等主要机构组成。主要材质为钢板、碳纤维、铝、强化塑料等。每个部分又由由外板件、内板件和骨架件组成，外板件的钢板厚度一般为0.8-1.2mm，骨架件的钢板厚度多为1.2-2.5mm，也就是说它们大都为薄板件。汽车车身就是由这些冲压出来的薄板件通过焊接、铆接、或者机械连接等方法而构成的一个完整的车体，从单个的零件到部件，再到总成的一个组合的过程。其中焊接是最主要的连接方法，也是经过长时间的经验累积以及技术更新，得到的一种比较成熟的应用技术。汽车的焊接方法主要是CO2的气体保护焊和电阻焊，铜焊。CO2的气体保护焊应用范围较广，并且对焊接夹具结构要求不十分严格，主要主要防治焊接产生的飞溅。

焊接工艺的好坏，以及焊接夹具的精度，直接影响到了焊接质量，关系到日后在汽车使用过程中是否会存在开焊的现象，从而影响汽车的安全性。随着汽车厂商的不断更新，以及车型的更新换代速度的加快，焊接夹具业也日剧发展。在焊接过程中，合理的夹具结构，直接影响着生产规模与质量，有利于形成良好的生产节拍，合理安排流水线生产，便于平衡各个工位时间，降低非生产用时间，降低生产成本。为了提高焊接夹具的设计水平，对汽车焊接夹具分类、结构、以及设计流程，原则有一个了解，在此做一个简单的介绍。

二、焊接夹具设计常用软件介绍

目前，焊接夹具业主要应用的3D CAD 应用软件为Autodesk Mechanical Desktop （简称MDT)、Autodesk Inventor Profession、CATIA、UG等，其中MDT在焊接夹具业应用比较广泛，并且以其为平台，二次开发的软件也层出不穷，既方便了软件的使用，又缩短的设计时间，使设计简便化，模式化。

三、焊接夹具的主要分类以及构造

焊接夹具主要分为：手动夹具，气动夹具，液压夹具，磁力夹具，真空夹具，电动夹具，混合式夹具。

汽车焊接夹具主要由夹具地板，定位装置、夹紧机构，测量系统，以及辅助系统等五大部分组成

一个完整的夹具由基板，脚架，定位块，夹紧机构，夹具体连接件等几个部分组成。

四、焊接夹具的设计流程

1.收到客户式样书，明确设计任务，收集设计所需要的资料

焊接夹具设计就是在明确客户生产目标的前提下， 认真研究式样书中提出的设计要求，明确设计任务并收集下列资料：

1）工件的数据，焊枪的数据，焊接方式以及技术要求等

2）工件的焊点总数以及焊点分布位置等

3）了解客户所能提供的场地大小，固定方式，车间生产条件，气压电压，起重叉车等运输能力，水气供应和技术水平等

4）了解客户工作人员的操作习惯，以及硬性的要求，以及客户是否有自己的标准品库。比如安全级别，螺栓和定位销子样式等。

客户的式样书还规定了焊接夹具的焊接方式为手动或者自动，或者机器人焊接以及焊接工位的配置，准的位置，操作的方式，电器化的程度，控制方式以及生产的节拍。生产节拍在车身的生产过程中，是需要严格控制的一个数据，直接影响到汽车的产量以及客户的利益。控制生产节拍主要需要控制如下几点：

1）夹具动作时间：主要取决于夹具的自动化程度，能够整合到一起的动作尽量整合到一起，以减少动作时间；

2）装配时间：主要取决于冲压件精度、操作者的熟练程度、夹具设计是否给带来便利以及工序件精度；

3）焊接时间：主要取决于操作者的焊接技术水平、焊接夹具的自动化程度、焊钳操作的流畅性以及选型的合理化程度等；

4）搬运时间：主要取决于搬运的吊具的操作便利程度以及自动化程度等。

只要把握住以上几点，就能合理地解决焊接夹具的自动化水平及制造成本这对矛盾，在设计的过程中，从操作者的角度出发进行考虑，将夹具设计成省事，省事，便利，轻巧的设计能够大大的减少劳动者的工作强度。好的焊接夹具不仅能够提高劳动生产率,减轻工人的劳动强度,降低企业的制造成本,保证车间的安全生产还能为企业创造更高的经济效益。

