浅谈摩托车车架焊接工装的设计

浅谈摩托车车架焊接工装的设计

焊接工装是摩托车车架制作过程中的关键设备，其设计质量不仅直接影响车架的精度，而且也决定生产效率和工人的作业条件。

1 焊接工艺方案的确定

1.1 准备工作

主要研究原始资料，明确设计任务和进行必要的调查研究。一般应具备下列原始资料。

a）车架的生产纲领（年产量）、生产性质与类型。

b）车架图纸、技术要求及其他相关件的装配关系。

c）车间的生产条件，如作业面积、动力供应及技术水平等。

d）相关技术标准、法规和本企业的发展目标。

1.2 工艺方案的设计

在调查研究和对资料综合分析的基础上拟定车架的工艺方案（包括焊接工艺规程、工程计划表和结构草图等）。需对下列内容进行构思和选择。

a）根据生产纲领等确定车架的生产节拍。

b）根据车架零部件的装配顺序、焊接方法、焊缝的位置及质量要求、生产节拍和各工序工时的均衡来规定生产组织形式和工艺路线的安排，包括划分车架零部件组焊的工序和所需焊接工装的数量及其在车间的布局。

c）实现某种功能拟采用的原理和相应的机构。如定位与夹紧的方式和机构、焊件的翻转或回转等。

d）各工序所需工装的基本构成、车架零部件的定位、夹紧位置和总体布局，主要零部件的基本结构。

2 焊接工装的设计

2.1 焊接工装的设计原则

首先是焊接工装满足工艺技术要求，并应便于操作、安全、可靠及满足外观和经济上的要求。

2.2焊接工装的设计要求

a）焊接工装应具有动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人最容易接近、最易操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作高度应设在工人最易用力的部位，当夹具处于加紧状态时应能自锁，一般操作高度应控制在800~900mm。

b）焊接工装应有足够的装配、焊接空间，不能影响焊接操作和焊接观察，不妨碍焊件装卸。所有定位元件和夹紧机构的执行元件应可调，即能伸缩和转位。同时必须保证焊接机头的焊接可达性。

c）夹紧可靠，刚性适当。加紧时不能破坏焊接件的定位位置和几何形状（如变形、凹陷、划伤等），且要保证夹紧后不能使焊件松动滑移，可以采取压头行程限位、加大压头接触面积或在压头上安装铜、铝、硬塑料衬垫等措施。

d）为使需要翻转的工操作安全和方便，应设置在任何角度都能自锁的保护装置。

e）在生产时，CO2气体保护焊会产生烟尘和熔融金属的飞溅物，这会损坏工装上外露的光滑定位面、滑动面和焊件的螺纹，故需要有遮掩等措施。

f）夹具的施力点应位于或近于焊件的支撑处，要防止支撑反力与夹紧力或重力形成力偶。

g）注意各种焊接方法在导热、导电、隔磁和绝缘等方面对夹具提出的特殊要求。例如电阻焊时，需要考虑夹具的导电、导热和绝缘性能。

h）夹具上的定位器和夹紧机构的机构形式不宜过多，以利于制造和维护。可采用气动等驱动方式，以提高生产效率和减小工人的劳动强度。

i）优先选用通用化、标准化的夹紧机构以及标准零部件来制作焊接工装夹具。

j）焊接工装作为焊接电源二次回路的组成部分，为避免因弧而发生工作表面的烧损，要使二次回路的一段从焊件最近一端引出，避免焊接电流从工装周身通过。

k）工装易损部位通常设计成可更换结构（如衬套等），且需热处理，表面硬度达到43~48HRC，

检具不低于50HRC。

l）气动元器件的压力应可调，有转向阀、减压、过滤和润滑等功能；气动管路应布局合理，尽量不要布置在工作面上，且要采用耐高温的管子（防止焊接时烧伤）；转向阀应布置在操作方便的地方。

m）焊接反变形理论的应用。焊件的一些部位焊缝比较长或密集，易造成焊件取下后发生变形，可以把焊件在工装上强制反向变形后焊接，。此方法在新大洲公司的多个车型上应用，效果良好。

