汽車消聲器焊接夾具設計技術規(guī)范探討

秦啟斌

（廣西汽車集團有限公司技術中心，廣西 柳州 545007）

0 引言

汽車上的任一零部件，均為汽車的某種功能需要而設計，但是該部件的結構設計是實現(xiàn)這種功能的前提。產(chǎn)品質(zhì)量是制造出來的，若制造工藝不能保證產(chǎn)品結構的尺寸及精度要求，則必然導致生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量一致性差，性能不穩(wěn)定。產(chǎn)品制造過程中，工裝水平是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基本前提，因此，工藝技術方案正確、工裝材料選擇合理、尺寸公差和形位公差等技術參數(shù)選取，是工裝設計的關鍵要素。在工裝夾具設計時，由于設計人員的工作經(jīng)歷、工作經(jīng)驗、專業(yè)能力，以及一個公司制定的工作流程、技術規(guī)范、知識積淀等的不同，所設計出來的夾具水平就會因人而異，最終體現(xiàn)在制造產(chǎn)品質(zhì)量水平的迥異。

為此，以汽車消聲器焊接夾具設計為例，探討如何確保不同的技術人員，無論其是經(jīng)驗豐富的工程師，還是初入職場的新人，只要嚴格按照設計工作流程進行設計，并遵循設計規(guī)范選擇設計參數(shù)，都能設計出幾乎同樣高水平的焊裝夾具。

首先，要進行產(chǎn)品結構分析和工藝分析。產(chǎn)品結構分析就是分析消聲器焊合總成共有多少個零部件，其關鍵參數(shù)分別有哪些，需要保證的產(chǎn)品性能是什么。焊接工藝分析主要考慮需要分解成幾道工序完成焊接，關鍵工序是哪幾道，如何確保的關鍵結構參數(shù)的實現(xiàn)。把這些工藝設計時需要考慮的要素列表匯總分析，策劃出工藝技術路線和工藝技術方案。消聲器焊合總成主要由消聲器筒體、前端管件、后端管件、掛桿等零部件焊接而成。制造工藝主要分為筒體輥壓成型、彎管、裝芯、筒體與端蓋輥合、前端管件焊接、后端管件焊接、總成拼焊等工序。焊接工序可以采取總拼焊一道序完成，但這樣的工藝安排會導致不同規(guī)格的消聲器焊接就需要不一樣的總拼臺，現(xiàn)分解為三道焊接工序，是基于最大化地柔性共線生產(chǎn)不同規(guī)格消聲器的需要。消聲器焊夾具設計的關鍵是保證產(chǎn)品焊接滿足尺寸公差和形位公差要求，焊縫質(zhì)量穩(wěn)定一致，消聲器總成的氣密性、消音性（NVH）符合法規(guī)標準。

然后，進行具體的單套焊接拼臺設計，將數(shù)套焊接拼臺有機的聯(lián)接在一起，就組成了一條消聲器焊接生產(chǎn)線。消聲器產(chǎn)品焊接線由數(shù)套拼臺組成，但每套夾具的工藝設計流程是一樣的，只是相關尺寸和參數(shù)稍有不同。一套焊夾具主要由底板、支座、定位銷、定位塊、限位塊、夾緊機構、導向機構等構件組成，夾具設計的關鍵是如何正確選擇這些構件的關鍵技術參數(shù)。

下面就汽車消聲器焊接夾具的主要工裝構件設計的關鍵技術規(guī)范逐一進行分析。

1 汽車消聲器焊接夾具主要工裝構件設計關鍵技術規(guī)范

1.1 底板

焊夾具底板是一套夾具的基礎，承載著夾具所有構件和焊接產(chǎn)品的全部重量，首先要滿足產(chǎn)品零部件焊接裝夾的尺寸要求，其次，通過優(yōu)化結構和符合要求的剛度和強度不保證。

底板型式：通常采用焊接結構，主要分為純鋼板式結構和鋼板-型材混合式結構兩種類型。

根據(jù)所焊接產(chǎn)品的長寬確定底板的長寬尺寸，通過焊接加強梁來保證底板的剛度和強度，進行時效處理后，按表1精度加工。

表1 底板表面加工精度

1.2 支座

支座的功能是用于安裝定位塊、限位塊、夾緊塊等構件，支座的安裝定位必須X Y Z三個方向均可調(diào)，初始預留可調(diào)量為3 mm，以確保上述構件的功能要求。

