低碳鋼板汽車門框焊接夾具設計研究

吳宣昊

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330000）

社會經濟的增長提高了人們生活質量，汽車逐漸成為人們日常生活的需求，也推動了汽車制造業的快速發展。隨著時代的進步，社會經濟的快速發展導致了高科技技術的快速發展，人們對物質水平的需求不斷提高[1]。汽車作為生活當中的重要交通工具，在方便了人們出行的同時，也節省了人們的大量時間，提高了人們的生活質量。在汽車生產中，企業必須在生產線上至少有數百個焊接站負責汽車焊接。在這些焊接站中，焊接夾具是生產設備之一，可以精確地確保焊件的尺寸。有效提高焊接精度和效率，減少焊接后的焊接變形和殘余應力，焊接是汽車車身制造中的一個重要過程，因此對于低碳鋼汽車門框焊接夾具設計研究是具有必要性的[2]。

1 焊接夾具設計

1.1 焊接夾具設計原則

焊接夾具的基本功能是在門框焊接過程中精確定位和夾緊焊件，目的是確保每個焊件的尺寸，形狀和相對位置的準確性，因此需從定位準確性、焊點位置、靈活簡便、操作便捷、便于施焊、強度剛性和設計標準化方面對其設計原則展開分析。

（1）定位準確性。如何精確地將焊件固定在焊接位置，使夾緊力滿足要求。由于夾緊力太小，不會導致焊件在焊接過程中松動或移動，并且由于夾緊力不會太大。結果，焊接后焊件受到更大的限制，這會影響焊接質量[3]。

（2）焊點位置。必須定位夾具的位置以避免焊點的位置并避免兩個位置的重合。固定裝置的位置必須固定并固定在沒有焊點的地方。焊接過程中夾具的位置和焊點的位置是夾具設計的重要部分。

（3）靈活簡便。當汽車處于車身定位參考設計時，車身板件中的孔用作焊接夾具設計的參考孔，焊接夾具的精度用于定位和支撐焊接夾具。

（4）操作便捷。焊裝夾具在設計當中，采用合理的機械結構設計，使焊接夾具在焊接過程中，對于工作的位置夾緊動作迅速連貫，保證了焊接質量[4]。

（5）便于施焊。在工作過程中，焊接夾具必須有足夠的焊接空間，以避免因空間不足而干擾焊件的焊接。焊接時要注意結構的可加工性，并在零件磨損或報廢時方便維修和更換。

（6）具有一定強度和剛性。焊接夾具焊接時，夾具必須具有一定的強度和剛度。如果夾具的強度和剛度不夠，則會影響焊件的形狀和尺寸精度，影響夾具的工作質量。

（7）設計標準化。在焊接夾具的設計過程中，采用通用的定位夾緊機構和標準元件來提高夾具設計的精度和工作生產效率。

1.2 定位元件設計

過度定位的形式用于確保使用定位部件設計車門框架的精確形狀，可靠的定位設計用作柱端外側的參考，實現了上梁和前柱的精確對接，定位元件的設計在對接的左側和右側的定位精度中起重要作用。車門框門上的門窄而長，上門梁和下門梁之間的空間較大，以便更好地焊接，除了在車門兩端定位外，要在中間加一個用于支撐的定位機構，防止在焊接過程中造成其變形。通過使用支撐板和定位器來執行車門框架的焊接，定位元件的設計在夾具中的支撐板、擋塊與定位器中起到了關鍵的定位作用。

1.3 支撐機構與夾緊

夾緊機構和支撐機構位于定位夾緊裝置中，定位夾緊在相應位置直接固定在夾緊基板上。在下連接板部件的設計中，定位夾緊機構設計成將夾緊裝置與支撐機構分開，使其成為兩個不同的部件。定位夾的設計主要考慮以下因素：

