某車型汽車A柱加強板焊接總成夾具的設計

摘要：本文通過分析汽車A柱加強板的結構特點，在分析產品焊接工藝的基礎上，根據 “六點定位”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機構作為整體結構方案，實現了不同維度的多點焊接，與傳統焊接方案相比，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，提高了生產效率。

關鍵詞：焊接;夾具設計;定位原理;緊固裝置

汽車A柱加強板是汽車零部件中不可缺少的關鍵部位，其制造是汽車制造業中一項重要的工程，伴隨著我國汽車需求量的不斷增大，汽車制造業也得到了飛速的發展，進而在汽車焊接線需求量不斷增加的同時，對其質量上也提出了更高的要求。多件裝夾焊接總成夾具產品越來越多，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、凸輪夾緊等機構不斷地更新換代。夾具結構的簡單化、標準化，為工件焊接進行多面和多件加工創造了良好地條件。[1][2]

本文以某型號汽A柱加強板為例，在分析產品焊接工藝的基礎上，根據 “六點定位”原理，采用“一面兩銷”和輔助定位方案，合理選擇加緊和轉動裝置，從而確定整體方案，實現對該汽車配件焊接夾具的設計。

1產品的結構特點及焊接工藝分析

如圖2所示焊件1，在1、4處需要用夾緊機構將其夾緊，限制它在z軸上的移動自由度，也限制它在x軸上的轉動自由度，此處不能用支撐體限制它的自由度，因為工件形狀不規則，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軸上的轉動自由度，此處不能用夾緊機構，因為用夾緊機構會將它的形狀改變;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，因為1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處需要用夾緊機構將其夾緊，限制在z軸上的移動自由度，也限制它在x、y軸上的轉動自由度，此處不易用支撐體，因為工件3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，因為2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，因為工件精度較高，所以此項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動兩個自由度，支撐點1和支撐點4把工件1限制x軸方向上的移動和轉動兩個自由度，支撐點2和支撐點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完全定位，限制了工件的移動。運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為：首先，將工件找到正確的位置，便于進行焊接，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生移動。

3 夾具結構方案的確定

本設計焊接總成夾具的主要裝置有由夾具基板、定位裝置、夾緊機構和輔助機構。

（1）夾具基板

夾具基板是焊接夾具中基礎零件，起著重要性作用，本設計采用的基板尺寸為1200×380×1，基準面積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。定位面一般根據焊接零件需要定位處的形狀而做成的，沒有具體的標準化。

（3）夾緊機構

汽車A柱加強板焊接總成夾具的夾緊機構是為了固定焊接工件，防止焊接點時因作用力過大或者過小導致零件發生錯位變形，再者因旋轉機構導致零件錯位。主要分為手動夾緊機構和氣、液動夾緊機構兩種，為了保證焊接安全性問題，此次用雙作用氣缸夾緊機構來完成。

（4）輔助機構

為了夾具能夠更加方便的運用于實際操作過程中，此次運用了雙作用氣缸來完成夾具體的轉動。

4 結語

本設計根據 “六點定位”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機構作為整體結構方案，實現了不同維度的多點焊接，與傳統焊接方案相比，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，提高了生產效率。

參考文獻：

[1]邱偉華，陳璟.基于數值分析的汽車A柱加強板數模型面改進[M].2019.9

[2]劉麗斌.汽車車架焊接工藝分析及工裝設計[J].2013.

[3]馬文彬.淺淺汽車鈑金焊接夾具設計要素[J].商品與質量.2019，（18）：122.

作者簡介：林偉健，碩士，講師，研究方向：模具技術。