支座的工藝流程：下料→毛坯焊接→時效處理→清理焊渣→噴防銹底漆→機械加工。

支座加工的形狀及位置精度要求：垂直度和平行度誤差均為0.05 mm；對于互相垂直的加工表面，其中一個面上的基準銷孔中心與另一個表面之間的尺寸公差為±0.05 mm；對于具有互相平行的加工表面，兩個表面之間的尺寸公差為±0.05 mm；同平面上的兩個基準銷孔之間的尺寸公差：尺寸≤500 mm，±0.03 mm，尺寸＞500 mm，±0.05 mm。

支座型式：盡量采用鋼板焊接結構，高寬尺寸須滿足系列化要求。高度一般為150 mm、200 mm、250 mm、300 mm、350 mm、400 mm六種，且能滿足互換性要求，最高不能超過600mm；寬度可為60 mm、80 mm、100 mm、120 mm四種。

支座安裝：與夾具底板固定，用兩顆φ10 mm圓柱銷定位，用四顆12.9級M10的外六角螺栓或內(nèi)六角螺栓緊固（底板過小時，可用M8螺栓）；側面調(diào)整螺釘為M8內(nèi)六角螺釘。

1.3 定位銷、定位塊、限位塊

定位銷、定位塊、限位塊[1]的作用是把零部件放置于焊夾具后，限制零部件位置發(fā)生變化，確保符合焊接產(chǎn)品的尺寸和形位公差要求。

定位銷結構有螺釘拉緊固定銷、螺母緊固銷、螺釘自旋緊固銷、光軸過盈緊固銷等類型，根據(jù)不同的受力情況選擇。定位銷孔的表面粗糙度≤1.6μm。

定位塊、限位塊中與產(chǎn)品形面接觸部位，須依照產(chǎn)品數(shù)模的形狀進行CNC加工，加工誤差不得大于0.2 mm，各接觸面及安裝固定面表面加工粗糙度≤1.6μm。采用12.9級M8的內(nèi)六角螺栓固定。

1.4 夾緊機構

夾緊臂與壓緊力[2]的設計：以裝夾零件最大變形量不超過其公差的50%來設計夾緊臂和夾緊力?？蛇x用油缸或氣缸來施加夾緊力，一般選直徑為φ32 mm、增壓比1∶25的油缸。

夾緊結構必須具備以下功能：

（1）夾頭有先后開合順序要求的，動作應能互鎖，以免誤操作而產(chǎn)生夾具及產(chǎn)品損壞等質(zhì)量問題。

（2）動作按鈕應有防止誤動作的安全防護裝置。

（3）氣路應設有殘壓處理閥。

（4）壓緊缸應預留壓緊行程。

（5）所有的氣路控制閥及三元件應有防撞裝置。

（6）所有動作按鈕應有文字標志。

夾緊種類有氣動、油缸、手動、手動預壓氣動壓緊等夾緊類型，依據(jù)實際使用情況選用。

1.5 導向機構

導向機構主要包括：直線導軌、導向塊、導柱、導套等構件。

導向構件各接觸面及安裝固定面的表面加工粗糙度≤1.6μm，配合面粗糙度≤0.8μm。

導套長度必須是導柱直徑的1.5倍以上。

采用12.9級M8內(nèi)六角螺栓固定各導向構件。

1.6 零件壓緊頭（塊）

焊接件的壓緊頭或壓緊塊必須可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)量≥3 mm。

壓緊頭（塊）按結構可分為橋式、彈性和墊片式；按壓頭型式可分為全仿形、平面、點壓、V型。

1.7 調(diào)整墊片

墊片結構：梳子型和U型。

墊片厚度分為3 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm、0.2 mm、0.1 mm六種。

需要調(diào)節(jié)的安裝部位，設計時須留有≥3 mm的調(diào)節(jié)余量。調(diào)整量大于3 mm時，須用3 mm墊片+其他厚度規(guī)格的墊片配合使用，使用墊片數(shù)量最多不超過4片。

1.8 電纜氣管

氣管與工裝連接要有旋轉轉接頭裝置。工裝主進氣管一般用φ12 mm管，其他用φ8 mm管。

電纜統(tǒng)一采用24針航空插頭轉換。電纜氣管須采用防燙管，須整齊放置于線槽里并固定，不允許與工裝和焊槍有摩擦運動。

易磨損、易老化的電纜氣管，須納入設備日常點檢管理。

1.9 標準件選用

安裝固定焊夾具各種構件的標準件，必須滿足受力要求，確保安裝牢固可靠，故規(guī)定如下：

（1）螺栓：托塊、壓頭等經(jīng)常需要調(diào)整的構件，采用12.9級M8或M10的內(nèi)六角螺栓緊固，其余構件采用8.8級M10或M12的內(nèi)六角螺栓緊固（上文規(guī)定的除外）。

