焊接過程中車門焊接夾具怎么設計

       在汽車焊接流水線上，真正用于焊接操作的工作量僅占30%～40%，而60%～70%為輔助和裝夾工作。因裝夾是在焊接夾具上完成的，所以夾具在整個焊接流程中起著重要作用。

       在焊接過程中，合理的夾具結構，有利于合理安排流水線生產(chǎn)，便于平衡工位時間，降低非生產(chǎn)用時。對具有多種車型的企業(yè)，如能科學地考慮共用或混型夾具，還有利于建造混型流水線，提高生產(chǎn)效率。

一、汽車焊接工藝特點

（一）材料與結構

       汽車焊接材料主要是低碳鋼的冷軋鋼板，鍍鋅鋼板，及少量的熱軋鋼板。它們可焊性好，適宜大多數(shù)的焊接方法，但由于是薄板件，因而剛性差、易變形。在結構上，焊接散件大多數(shù)是具有空間曲面的沖壓成形件，形狀、結構復雜。有些型腔很深的沖壓件，除存在因剛性差而引起的變形外，還存在回彈變形。

（二）焊接方法

       汽車焊接方法主要有CO2氣體保護焊和電阻焊。CO2氣體保護焊應用范圍較廣，且對夾具結構要求不十分嚴格。電阻焊對夾具要求嚴格，尤其是多點焊、反作用焊和機器人點焊。因汽車焊接以電阻焊為主，所以本文將針對電阻焊夾具的設計進行探討。

（三）焊接工藝流程

       汽車焊接的基本特征就是組件到部件再到總成的一個組合再組和過程。從組件到車身焊接總成的每一個過程，既相互獨立，又承前啟后，因此組件的焊接精度決定著部件總成的焊接精度，最后影響和決定著車身焊接總成的焊接精度與質(zhì)量，這就要求相互關聯(lián)的組件、部件及車身焊接總成夾具的定位基準應具有統(tǒng)一性和繼承性，只有這樣才能保證最終產(chǎn)品質(zhì)量，即使出現(xiàn)質(zhì)量問題也易于分析原因，便于糾正和控制。

       焊接過程以流水線生產(chǎn)為主，所以夾具設計應有利于流水線的布置和設計，同時也考慮給生產(chǎn)管理提供方便。

二、焊接夾具的設計方法與步驟

       1．在設計焊接夾具之前，應首先了解生產(chǎn)綱領、產(chǎn)品結構特征、工藝需要及生產(chǎn)線布置方式，作好充分的工藝調(diào)研，參照國內(nèi)外先進的夾具結構，并結合實際情況確定夾具總體方案。諸如是固定夾具還是隨行夾具，機械化、自動化水平是高是低，幾種車型主要夾具是否混型共用等。

       2．根據(jù)焊件結構特點及所需焊接設備型號、規(guī)格，確定定位及夾緊方式；同時根據(jù)沖壓件的工藝特點及后續(xù)裝配工藝的需要選擇合適的定位點及關鍵定位點。

       3．主體機構確定后，便可確定輔助裝置。如水、電、氣回路，氣、液動元件以及覆蓋件外部焊點所需保護銅板等。

       4．因焊接夾具總體結構都很龐大，空間結構及尺寸復雜，所以其設計應采用坐標法及模塊化設計的方法，以提高設計效率。

       5．在進行夾具的具體結構設計時，應盡可能多的采用標準化元件，或提高自身的通用化、系列化程度。

 三、焊接夾具的組成、結構及要求

        汽車焊接夾具通常由夾具地板、定位裝置、夾緊機構、測量系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等五大部分組成。

（一）夾具地板

       夾具地板是焊接夾具的基礎元件，它的精度直接影響定位機構的準確性，因此對工作平面的平面度和表面粗糙度均有嚴格的要求。

       夾具自身測量裝置的基準是建立在夾具地板上，因此在設計夾具地板時，應留有足夠的位置來設立測量裝置的基準槽，以滿足實際測量的需要。另外，在不影響定位定位機構裝配和定位槽建立的情況下，應盡可能采用框架結構，這樣可以節(jié)約材料、減輕夾具自重，這一點對流水線上的隨行夾具尤為重要。