n）为便于焊接工装调试，需采用外销定位。在车架量产后再增加内销定位。管件定位要尽量采用U形定位，并把两限位面设计成可拆卸的。

o）安全可靠原则。工装在使用期内要安全可靠，凡受力构件都应具有足够的强度和刚度，足以承受重力和因限制焊接变形而引起的各个方向的拘束力等。

p）工装应易于制造，投资少，制造成本低，回收期短。在使用时能源消耗和管理费用少等。

2.3 焊接工装设计方案的确定

根据已确定的工艺方案和上述设计要求来确定焊接工装设计方案。具体应从以下几个方面考虑。

a）焊件的整体尺寸和制造精度以及组成焊件的各个配件的形状、尺寸和精度。其中形状和尺寸是确定夹具设计方案、夹紧机构类型和结构形式的主要依据，并直接影响其几何尺寸的大小；制造精度是选择定位其结构形式和定位器配置方案以及确定定位器本身制造精度和安装精度的主要依据。

b）焊装工艺对夹具的要求。例如与装配工艺有关的定位基面、装配顺序和夹紧方向等对夹具结构提出的要求。

c）焊装作业应在同一夹具上全部完成，否则需设计补焊工装和工位。

2.4 焊接工装的设计

焊接工装一般由定位器、夹紧机构和夹具体3部分组成。焊件在夹具中要有确定的位置，必须遵循物体定位的“六点定则”，并将焊件几何形状和尺寸比较规则和稳定的边、面、孔用定位器定位。

a）定位器定位器是保证焊件在夹举中获得正确装配位置的零件或部件，又称定位元件或定位机构。定位器的结构主要有挡铁、支撑钉、定位销、U形铁（或V形铁）和定位样板五类。其中挡铁和支撑钉用于平面的定位；定位销用于焊件装配孔的定位；U形铁（或V形铁）用于圆柱体和圆锥体焊件的定位，定位样板用于焊件予已定位焊件之间的给定定位。对定位器的技术要求有耐磨度、刚性、制造精度和安装精度，其易磨损部位可做成可拆卸或可调的。另外，定位器大多是固定的，也有一些为了便于焊件装卸，做成伸缩式和转动式的，并采用手动、气动或液压等方式驱动。

b）夹紧机构夹紧机构对焊件起夹紧作用，是夹具组成中的关键部分。在摩托车行业常中的有手动杠杆铰链夹紧器（夹钳）、手动螺旋杠杆夹紧器（螺纹）、手动凸轮（偏心）杠杆夹紧器、气动杠杆夹紧器、永磁夹紧器（磁铁）等。焊检所需夹紧力可以通过模拟件或实验件进行试验确定，常根据经验估算夹紧力来选择适当的夹紧器。在设计时，夹紧机构的夹紧力应能在一定范围内调节。

c）夹具体夹具体是在家具上安装定位器和夹紧机构以及承受焊件重力的部分，起支撑和连接作用。其形状和尺寸取决于工件的外廓尺寸、各定位器及夹紧机构等的布置情况和加工性质。其技术要求有：1）有足够强度和刚度；2）便于装配和焊接作业的实施；3）能将装焊好的焊件方便卸下；4）满足必要的导电、导热、通水、通气和通风条件；5）容易清除焊渣和油污等赃物；6）有利于定位和夹紧机构位置的调节与补偿；7）必要时还有反变形的能力。

d）夹具公差配合与技术条件的制定夹具公差应以产品图纸尺寸公差及技术要求、焊接工艺文件和车架工艺方案等为依据。夹具图上需要标注公差的尺寸为影响定位精度的尺寸、有配合要求的尺寸和有定位要求的面等。夹具零部件有配合要求的面等。夹具零部件有配合要求的面、外定位销孔和有装配要求的尺寸公差一般为±0.02mm或±0.05mm；其他轴与孔的配合公差根据要求选定。技术要求应规定是否需要热处理、不能由锐角毛刺、防锈要求和一些特殊安装要求。

焊接工装设计制造完成后还要进行必要的调试。