某車型汽車A柱加強(qiáng)板焊接總成夾具的設(shè)計(jì)

摘要：本文通過分析汽車A柱加強(qiáng)板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在分析產(chǎn)品焊接工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù) “六點(diǎn)定位”原理，采用“一面兩銷”和輔助定位，并通過雙作用氣缸夾緊與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)了不同維度的多點(diǎn)焊接，與傳統(tǒng)焊接方案相比，焊接精度得到保障的同時，解決了焊件裝配定位和夾緊時的繁重體力勞動問題，提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：焊接;夾具設(shè)計(jì);定位原理;緊固裝置

汽車A柱加強(qiáng)板是汽車零部件中不可缺少的關(guān)鍵部位，其制造是汽車制造業(yè)中一項(xiàng)重要的工程，伴隨著我國汽車需求量的不斷增大，汽車制造業(yè)也得到了飛速的發(fā)展，進(jìn)而在汽車焊接線需求量不斷增加的同時，對其質(zhì)量上也提出了更高的要求。多件裝夾焊接總成夾具產(chǎn)品越來越多，目的是為縮短加工時間，提高效率。為了減少工件的裝卸時間和勞動力，各種氣動和液壓夾緊、杠桿夾緊、凸輪夾緊等機(jī)構(gòu)不斷地更新?lián)Q代。夾具結(jié)構(gòu)的簡單化、標(biāo)準(zhǔn)化，為工件焊接進(jìn)行多面和多件加工創(chuàng)造了良好地條件。[1][2]

本文以某型號汽A柱加強(qiáng)板為例，在分析產(chǎn)品焊接工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù) “六點(diǎn)定位”原理，采用“一面兩銷”和輔助定位方案，合理選擇加緊和轉(zhuǎn)動裝置，從而確定整體方案，實(shí)現(xiàn)對該汽車配件焊接夾具的設(shè)計(jì)。

1產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及焊接工藝分析

如圖2所示焊件1，在1、4處需要用夾緊機(jī)構(gòu)將其夾緊，限制它在z軸上的移動自由度，也限制它在x軸上的轉(zhuǎn)動自由度，此處不能用支撐體限制它的自由度，因?yàn)楣ぜ螤畈灰?guī)則，不易固定，而且工件相對于薄;在2、5處需要用支撐體來限制它在x軸上的移動自由度，也限制它在z軸上的轉(zhuǎn)動自由度，此處不能用夾緊機(jī)構(gòu)，因?yàn)橛脢A緊機(jī)構(gòu)會將它的形狀改變;在3、6處有其他工件與其裝配，故這里需要用支撐體配合螺母限制它的y軸上的移動和轉(zhuǎn)動自由度，同時，將其與焊件2如（如圖3所示）、焊件3如（如圖4所示）進(jìn)行裝配;

如圖3所示為焊件2，需要將其自由度在空間中完全固定住，不能讓其發(fā)生位置變動，否則會影響到焊接加工工藝，將工件表面的污漬清理干凈，否則會影響到工件的裝配與焊接。[3]其中1處是與焊件1的3處相裝配，用支撐體將其支撐，然后用螺母將其與工件1裝配，然后用焊條焊點(diǎn)將兩處工件焊接在一起;2處需要用支撐體將其支撐，并限制工件的自由度，屬于過定位，因?yàn)?處一個不能將工件完全固定住與支撐;

如圖4所示為焊件3，工件上3處需要用夾緊機(jī)構(gòu)將其夾緊，限制在z軸上的移動自由度，也限制它在x、y軸上的轉(zhuǎn)動自由度，此處不易用支撐體，因?yàn)楣ぜ?需要跟工件1焊接，工件薄焊接時支撐體沒壓力，會讓工件發(fā)生錯位;2處是與工件1的6處相裝配，用支撐體將其支撐，然后用螺母將其與工件1裝配，然后用焊條焊點(diǎn)將其焊接在一起; 1處需要用支撐體將其支撐，并限制工件的自由度，屬于過定位，因?yàn)?處不能將工件完全固定住與支撐;

2 夾具定位方案的確定

在焊接時，由于對工件有較高的位置要求和精度要求，不僅僅要求工件在夾具體中完全定位，更需要多處采取過定位的方法，因?yàn)楣ぜ容^高，所以此項(xiàng)工藝中是允許過定位的。