2.根据设计要求，绘制构想图

根据式样书的要求，确定基准销以及定位面的位置，并且考虑工人的操作方便性，以及，前后工位的流动方向，取放工件的空间等条件，绘制构想图，确定动作方向与方法，控制元器件的大小，方案构思主要考虑下列内容：

1）夹具是专用设备还是通用设备。如果是专用设备，水气电的供应可以做成固定模式，如果为通用设备，需要考虑通用的程度，并且水气电的供应，需要用快换，方便各个车型的切换。相比较而言，通用设备比较节约成本，产品更新换代的时候，旧设备仍然有很多零件以及购入品可以继续使用。

2）根据式样书中提到的基准定位销，以及工件支撑面的位置，尽可能的整合单元的数量，节约成本的同事，加快节拍，方便调试。

绘制出相应的机构要点，如定位与夹紧的方式和机构。工件的取放需要的举升，焊件的翻转和回转、或者平移等动作，应选择何种传动方式和何种动力源。

3）在结构草图的设计过程中，要进行必要的分机计算，如几何关系计算，定位误差分析，夹紧力的估算，传动计算，受力元件的强度与刚度计算等

4）焊接的基本构成和总图布局。

构想图绘制后，与客户一起审核后，绘制正式的总装配图，并且将构想图细节化。

3.标注零件编号以及绘制零件明细表

在标注零件编号时，标准间可直接标出国家标准号，明细表要注明工装名称，编号，序号，零件名称和材料，数量等。

4.绘制零件图

绘制零件的时候，要先找到加工基准，防止加工误差的累积。合理给出加工精度以及公差，尽可能的降低加工成本。

在机械设计和制造过程中，普遍存在尺寸链问题。在把零件组装成机器的过程中，也就是将零件上有关的尺寸进行组合和积累。由于零件尺寸存在制造误差，因此装配时也就会有误差的综合和积累。累积后形成的总误差将会影响机器的工作性能和质量。这就形成了零件的尺寸误差和综合误差之间的相互影响关系。设计工装夹具也不例外。合理地确定零件的尺寸公差和形位公差显得很重要。

五、焊接夹具的控制方式

按照零件图加工出来的零件，在组装装配后，需要气路或者电路控制，才能实现预想的动作。主体结构确定后，便可确定辅助装置，如水路，电路，气回路，气路，液压回路等

六、结束语

焊接夹具为保证焊件尺寸,提高装配精度和效率,防止焊接变形所采用的夹具。很多焊装夹具为专用设备，是为某种焊接组合件的装配焊接工艺而专门设计的，往往需要根据产品机构特点、生产条件和实际需要自行设计制造，属于非标准装置。焊接工装设计是汽车生产过程的重要工序，对于汽车制造业而言，没有焊接夹具就没有成品。通过在夹具设计时，提出所需要的结构草图、夹具类型和简要说明，在考虑实用性、经济性、安全性、可靠性的基础上，完成详细的结构和零件设计以及全部图纸。

汽车制造水平代表着一个国家的科学技术发展水平，而在汽车制造的整个过程中必不可缺的就是焊接程序,而且还占有很大的比例,因此焊接所使用的焊装夹具也就自然而然地成为重要的设备之一.基于对汽车质量和性能的考虑,焊接时所用的焊装夹具设计的重要性就可见一斑了.

随着中国制造行业的迅猛发展,焊接夹具在汽车制造生产中已经被广泛的应用。目前国内的焊接工装夹具水平还不能满足制造行业的发展需要,需要更多的部门和企业进行关注和研究。

参考文献：

1.贾安东，焊接结构以及生产设计，天津：天津大学出版社，1989

2.王政，焊接工装夹具及变位机械，北京：机械工业出版社，2001

3.陈涣明，焊接工装设计基础，北京：航空工业出版社，2004

4.刘金合，焊接工装夹具设计及应用，北京，化学工业出版社，2011