（2）圓柱銷：壓塊及托塊采用φ8 mm定位圓柱銷，其它部位使用φ10 mm定位圓柱銷，從GB120-86標準選用。

1.10 拼臺精度要求

焊接拼臺的質(zhì)量水平直接影響焊接產(chǎn)品的質(zhì)量，其精度[3]必須滿足以下規(guī)范：

（1）消聲器總成焊接拼臺：加工精度為±0.05 mm，主定位銷的位置精度為φ0.1 mm。

（2）夾具基準面至所有夾具垂直方向的測量點公差均為+0.1 mm，或者-0.1 mm，不能取±0.1 mm。

（3）水平面上定位孔之間的尺寸公差為±0.02 mm，表面粗糙度為1.6μm。

（4）所有的定位孔與基準面的尺寸公差為±0.05 mm，表面粗糙度為1.6μm。

（5）基準面之間尺寸公差為±0.1 mm，測量面之間的尺寸公差為±0.2 mm。

（6）支架的垂直度，每100 mm高的精度誤差＜0.01 mm。

（7）支架的平面度，每100 mm2的精度誤差＜0.01 mm。

（8）定位孔的同心度、平行度、垂直度的精度誤差＜0.02 mm。

（9）所有定位塊或連接塊之間均需定位銷固定，以保證工裝重復定位精度偏差＜±0.2 mm。

（10）所有定位壓緊要有防松結構，如彈墊、螺釘拉緊結構、鎖緊螺母要有并緊螺母等，以滿足工裝重復定位精度偏差＜±0.2 mm。

1.11 防錯防漏要求

下列情況之一，必須考慮防錯防漏等失效模式：

（1）易漏裝、易裝錯的小零件，如支架、小掛鉤、纖維、橡膠懸掛件等。

（2）不易分辨的類似零件，如類似的凈化器、消聲器、管件等。

（3）易裝錯方向的零件，如有前后端、上下面、左右面等要求的零件。

（4）無零件時可能對工裝有損害的，如無零件時會焊接工裝的情形。

（5）工裝動作不到位時，有撞槍或碰到其它工裝或設備的情形，如可移動的定位塊、二次動作的支架掛鉤定位機構等。

防錯防漏可以采取機械、激光、攝像、傳感器等方式實現(xiàn)。

1.12 安全要求

對于運動氣缸帶定位裝置的，必須先用手動推動來定位，氣動再推緊。對于手工焊接工裝，必須消除夾手風險，可采用預夾緊氣缸消除夾手風險，并加防護裝置和雙手啟動按鈕。其他情形考慮采用安全光柵進行防護。

1.13 防飛濺要求

產(chǎn)品所有的功能面、下道工序的定位面以及氣缸和電器等元器件，都需要有防焊接飛濺裝置，以保證焊具的穩(wěn)定性和可靠性，進而保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量一致性，以及操作人員的安全。

1.14 材料選用

消聲器焊夾具主要構件材料[4]按表2選用。

表2 主要構件材料匯總表

1.15 平臺化原則

焊具構件的模塊化和標準化設計[5]是產(chǎn)線平臺化的基礎，因此，在焊接夾具設計時，必須分析尺寸相近的數(shù)種同類產(chǎn)品，策劃好各道工序中底板的尺寸范圍，以及夾具各構件的尺寸范圍，在此基礎上進行構件的模塊化和標準化設計，最大程度的滿足多種產(chǎn)品的柔性生產(chǎn)，實現(xiàn)產(chǎn)線平臺化，降低投資成本。一般而言，滿足3~5種產(chǎn)品生產(chǎn)的平臺化產(chǎn)線綜合投資成本最佳。

2 結語

遵循平臺化設計原則設計消聲器焊夾具的每一構件的結構形狀和尺寸，按照上述相應的技術規(guī)范選取材料和確定形位公差、硬度等關鍵技術參數(shù)，完成夾具構件的設計，編上編號，就初步建立了一套完整的消聲器焊具設計技術規(guī)范。然后通過實際生產(chǎn)驗證，修改完善，逐步把具有共性的構件規(guī)范成非標件中的標準件或模塊件。在工裝夾具設計中，非標件中的模塊件和標準化件的比例越大，生產(chǎn)線的柔性化、平臺化程度就越高，更是智能制造的重要基礎。此后，凡是遇到類似規(guī)格型式的消聲器焊具設計，遵循這些焊夾具設計流程和技術規(guī)范，盡量選用設計資源庫中的模塊化和標準化構件，就可以高效快捷地完成焊夾具設計工作，而且無論何人設計，所設計出來的焊具水平都相差無幾，都能確保消聲器產(chǎn)品的質(zhì)量水平。