（二）定位裝置

       定位裝置中的零部件通常有固定銷、插銷、檔鐵、V型塊，以及根據(jù)焊件實際形狀確定的定位塊等。

       1．因焊接夾具使用頻率極高，所以定位元件應具有足夠的剛性和硬度，以保證在更換修整期的精度。

       2．為便于調(diào)整和更換主要定位元件及使夾具具備柔性的混型功能，定位機構應盡可能設計成組合可調(diào)式的。如圖1中的定位元件A-1由產(chǎn)品形狀確定，因此通過更換件A-1即可達到修整夾具和適應不同車型的需要。

       3．標準化設計。如圖1中的支承件A-2，可設計成混、通用系列的元件。因汽車結構區(qū)別較大，尤其是重、中、輕、微型車，所以應根據(jù)車型分別指定汽車焊接夾具標準，以適應不同車型的需要。

       4．定位元件可選用厚度為16mm、18mm、20mm、三種尺寸的鋼板，統(tǒng)一備料。另外，定位元件的熱處理應在夾具調(diào)試合格后進行，但應準確記錄更改數(shù)據(jù)，并相應修整夾具資料，使之符合調(diào)試合格狀況，為今后制造提供準確資料。

3.3夾緊機構

       汽車焊接夾具的夾緊機構以快速夾緊機構和氣動夾緊機構為主?？焖賷A緊機構具有以下優(yōu)點：

       1．快速夾緊器，其結構簡單，動作迅速，從自由狀態(tài)到夾緊僅需幾秒鐘，符合大批量生產(chǎn)需要。

       2．快速夾緊器根據(jù)需要可幾個串聯(lián)或并聯(lián)在一起使用，達到二次夾緊或多點夾緊的目的。另外對定位精度較低的焊件能實現(xiàn)夾緊和定位同時進行，消除了專用定位元件。它還能通過轉(zhuǎn)換其機構組成發(fā)揮更多作用，應用范圍較廣。

       3．配以螺紋調(diào)節(jié)壓塊，可糾正焊件變形，保證焊點搭邊能緊密配合，不產(chǎn)生脫焊、虛焊現(xiàn)象，提高焊接質(zhì)量。

       4．同氣缸配套使用，可實現(xiàn)手動、氣動混用，保證了流水線正常運行。

（四）輔助機構

       輔助機構在焊接過程中發(fā)揮著重要作用。下面介紹三種常用輔助機構。

1.旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

       在夾具地板和夾具支撐中布置如圖3所示的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，可使夾具體在平面上做360度旋轉(zhuǎn)（為使轉(zhuǎn)動靈活輕巧還配備有滾動軸承）。這樣的系統(tǒng)可解決或克服焊機少的缺陷，因為當焊機不動，電纜長度有限時，轉(zhuǎn)動夾具可使焊點移動到焊鉗的工作區(qū)域進行焊接，使焊接工作方便輕松地進行，保證焊接質(zhì)量。另外，為保證夾具在裝夾、拆卸時能處于穩(wěn)定工況，還應設計止動裝置。

2.翻磚機構

       當焊點處于中間位置時，如果用X型焊鉗進行點焊，則焊鉗無法伸進，喉深也不夠，難以焊接；若用C型焊鉗，如果夾具平放，雖能焊接，但工人的勞動強度大。所以設計夾具時，可將其設計成可翻轉(zhuǎn)夾具，使焊件能向兩邊翻轉(zhuǎn)90度，焊件平面處于豎直位置，這樣工人只要將焊槍處于水平位置便可焊接，大大降低了勞動強度。在設計翻轉(zhuǎn)夾具時需要設計止動機構，以防止夾具自動回復原位造成事故。

3.反作用焊接機構

       在微型車和轎車底版部位的焊接總成中，如圖5所示的中間位置焊點，是普通X型焊和C型焊無法焊接的，一般是采用反作用點焊進行焊接。在使用反作用點焊時，夾具中心需配置有反作用焊臂，反作用焊臂應具有一定的穩(wěn)定性和剛性，在裝夾焊件和取出焊件時，反作用焊臂應能旋轉(zhuǎn)讓位。

