隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，焊接技術(shù)在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越多，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，焊接裝配夾具及各種機械化、半自動化和自動化的焊接裝配生產(chǎn)線也隨之發(fā)展起來。隨著生產(chǎn)的需要，國內(nèi)較大的汽車廠都有了專門從事焊接裝配夾具設(shè)計的專業(yè)人員， 這門處于機制和焊接專業(yè)邊緣的專業(yè)技術(shù)， 正在實踐中得到發(fā)展。

而焊接裝配夾具設(shè)計技術(shù)發(fā)展得比較晚，國內(nèi)外相關(guān)的專著也較少見。今天為大家分享一篇文章介紹關(guān)于設(shè)計焊接夾具中的一些難點。

PART 01 什么是焊接夾具

在汽車零件的焊接中，除飛輪齒環(huán)、齒輪等個別情況是將一個環(huán)狀和其他封閉體自身的某道焊縫接起來外， 大多數(shù)情況都是把幾個不同形狀的工件焊接到一起，組成一個焊接合件，因此，焊接和裝配一般是聯(lián)系在一起的， 故通常把焊接過程中所用的夾具稱為焊接裝配夾具。所謂焊接裝配夾具，是指在焊接工藝過程中，根據(jù)工件結(jié)構(gòu)的要求，用來保證被焊工件的正確相對位置及形狀， 并籍以得到牢固的焊接接頭而使用的除焊接設(shè)備本身以外的附加裝置，統(tǒng)稱為焊接裝配夾具，并簡稱為焊接夾具。焊接夾具中的消耗件易損件和獨立起導(dǎo)電作用的一些工具，稱為焊接輔具。

PART 02 六點定位原則的應(yīng)用

六點定則在一般的夾具設(shè)計書上都有詳細的講解，此處就不再重復(fù)。但在車身焊裝夾具設(shè)計時，常有兩種誤解：一是認為六點定則對薄板裝焊夾具不適用；二是看到薄板裝焊夾具有非可調(diào)的超定位，而不加分析的認為是定位原則錯誤。應(yīng)該肯定六點定則對車身焊裝夾具是適用的，設(shè)計時應(yīng)遵守這個原則， 另一方面還需要分析車身沖壓件的特點，只有正確認識其生產(chǎn)特點，同時又正確理解了六點定則，才能正確應(yīng)用這個原則。

1） 薄板沖壓件剛性差，在儲存和運輸時會產(chǎn)生彈性變形。在裝配過程中，為了克服彈性變形，必須用外力使有彈性的工件與夾具的定位件緊緊地靠在一起，與定位件一起形成一個剛性體，然后才能焊接成剛性較強、尺寸合格的空間殼體———車身總成。而剛性體工件在夾具中定位， 其超定位的支承可以采用浮動或可調(diào)支承去適應(yīng)， 如果對有彈性的工件也把超定位的支承設(shè)計成浮動的， 那就是在彈性體上裝彈性工件，永遠得不到一個確定的裝配尺寸。

2）車身沖壓件有的長或?qū)掃_1～2 m，尺寸允差和形狀允差相對較大，由于定位件與工件的間隙，使大零件的裝配位置變化在邊界部位表現(xiàn)得較明顯。為了糾正裝配中的錯位現(xiàn)象， 以使裝配誤差能均衡分布， 在大型焊裝夾具的重要部位適當(dāng)增設(shè)工藝定位件，以防止裝配誤差向某一方向集中，沖壓件的精度越低，這種工藝定位越有必要。但這樣做無疑又增加了超定位現(xiàn)象。

3）由于薄板件易變形，所以凡是夾緊力的作用點，都必須有相應(yīng)的支承塊。由于工件的結(jié)構(gòu)限制，夾緊力的作用點往往又不能直接落到原定位支承點上，這時必須增加支承點。從定位原則看，這種支承是多余的，但對薄板件是必不可少的。超定位會使接觸點不穩(wěn)定， 產(chǎn)生裝配位置上的干涉， 應(yīng)該盡量避免，但并非在任何情況下均不允許出現(xiàn)超定位，只要超定位所產(chǎn)生的不良后果沒有超出工件裝配要求所允許的范圍，超定位是允許存在的，對薄板沖壓件來說，超定位有時是必要的?，F(xiàn)在， 有的汽車廠家對車身零部件裝焊過程的定位基準(zhǔn)用指導(dǎo)文件的形式做了明文規(guī)定， 這對基準(zhǔn)的統(tǒng)一及質(zhì)量的提高是有好處的。如圖3 所示，根據(jù)六點定則制定了六個定位基準(zhǔn)， 在圖中以實心箭頭表示，它們限制了該件在空間的六個自由度。由于工件大，為防上偏差向前側(cè)集中，在上部增加了一個工藝支承點，其裙部剛性差，為防止彈性變形，又增加了兩個工藝支承， 就是圖中以空心箭頭所示的部位。這樣在工件被夾緊后，才能與所有定位支承一起形成一個尺寸合格的剛性體， 并最終焊接成合格部件。