如圖5所示，氣缸1、氣缸2、氣缸3把工件1和工件2限制了在z軸方向上的移動和轉(zhuǎn)動兩個自由度，支撐點(diǎn)1和支撐點(diǎn)4把工件1限制x軸方向上的移動和轉(zhuǎn)動兩個自由度，支撐點(diǎn)2和支撐點(diǎn)3是把工件1限制y軸方向上的移動和兩個自由度，工件2和工件3沒有完全被固定住，所以需要用螺桿和鉤形導(dǎo)桿配合單軸氣缸和三軸氣缸將其固定住，由此可見，工件在空間的六個自由度已經(jīng)完全定位，限制了工件的移動。運(yùn)用氣缸推動連桿將整個焊接夾具推動到一定的位置，使整個夾具體轉(zhuǎn)動到一定的合適位置，用焊條將它們焊接在一起。

工件在夾具中的定位大致可以總結(jié)為：首先，將工件找到正確的位置，便于進(jìn)行焊接，其次分析工件的自由度，任何一個鋼體在空間都有六個自由度，要求工件在夾具中被完全定位，那么就必須要限制它在空間中的六個自由度，需要多個支撐點(diǎn)將工件完全定位，還要必須保證支撐分布的合理，每一個定位支撐點(diǎn)至少要限制了工件的一個自由度或者多個自由度，直至工件的六個自由度被完全限制，那么工件在空間的位置也就被確定下來了，工件在空間中也將無法發(fā)生移動。

3 夾具結(jié)構(gòu)方案的確定

本設(shè)計(jì)焊接總成夾具的主要裝置有由夾具基板、定位裝置、夾緊機(jī)構(gòu)和輔助機(jī)構(gòu)。

（1）夾具基板

夾具基板是焊接夾具中基礎(chǔ)零件，起著重要性作用，本設(shè)計(jì)采用的基板尺寸為1200×380×1，基準(zhǔn)面積0.456m2，基板厚度為20mm，安裝板厚度為15mm，故槽鋼的型號選用C10。

（2）定位裝置

焊接夾具定位裝置是用來確定焊接工件的相對位置和裝配關(guān)系的，定位裝置一般有定位銷和定位面兩種，定位銷是限制工件的自由度的，不起到固定作用。定位面一般根據(jù)焊接零件需要定位處的形狀而做成的，沒有具體的標(biāo)準(zhǔn)化。

（3）夾緊機(jī)構(gòu)

汽車A柱加強(qiáng)板焊接總成夾具的夾緊機(jī)構(gòu)是為了固定焊接工件，防止焊接點(diǎn)時因作用力過大或者過小導(dǎo)致零件發(fā)生錯位變形，再者因旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)導(dǎo)致零件錯位。主要分為手動夾緊機(jī)構(gòu)和氣、液動夾緊機(jī)構(gòu)兩種，為了保證焊接安全性問題，此次用雙作用氣缸夾緊機(jī)構(gòu)來完成。

（4）輔助機(jī)構(gòu)

為了夾具能夠更加方便的運(yùn)用于實(shí)際操作過程中，此次運(yùn)用了雙作用氣缸來完成夾具體的轉(zhuǎn)動。

4 結(jié)語

本設(shè)計(jì)根據(jù) “六點(diǎn)定位”原理，采用“一面兩銷”和輔助定位，并通過雙作用氣缸夾緊與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)了不同維度的多點(diǎn)焊接，與傳統(tǒng)焊接方案相比，焊接精度得到保障的同時，解決了焊件裝配定位和夾緊時的繁重體力勞動問題，提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱偉華，陳璟.基于數(shù)值分析的汽車A柱加強(qiáng)板數(shù)模型面改進(jìn)[M].2019.9

[2]劉麗斌.汽車車架焊接工藝分析及工裝設(shè)計(jì)[J].2013.

[3]馬文彬.淺淺汽車鈑金焊接夾具設(shè)計(jì)要素[J].商品與質(zhì)量.2019，（18）：122.

作者簡介：林偉健，碩士，講師，研究方向：模具技術(shù)。