 （五）測量機構

       利用夾具本體自身設計測量機構是提高夾具設計和制造精度的重要措施。在傳統(tǒng)的夾具設計中，夾具合格的標準是利用實際沖壓件進行裝配組合來檢驗的，但由于沖壓件不可能十分準確，部件總成更有累計誤差，所以車身焊接總成的精度必然不高，很難達到設計要求。有不少廠家使用三坐標測量儀進行檢驗，可它對一些結構復雜的定位元件仍然無法測量。通過實踐證明，利用夾具自身測量機構與三坐標測量儀配合使用，可大大提高焊接夾具的精度。

1.測量機構組成

       （1）基準面和基準槽。測量機構的基準面為夾具地板的工作表面；基準槽是在夾具地板上設計兩條相互垂直的十字交叉槽，其結構如圖6。槽子的位置可由實際需要確定。

       （2）測量器具。測量器除常規(guī)量具、三坐標測量儀外，還需設計專用量塊和方箱

 2.實際測量時應注意的問題

       （1）定位元件的倒角應在測量、調(diào)試合格后進行加工，即保留測量點；

       （2）測量器使用要得當，防止人為誤差造成的假象。若能使用三坐標測量儀時，可進行對比檢查。

四、典型夾具機構特點分析

（一）點焊夾具

       點焊夾具結構簡單，可以移動，應以輕巧、靈活為主，定位基準一定要準確。

（二）CO2氣體保護焊夾具

       這種夾具一般以固定式為主，其結構簡單。但如果一副夾具僅焊一個組件，則效率太低，這時可將其依次或?qū)ΨQ設計成幾組定位夾緊機構，做到一具多用，以提高焊接效率。

（三）綜合夾具

       這類夾具所裝夾組件，既有CO2焊，又有點焊。這對一些全點焊組件中有些位置不適宜在夾具上點焊，而一些焊點對外觀和質(zhì)量無特殊要求的焊件，如果用CO2焊先在夾具上預焊，則很方便，且夾具設計簡單。所以應適當?shù)剡M行工藝調(diào)整達到簡化夾具和提高效率的目的。

（四）大型焊接夾具

       中大型焊接夾具機構龐大、復雜，各部件總成與車身焊接總成之間既相互關聯(lián)又相互制約和影響。

（五）工藝措施與夾具的關系

       汽車焊接夾具是焊接工藝能否順利、正確執(zhí)行的保證，而工藝過程是否合理也影響夾具的設計和使用效果。如因散件裝焊次序不同而產(chǎn)生的焊接質(zhì)量差異等。因此工藝人員和工裝設計人員應密切配合，設計出合理的夾具及工藝。

（六）調(diào)試過程中的再設計

       對于大型焊接夾具，因結構復雜，調(diào)試時會出現(xiàn)許多設計、制造上的問題，以及焊接散件超差等現(xiàn)象。這就要求設計者根據(jù)實際情況予以指導修正。調(diào)試是一項很復雜的技術工作，而小批量調(diào)試和大批量生產(chǎn)又會出現(xiàn)許多不同的問題，因此設計者應隨時了解情況，不斷地予以修正，在調(diào)試過程中再設計。

       夾具調(diào)試還有另一項重要工作，即驗證焊接散件是否合格，但調(diào)試時應避免因散件質(zhì)量問題而認為夾具不合格的錯誤。當然散件有些是屬于合理的回彈變形，有些誤差也可通過夾具修正成合格品。因此夾具設計者應充分了解沖壓件的工藝特性，通過合理的夾具設計，放寬沖壓件的合格品范圍。

六、發(fā)展趨勢

       1．為提高汽車產(chǎn)量，適應流水線生產(chǎn)，應細化工藝，使用高效率夾具，提高生產(chǎn)效率。

       2．為適應系列車型需要，應發(fā)展快速可調(diào)的混型夾具。

       3．提高夾具機具一體化程度，諸如多點焊機，車門包邊焊接機等。

       4．采用新的設計方法，如坐標法、模塊化設計法、計算機輔助設計等。

       5．提高夾具通用化、系列化、標準化水平。