焊接夹具

什么是焊接夹具？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。
在汽车焊接流水线上，真正用于焊接操作的工作量仅占30%～40%，而60%～70%为辅助和装夹工作。因装夹是在焊接夹具上完成的，所以夹具在整个焊接流程中起着重要作用。
在焊接过程中，合理的夹具结构，有利于合理安排流水线生产，便于平衡工位时间，降低非生产用时。对具有多种车型的企业，如能科学地考虑共用或混型夹具，还有利于建造混型流水线，提高生产效率。
一、汽车焊接工艺特点
（一）材料与结构
汽车焊接材料主要是低碳钢的冷轧钢板，镀锌钢板，及少量的热轧钢板。它们可焊性好，适宜大多数的焊接方法，但由于是薄板件，因而刚性差、易变形。
在结构上，焊接散件大多数是具有空间曲面的冲压成形件，形状、结构复杂。有些型腔很深的冲压件，除存在因刚性差而引起的变形外，还存在回弹变形。
（二）焊接方法
汽车焊接方法主要有CO2气体保护焊和电阻焊。CO2气体保护焊应用范围较广，且对夹具结构要求不十分严格。电阻焊对夹具要求严格，尤其是多点焊、反作用焊和机器人点焊。因汽车焊接以电阻焊为主，所以本文将针对电阻焊夹具的设计进行探讨。
（三）焊接工艺流程
汽车焊接的基本特征就是组件到部件再到总成的一个组合再组和过程。
从组件到车身焊接总成的每一个过程，既相互独立，又承前启后，因此组件的焊接精度决定着部件总成的焊接精度，最后影响和决定着车身焊接总成的焊接精度与质量，这就要求相互关联的组件、部件及车身焊接总成夹具的定位基准应具有统一性和继承性，只有这样才能保证最终产品质量，即使出现质量问题也易于分析原因，便于纠正和控制。
焊接过程以流水线生产为主，所以夹具设计应有利于流水线的布置和设计，同时也考虑给生产管理提供方便。
二、焊接夹具的设计方法与步骤
1．在设计焊接夹具之前，应首先了解生产纲领、产品结构特征、工艺需要及生产线布置方式，作好充分的工艺调研，参照国内外先进的夹具结构，并结合实际情况确定夹具总体方案。诸如是固定夹具还是随行夹具，机械化、自动化水平是高是低，几种车型主要夹具是否混型共用等。
2．根据焊件结构特点及所需焊接设备型号、规格，确定定位及夹紧方式；同时根据冲压件的工艺特点及后续装配工艺的需要选择合适的定位点及关键定位点。
3．主体机构确定后，便可确定辅助装置。如水、电、气回路，气、液动元件以及覆盖件外部焊点所需保护铜板等。
4．因焊接夹具总体结构都很

庞大，空间结构及尺寸复杂，所以其设计应采用坐标法及模块化设计的方法，以提高设计效率。
5．在进行夹具的具体结构设计时，应尽可能多的采用标准化元件，或提高自身的通用化、系列化程度。

三、焊接夹具的组成、结构及要求
汽车焊接夹具通常由夹具地板、定位装置、夹紧机构、测量系统及辅助系统等五大部分组成。
（一）夹具地板
夹具地板是焊接夹具的基础元件，它的精度直接影响定位机构的准确性，因此对工作平面的平面度和表面粗糙度均有严格的要求。
夹具自身测量装置的基准是建立在夹具地板上，因此在设计夹具地板时，应留有足够的位置来设立测量装置的基准槽，以满足实际测量的需要。另外，在不影响定位定位机构装配和定位槽建立的情况下，应尽可能采用框架结构，这样可以节约材料、减轻夹具自重，这一点对流水线上的随行夹具尤为重要。
（二）定位装置
定位装置中的零部件通常有固定销、插销、档铁、V型块，以及根据焊件实际形状确定的定位块等{图1所示为专用定位块}。
1．因焊接夹具使用频率极高，所以定位元件应具有足够的刚性和硬度，以保证在更换修整期的精度。
2．为便于调整和更换主要定位元件及使夹具具备柔性的混型功能，定位机构应尽可能设计成组合可调式的。如图1中的定位元件A-1由产品形状确定，因此通过更换件A-1即可达到修整夹具和适应不同车型的需要。
3．标准化设计。如图1中的支承件A-2，可设计成混、通用系列的元件。因汽车结构区别较大，尤其是重、中、轻、微型车，所以应根据车型分别指定汽车焊接夹具标准，以适应不同车型的需要。
4．定位元件可选用厚度为16mm、18mm、20mm、三种尺寸的钢板，{如图1中件A-1、A-2}，统一备料。另外，定位元件的热处理应在夹具调试合格后进行，但应准确记录更改数据，并相应修整夹具资料，使之符合调试合格状况，为今后制造提供准确资料。
3.3夹紧机构
汽车焊接夹具的夹紧机构以快速夹紧机构和气动夹紧机构为主。快速夹紧机构具有以下优点：
1．如图2所示的快速夹紧器，其结构简单，动作迅速，从自由状态到夹紧仅需几秒钟，符合大批量生产需要。
2．快速夹紧器根据需要可几个串联或并联在一起使用，达到二次夹紧或多点夹紧的目的。另外对定位精度较低的焊件能实现夹紧和定位同时进行，消除了专用定位元件。它还能通过转换其机构组成发挥更多作用，应用范围较广。
3．配以螺纹调节压块，可纠正焊件变形，保证焊点搭边能紧密配合，不产生脱焊、虚焊现象，提高焊接质量。
4．同气缸配套使用，

