頂模塊化焊接夾具在客車上的應用

文/陳 飛 王林照(安徽安凱汽車股份有限公司)

企業(yè)要想在市場中站住腳，必須不斷創(chuàng)新變革，降低成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量。但對于傳統(tǒng)的機械加工來說，稍微復雜一點的零件加工就要專門設計制造一套工裝。有的加工零件的批量小，零件加工結(jié)束工裝就沒有利用價值了。多品種、小批量的生產(chǎn)模式使機械加工制造陷入了一種惡性循環(huán)之中，工裝的數(shù)量多，成本居高不下。如何減少工裝的數(shù)量和開銷，是制造業(yè)必須面對和解決的問題[1]。工裝夾具是客車生產(chǎn)中必不可少的保障設備，涉及到客車前圍工裝、后圍工裝、側(cè)圍工裝、頂蓋工裝、底架工裝等五大片工裝，必須加大工裝夾具投入，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。可是客車是訂單產(chǎn)品，有訂單才生產(chǎn)，如果每個訂單都投入工裝夾具，成本會很高，也無法很好滿足制作周期。所以需要創(chuàng)新思維，開發(fā)柔性化工裝夾具，既可以拆卸、組合，使得制作模塊化，滿足訂單產(chǎn)品使用，又可以通過不斷優(yōu)化產(chǎn)品設計圖紙和工藝過程，實現(xiàn)以最少的工裝、最低的投入，獲得最大的價值。

一、客車車型數(shù)據(jù)統(tǒng)計

客車一般應用于客運和公交。客運車車身弧度形式多樣、造型種類也多，一般難以從設計源頭將外形尺寸、弧度等關鍵尺寸統(tǒng)一。公交車用途單一，車型雖多，但可以規(guī)劃出統(tǒng)一弧度、車寬。安凱客車公交系列從長度來分，有10m、11m、12m系列；從動力來分，有燃氣、燃油、電動系列。焊裝車間在5大片制作過程中，使用的簡易工裝無法保證焊接質(zhì)量，如果按照車型分類來制作工裝則需要投入大量的人力、物力，既影響生產(chǎn)進度，又受車間場地限制。為了提高公交車車身焊接質(zhì)量及車身結(jié)構統(tǒng)一性，從車身骨架結(jié)構分析、小總成分解，設計優(yōu)化，提出車身骨架模塊化設計焊接思路。

二、目前行業(yè)客車焊接夾具狀態(tài)

目前客車行業(yè)多數(shù)的焊接夾具是傳統(tǒng)的單片焊接夾具，根據(jù)設計產(chǎn)品圖紙，按照對應的車身大片，設計對應的夾具，再對特殊需要保證的位置設計專用焊接夾具，如方向機支架、橋懸掛處、發(fā)動機處等關鍵位置。傳統(tǒng)設計夾具的方式多為用矩形管或者鋼板臺面作為焊接基準面，再在基準面上分布定位單元，定位單元采用夾緊機構夾緊焊接原件。設計夾具需要滿足工藝要求，使用方便，安全省力，既能改善勞動條件、節(jié)省勞動力，又具有通用化，系列化的特點。要結(jié)合現(xiàn)場實際條件，根據(jù)實際情況來設計夾具[2]。目前多數(shù)企業(yè)使用平放式焊接夾具，夾具水平放置在地面；也有部分企業(yè)采用的是立式焊接夾具，夾具豎起放置。這些焊接夾具形成的方式多和企業(yè)的場地布置、習慣操作有關，各有優(yōu)缺點。

三、客車頂模塊化焊接夾具思路

由于客車產(chǎn)品的種類多，標準統(tǒng)一的焊接夾具很難做到，而客車的車頂結(jié)構相對變化較小，一種平臺系列的客車，車頂整體弧度和寬度一般不變，變化的一般是橫梁間距、頂部長度、空調(diào)位置，因此客車頂最容易進行柔性焊接夾具設計。

本柔性化焊接夾具根據(jù)一般柔性夾具的特點，進行了一定的創(chuàng)新，主要由基礎支撐部件、可換模塊、可調(diào)整定位卡組成，如圖1所示。

圖1 柔性化焊接夾具結(jié)構圖

1.基礎支撐部件

可以根據(jù)需要設計成不同高度和長度的框架結(jié)構，在框架上部平面鋪設導軌，軌道要求平整，下部安裝金屬輪，如圖2所示。在導軌上安裝和頂骨架橫梁數(shù)量相仿的橫梁，用于在軌道上運行，實現(xiàn)車身長度方向即X向的調(diào)節(jié)，橫梁尺寸不易過寬，一般150～200mm左右，橫梁的兩端需鉆孔，用于后面模塊的安裝，使用銷軸定位是一種比較快捷的定位方式。橫梁的調(diào)節(jié)可以根據(jù)需要再進行改進，可以加裝伺服電機實現(xiàn)自動控制。

圖2 基礎支撐部件示意圖

2.可換模塊

可換模塊是一種T型槽結(jié)構，通常是在一塊鋼板上銑出T型槽，此結(jié)構最為牢固，但成本較高。因此常用三塊板材組合連接，在底層使用一塊板材，中間鋪設較窄板材，上面鋪設較寬板材，實現(xiàn)所需的T型槽結(jié)構，如圖3所示。底層的板材需要在T型縫隙挖出一定的長孔，用于焊接產(chǎn)生的飛濺物清理，所有板材加工完成后都需要進行防飛濺處理。模塊兩端有吊耳，用于換模塊時候吊運。模塊的兩端打孔，用于固定在橫梁上。

圖3 可換模塊結(jié)構示意圖

3.可調(diào)整定位塊

定位塊由兩部分組成，下部為靠山，上部為定位卡，一般為Q345鋼材通過切割加工而成。下部靠山可以設計成標準件，為L形，使用T型螺栓安裝固定在模塊的槽內(nèi)，可以沿著車身寬度方向即模塊的槽內(nèi)實現(xiàn)Y向的移動調(diào)節(jié)。靠山上還焊接螺栓螺母機構，螺母焊接在靠山的豎直面，調(diào)節(jié)螺栓可以托舉住定位卡，防止定位卡下移，這對焊接夾具的準確定位尤為重要。在焊接過程中，工件的壓力下，一般U型槽內(nèi)定位卡會產(chǎn)生下移，故需要在定位卡下部增加支撐。定位卡上有兩處U型導槽，通過螺栓鎖緊在靠山上，可以上下調(diào)節(jié)高度，即實現(xiàn)Z向的調(diào)節(jié)。定位卡的開口根據(jù)定位工件進行設計大小，用于定位住不同規(guī)格的工件。

四、結(jié)論

柔性焊接夾具通過更換模塊，實現(xiàn)平臺系列產(chǎn)品的更換。通過調(diào)節(jié)XYZ向的位置，實現(xiàn)同平臺產(chǎn)品之間的微調(diào)。不管何種調(diào)節(jié)，都需要一定的人員投入進行焊接前的準備，但實現(xiàn)了一個焊接夾具多用的理念，極大地節(jié)約了投入的成本。隨著科技的發(fā)展，新材料的應用，柔性化焊接夾具會更加廣泛地應用于客車焊接中。