汽车消音器可调节压焊夹具的设计研究

2017-08-30周平

中国设备工程 2017年16期

关键词：消音器夹具排气

周平

（大连职业技术学院，辽宁大连 116037）

汽车消音器可调节压焊夹具的设计研究

周平

（大连职业技术学院，辽宁大连 116037）

本文研究设计的汽车消音器可调节压焊夹具，可以应对同品牌汽车的多种外形消音器的压焊加工，把以往焊接汽车消音器时的夹具，由固定的一个整体设计改造成多部件构造，成为灵活多变的“万能”夹具，避免了每次改型都需要设计制造夹具的生产浪费，可提高汽车排气系统生产厂家生产效率和效益。

可调节；压焊夹具

1 研究意义

进入21世纪以来，我国的汽车工业进入了快速发展阶段，我国汽车销量位居世界前几位，由于尾气排放、噪音污染，对城市空气质量及环境造成影响，所以车辆的噪声与排气污染直接关系到环境与身心健康。国家标准局制订了“机动车辆允许噪声”及“机动车辆噪声测法“等标准，国家相继出台汽车尾气和噪音的管理办法，对汽车的生产制造提出更高的要求，因此汽车生产厂家不断地改进技术，设计发明新型的排气系统装置来降低汽车燃油消耗、降低噪声污染。消音器就是排气系统装置的重要组成部分。

频繁的更改技术，就对加工中使用的夹具提出了更高的改进要求，传统的夹具只能满足固定轮廓的使用，如更改了消音器某一位置，该夹具就无法夹紧消音器，对应每一种消音器就设计制造一种夹具，将会大大提高生产成本，减低生产效率，只要产品改型，夹具就会报废，造成了企业极大的资源浪费。本文设计研究的是一种汽车消音器在压焊加工过程中使用的可调节的夹具，这种夹具可以应对多种外形的消音器加工，避免了每次改型都需要设计制造夹具的生产浪费，对汽车排气系统生产厂家提高生产效率和效益有着重大意义。

2 设计过程

本文研究的内容是把某知名品牌的汽车消音器压焊加工过程中的夹具变得万能起来，在传统夹具的基础上，把固定的夹紧部位分成多个部分，每个部分可以在一定范围内伸缩，以夹紧不同形状的消音器。设计过程如下。

分析原有夹具问题。通过对排气系统公司的实地调研，并经企业允许后，采集了不同品牌不同车型的多个消音器的尺寸数据，从夹具的加工、用料、安装等方面着手研究，分析得出原有压焊夹具主要有以下亟需改善的两点问题。

2.1 原有压焊夹具与工件需1：1配套，通用性差

不同型号的该品牌汽车可能具有相同外形尺寸的消音器，只是在进气管和出气管位置有所区分。如下图1所示，图中四种消音器的外形尺寸相同，但内部结构各有特点，主要区分在管道的进出位置不同。如焊接这四种消音器，原有的压焊夹具设计方案为一对一，即无论外观尺寸是否相同，只要进气管与出气管位置不同，为预留出该焊接位置，就必须对应这种类型消音器设计加工出一套夹具。图2所示为原有压焊夹具装置，这种消音器的进出口在左上半部分（具体位置参考图3夹具示意图），如再焊接与此种消音器外观尺寸相同，但进出口位置发生改变的另外一种型号消音器，则必须将上下两部分夹具全部拆卸下来，安装另外一套与其配套的压焊夹具。也就是说，如果要加工图1中的四种外观尺寸相同的消音器就要设计加工四套夹具，以此类推。

并且从图4中明显可见，压焊消音器的一套夹具的用料比较多，且为防止焊接过程中误将夹具与工件焊接上，材料选择为铜，造价昂贵，生产成本可见一斑。另外，在焊接时只要消音器更换内部结构，就需要工人更换一套压焊夹具，图中可见更换此夹具不是三五分钟可以马上结束的，也不是一个工人能完成，如此频繁拆卸，压焊生产效率也受到特别大的影响。针对这个问题，本文设计方案提出将具有相同外观尺寸的消音器压紧部位修改为可灵活拆卸块，哪里有进出口就将哪个部位留出相应的位置，我们称其为快换块。生产中，遇到相同外形尺寸内部结构不同的消音器焊接，就可通过螺栓及快换块进行控制，不需要更换夹具，因此大大提高夹具的通用性，从而减少成本，也大幅度降低工人的劳动强度，并且在较大程度上提高了加工效率。

图1 相同外观尺寸的四种型号内部结构图

图2 原有夹具图

图3 夹具示意图

图4 焊接位置

2.2 原有夹具实心实料，重量大，成本高

图3 为一套汽车消音器压焊夹具中的下半部分，除去底座部分，夹具压焊夹紧部位全部为实心铜制，用料极其厚重，夹具上半部分的结构也基本与下半部分相同，可见这一套夹具的重量特别大，这将导致工人在安装及拆卸夹具时费时费力，且加工生产一套铜制夹具造价属实不菲，据调研中了解基本每套夹具成本都在10～20万元之间。针对这个问题，研究计划将压焊夹具上下部分没有承重、夹紧等工作意义的部分设计为空心结构以减轻夹具的重量，方便装卸，并且可以大幅度降低夹具的生产成本。

压焊夹具新方案。我们主要针对该品牌汽车的四种具有相同外形尺寸的消音器进行分析设计，首先根据四种类型消音器的进出口位置，设计了此套夹具上需要的快换块及压焊块，如图5所示。

图5 快换头和压焊块

压焊夹具初步方案确定以及图纸绘制出后，反馈给所调研的企业，请企业中的生产一线及质量控制技术人员对本文所设计的可调节夹具的方案和结构，与他们目前所使用的夹具的结构进行比较，根据实际生产情况提出有效合理的修改建议，并绘制出优化改良后的结构图纸与三维模型图（由于图量较大不作展示），企业试制出新型的消音器压焊夹具如图6所示。

图6 新型消音器压焊夹具

新型消音器压焊夹具的四周不再是一整块，而是由多个压焊块组成，这些压焊块可以根据产品需要更换或调节。图6中有两个快换头，可以放置有两个排气口的消音器进行压焊，如果低配置的汽车只具有一个排气口，那么可将其中一个快换头卸下来，同时将快换头对应位置有缺口的压焊块换成无缺口的。这样一来，这一套压焊夹具可以应对多种结构消音器的压焊工作，大大节省了生产成本，也降低了工人的劳动强度，对提高企业的生产效益和效率都起到了显著的作用。