可实现手动、气动混用，保证了流水线正常运行（图2）。
（四）辅助机构
辅助机构在焊接过程中发挥着重要作用。下面介绍三种常用辅助机构。
1.旋转系统
在夹具地板和夹具支撑中布置如图3所示的旋转系统，可使夹具体在平面上做360度旋转（为使转动灵活轻巧还配备有滚动轴承）。这样的系统可解决或克服焊机少的缺陷，因为当焊机不动，电缆长度有限时，转动夹具可使焊点移动到焊钳的工作区域进行焊接，使焊接工作方便轻松地进行，保证焊接质量。另外，为保证夹具在装夹、拆卸时能处于稳定工况，还应设计止动装置。
2.翻砖机构
如图4所示，当焊点处于中间位置时，如果用X型焊钳进行点焊，则焊钳无法伸进，喉深也不够，难以焊接；若用C型焊钳，如果夹具平放，虽能焊接，但工人的劳动强度大。所以设计夹具时，可将其设计成可翻转夹具，使焊件能向两边翻转90度，焊件平面处于竖直位置，这样工人只要将焊枪处于水平位置便可焊接，大大降低了劳动强度。在设计翻转夹具时需要设计止动机构，以防止夹具自动回复原位造成事故。
3.反作用焊接机构
在微型车和轿车底版部位的焊接总成中，如图5所示的中间位置焊点，是普通X型焊和C型焊无法焊接的，一般是采用反作用点焊进行焊接。在使用反作用点焊时，夹具中心需配置有反作用焊臂（见图5），反作用焊臂应具有一定的稳定性和刚性，在装夹焊件和取出焊件时，反作用焊臂应能旋转让位。

（五）测量机构
利用夹具本体自身设计测量机构是提高夹具设计和制造精度的重要措施。在传统的夹具设计中，夹具合格的标准是利用实际冲压件进行装配组合来检验的，但由于冲压件不可能十分准确，部件总成更有累计误差，所以车身焊接总成的精度必然不高，很难达到设计要求。有不少厂家使用三坐标测量仪进行检验，可它对一些结构复杂的定位元件仍然无法测量。通过实践证明，利用夹具自身测量机构与三坐标测量仪配合使用，可大大提高焊接夹具的精度。
1.测量机构组成
（1）基准面和基准槽。测量机构的基准面为夹具地板的工作表面；基准槽是在夹具地板上设计两条相互垂直的十字交叉槽，其结构如图6。槽子的位置可由实际需要确定。
（2）测量器具。测量器除常规量具、三坐标测量仪外，还需设计专用量块和方箱
2.实际测量时应注意的问题
（1）定位元件的倒角应在测量、调试合格后进行加工，即保留测量点；（2）测量器使用要得当，防止人为误差造成的假象。若能使用三坐标测量仪时，可进行对比检查。
四、典型夹具机构特点分析
（一）点焊

夹具
点焊夹具结构简单，可以移动，应以轻巧、灵活为主，定位基准一定要准确。
（二）CO2气体保护焊夹具
这种夹具一般以固定式为主，其结构简单。但如果一副夹具仅焊一个组件，则效率太低，这时可将其依次或对称设计成几组定位夹紧机构，做到一具多用，以提高焊接效率。
（三）综合夹具
这类夹具所装夹组件，既有CO2焊，又有点焊。这对一些全点焊组件中有些位置不适宜在夹具上点焊，而一些焊点对外观和质量无特殊要求的焊件，如果用CO2焊先在夹具上预焊，则很方便，且夹具设计简单。所以应适当地进行工艺调整达到简化夹具和提高效率的目的。
（四）大型焊接夹具
中大型焊接夹具机构庞大、复杂，各部件总成与车身焊接总成之间既相互关联又相互制约和影响。
（五）工艺措施与夹具的关系
汽车焊接夹具是焊接工艺能否顺利、正确执行的保证，而工艺过程是否合理也影响夹具的设计和使用效果。如因散件装焊次序不同而产生的焊接质量差异等。因此工艺人员和工装设计人员应密切配合，设计出合理的夹具及工艺。
（六）调试过程中的再设计
对于大型焊接夹具，因结构复杂，调试时会出现许多设计、制造上的问题，以及焊接散件超差等现象。这就要求设计者根据实际情况予以指导修正。调试是一项很复杂的技术工作，而小批量调试和大批量生产又会出现许多不同的问题，因此设计者应随时了解情况，不断地予以修正，在调试过程中再设计。
夹具调试还有另一项重要工作，即验证焊接散件是否合格，但调试时应避免因散件质量问题而认为夹具不合格的错误。当然散件有些是属于合理的回弹变形，有些误差也可通过夹具修正成合格品。因此夹具设计者应充分了解冲压件的工艺特性，通过合理的夹具设计，放宽冲压件的合格品范围。
六、发展趋势
1．为提高汽车产量，适应流水线生产，应细化工艺，使用高效率夹具，提高生产效率。
2．为适应系列车型需要，应发展快速可调的混型夹具。
3．提高夹具机具一体化程度，诸如多点焊机，车门包边焊接机等。
4．采用新的设计方法，如坐标法、模块化设计法、计算机辅助设计等。
5．提高夹具通用化、系列化、标准化水平。
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