（1）確保連接件在裝卸中的順利連接。在裝載和卸載過程中，連接構件的部件尺寸相對較大并且具有多彎曲的突起，這對于平滑連接是不利的。定位夾緊機構利用夾緊和支撐一體式的裝置，在進行下連接件裝配時，就會干涉定位夾緊機構的工作，部件裝卸站的精度直接導致焊槍在工作空間中的不足。為了避免這種現象，夾緊機構和支撐機構分開設計，上壓塊和固定塊的長度加長，同時避開下連接件。確保組裝和焊接工作順利進行是焊接夾具的一項重大創新。

（2）確保夾具在工作中的可調節性。在待焊接部件的組裝過程中，夾具的精度存在裝配誤差。如何利用夾具的三維可調節性，通過使用夾具各部分的接合面進行一定的余量調整，提高了夾具的裝配精度，并將支撐機構設計為可調支撐模式。

上連接板的空間的定位結構相對復雜，并且在焊接過程中容易變形。針對上連接板定位點設計，如圖1所示。

圖1 上連接板定位點圖

由圖1可知，在上連接板的表面上設置定位孔，并將R1作為定位孔設置為上連接板的參考孔。上連接板在X軸和Y軸方向上的移動受到限制，定位孔由圓柱形支撐定位銷定位。將R2，R3設置在下連接板的邊緣，R4設置在上邊緣，R5設置在中間，以設置定位點。限制上連接板圍繞X軸和Y軸的旋轉以及沿Z軸方向的移動，從而避免連接板由于其自身重力而變形。用于在焊接過程中夾緊的上連接板的組裝位置的精度。

1.4 可調整支座設計

定位夾緊的設計實現了所需的定位精度，也滿足了焊接工作中焊槍所需的工作空間，對于調整三維精確性起到了很好的作用。可調支架設計主要由兩部分組成：可調底座和限位支撐機構。在焊接夾具的設計中，限位支撐機構由L形定位調節框架組成。這兩部分在位置上起到了定位支撐的作用，可調整支座在結構上比較簡單，在焊接加工方面非常容易，而且，調整方便靈活，即整套燈具的重量減輕，材料大大節省。

1.5 氣缸的選擇

焊接夾具的自動化程度主要基于氣動系統。門框部件的高效生產也與氣動系統密不可分。在選擇汽缸時，首先需要確定汽缸的開啟角度和汽缸的行程，并確定在釋放和卷取期間焊件與焊接夾具之間的距離。氣缸打開后，可以根據表1選擇所需的行程。

表1 氣缸打開角度與行程關系

1.6 焊接夾具設計的實現

焊接夾具在生產過程中由繪圖軟件CATIA繪制，并根據圖紙要求完成精確加工，焊接夾具在制造完成后進行測試。無論這些設計和制造是否合理應用，都必須進行嚴格的調試實驗，否則會嚴重影響整套焊接夾具的性能。圖2顯示了焊接夾具的物理圖。

根據上述內容，能夠完成對低碳鋼汽車門框焊接夾具的設計，經過嚴格調試，使其滿足汽車門框設計標準，為保證車輛行駛安全提供有效途徑。

圖2 焊接夾具實體圖

2 結束語

汽車門框的焊接夾具設計起著重要作用，夾具可以定位焊接夾具以確保焊接工作的質量。先進的夾具定位方便，操作方便，改變了框架焊接后易變形，易穿透的缺陷，提高了焊接質量。焊接夾具的設計加速了汽車焊接生產線的發展，焊接夾具的設計是針對汽車門框部分進行的研究設計，實現了定位準確、操作簡單，促進了汽車行業的順利發展。本文仍存在不足之處，需要進一步分析：①專家系統用于車體焊接框架夾具的設計，系統利用計算機存儲夾具的設計方案，為設計方案建立數據知識庫和規則庫，使焊接夾具設計發展到智能化技術。②加強車身焊接夾具的柔性設計，在現有夾具的設計中，雖然改進了設計也提高了夾具的柔性化，但是，隨著高科技時代前進的進步，還需要設計更先進的高級焊接夾具和焊接線。