薄板件定位應(yīng)遵守六點定則，但同時又有它的特點， 不同質(zhì)的矛盾用不同質(zhì)的方法去解決，這就是理論聯(lián)系實際。

PART 03 定位夾緊方法及其元件的單元組合

3．1關(guān)于定位方法的幾個特殊問題

車身焊接夾具大多以沖壓件的曲面外型， 在曲面上經(jīng)過整形的平臺、拉延和壓彎成型的臺階，經(jīng)過修邊的窗口和外部邊緣，裝配用孔和工藝孔定位，這就在很大程度上決定了它的定位元件形狀比較特殊，很少能用上機加夾具通用的標(biāo)準(zhǔn)定位元件。焊接夾具上要分別對各被焊工件進行定位，并使其不互相干涉。在設(shè)置定位元件時，要充分利用工件裝配的相互依賴關(guān)系作為自然的定位支承。有的工件焊接成封閉體，無法設(shè)置定位支承，可要求產(chǎn)品設(shè)計時預(yù)沖凸臺、翻邊作為定位控制點。有的工件僅起加強作用，裝配位置要求不嚴(yán)格，可在與之相配的工件上沖出位置標(biāo)記， 只要按標(biāo)記放在規(guī)定位置上焊牢即可，在定位方法上采取這些措施，可大大簡化夾具結(jié)構(gòu)。如車身上有不少電線束卡子，有的夾具上為之設(shè)計了很復(fù)雜的活動定位裝置， 這是對車身零件的作用不了解造成的一種浪費。車身焊接夾具上，板狀定位件較多，定位板一般用A3 鋼板，厚度12～16 mm。定位板的位置除有特殊要求外，最好選在坐標(biāo)網(wǎng)格線上，因為這些地方一般有主樣板，加工時可借用樣板劃線。定位件按坐標(biāo)標(biāo)注位置尺寸，不注公差，但不是沒有要求，另外還有一套精度標(biāo)準(zhǔn)和檢查、驗收管理辦法。

3．2關(guān)于工件的夾緊

1）不使用夾緊機構(gòu)的條件

車身沖壓件裝配后，多使用電阻焊焊接，工件不受扭轉(zhuǎn)力矩，當(dāng)工件的重力與點焊時加壓方向一致，焊接壓力足以克服工件的彈性變形， 并仍能保持正確的裝配位置，而與定位基準(zhǔn)貼合時，可以省去夾緊機構(gòu)。另外，在固定式點焊機上用焊接樣板定位焊接時，要盡可能用焊工的雙手控制被焊工件，而不用夾緊機構(gòu)。

2）高效快速、多點聯(lián)動夾緊

焊接通常在兩個以上工件間進行， 夾緊點一般都比較多，電阻焊是一種高效焊接工藝，為減少裝卸工件的輔助時間， 夾緊應(yīng)采用高效快速裝置和多點聯(lián)動夾緊機構(gòu)。

3）夾緊力作用點的安排

對于薄板沖壓件， 夾緊力作用點應(yīng)作用在支承點上， 只有對剛性很好的工件才允許作用在幾個支承點所組成的平面內(nèi)， 以免夾緊力使工件彎曲或脫離定位基準(zhǔn)。

4）夾緊力大小的確定

對車身焊接夾具，夾緊力主要用于保持工件裝配的相對位置，克服工件的彈性變形，使其與定位支承或?qū)щ婋姌O貼合。對于板狀結(jié)構(gòu)，夾緊力應(yīng)使裝配件之間或使工件與電極之間的貼合間隙不大于0．8 mm；對于剛性沖壓焊接件，要使其縫隙不大于0．15 mm，才能使焊接不發(fā)生困難，避免因夾緊不好而使焊點不牢或工件燒穿。夾緊力的大小與沖壓件的質(zhì)量、導(dǎo)電塊的調(diào)整位置和磨損情況有很大關(guān)系，現(xiàn)在還提不出一個夾緊力的計算公式，根據(jù)經(jīng)驗，1．2 mm 厚度以下的鋼板沖壓件， 每個夾緊點的夾緊力一般選在300～750 N 范圍內(nèi)， 鋼板厚度在1．5～2．5 mm 之間的沖壓件，每個夾緊點的夾緊力大致可在500～5 000 N 范圍內(nèi)。定位、夾緊元件的單元組合焊接夾具的定位夾緊元件設(shè)計有兩種模式：一種是非標(biāo)準(zhǔn)的定位、夾緊和其他聯(lián)接機械，這種形式結(jié)構(gòu)一般比較緊湊，但設(shè)計和制造周期較長；另一種是單元組合式，

5）夾具結(jié)構(gòu)及精度控制

如圖4 所示，駕駛室總成裝焊夾具體積龐大，結(jié)構(gòu)也相當(dāng)復(fù)雜，為了便于制造、裝配、檢測和維修，必須對夾具結(jié)構(gòu)進行分解，否則將無法進行測量。圖6中有三個裝配基準(zhǔn)，就是底板1、右側(cè)板2 和左側(cè)板3。在它們的平面上都加工有基準(zhǔn)槽和坐標(biāo)線，定位、夾緊組合單元4、5， 分別按左右側(cè)板和底板1 上的基準(zhǔn)槽進行裝配。各單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和尺寸另有單元組合圖，并按單元檢測合格，最后將三大部分組合起來，成為一套完整的夾具。

1．底板2．右側(cè)底板3．左側(cè)底板4、5 定位夾緊部件6．傳送線

6）焊接夾具的精度控制

7）夾具精度標(biāo)準(zhǔn)由設(shè)計單位制訂。圖8是對夾具底板上基準(zhǔn)槽的形狀和尺寸要求， 槽寬10 mm，深5 mm，圖上標(biāo)明加工要求，兩槽互相垂直。在槽的兩側(cè)每200 mm 或400 mm 還要刻上坐標(biāo)網(wǎng)格線，線的形狀各設(shè)計單位都有各自的標(biāo)準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)槽是夾具精度的唯一測量基準(zhǔn)，其他網(wǎng)格線只能作部件裝配時找相對坐標(biāo)位置用。一般定位銷的位置精度允差±0．2 mm，定位板的形狀允差±0．3 mm。