某车型汽车A柱加强板焊接总成夹具的设计

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  摘要:本文通过分析汽车A柱加强板的结构特点,在分析产品焊接工艺的基础上,根据 “六点定位”原理,采用“一面两销”和辅助定位,并通过双作用气缸夹紧与旋转机构作为整体结构方案,实现了不同维度的多点焊接,与传统焊接方案相比,焊接精度得到保障的同时,解决了焊件装配定位和夹紧时的繁重体力劳动问题,提高了生产效率。
  关键词:焊接;夹具设计;定位原理;紧固装置
  汽车A柱加强板是汽车零部件中不可缺少的关键部位,其制造是汽车制造业中一项重要的工程,伴随着我国汽车需求量的不断增大,汽车制造业也得到了飞速的发展,进而在汽车焊接线需求量不断增加的同时,对其质量上也提出了更高的要求。多件装夹焊接总成夹具产品越来越多,目的是为缩短加工时间,提高效率。为了减少工件的装卸时间和劳动力,各种气动和液压夹紧、杠杆夹紧、凸轮夹紧等机构不断地更新换代。夹具结构的简单化、标准化,为工件焊接进行多面和多件加工创造了良好地条件。[1][2]
  本文以某型号汽A柱加强板为例,在分析产品焊接工艺的基础上,根据 “六点定位”原理,采用“一面两销”和辅助定位方案,合理选择加紧和转动装置,从而确定整体方案,实现对该汽车配件焊接夹具的设计。
  1产品的结构特点及焊接工艺分析
  如图2所示焊件1,在1、4处需要用夹紧机构将其夹紧,限制它在z轴上的移动自由度,也限制它在x轴上的转动自由度,此处不能用支撑体限制它的自由度,因为工件形状不规则,不易固定,而且工件相对于薄;在2、5处需要用支撑体来限制它在x轴上的移动自由度,也限制它在z轴上的转动自由度,此处不能用夹紧机构,因为用夹紧机构会将它的形状改变;在3、6处有其他工件与其装配,故这里需要用支撑体配合螺母限制它的y轴上的移动和转动自由度,同时,将其与焊件2如(如图3所示)、焊件3如(如图4所示)进行装配;
  如图3所示为焊件2,需要将其自由度在空间中完全固定住,不能让其发生位置变动,否则会影响到焊接加工工艺,将工件表面的污渍清理干净,否则会影响到工件的装配与焊接。[3]其中1处是与焊件1的3处相装配,用支撑体将其支撑,然后用螺母将其与工件1装配,然后用焊条焊点将两处工件焊接在一起;2处需要用支撑体将其支撑,并限制工件的自由度,属于过定位,因为1处一个不能将工件完全固定住与支撑;
  如图4所示为焊件3,工件上3处需要用夹紧机构将其夹紧,限制在z轴上的移动自由度,也限制它在x、y轴上的转动自由度,此处不易用支撑体,因为工件3需要跟工件1焊接,工件薄焊接时支撑体没压力,会让工件发生错位;2处是与工件1的6处相装配,用支撑体将其支撑,然后用螺母将其与工件1装配,然后用焊条焊点将其焊接在一起; 1处需要用支撑体将其支撑,并限制工件的自由度,属于过定位,因为2处不能将工件完全固定住与支撑;
  2 夹具定位方案的确定
  在焊接时,由于对工件有较高的位置要求和精度要求,不仅仅要求工件在夹具体中完全定位,更需要多处采取过定位的方法,因为工件精度较高,所以此项工艺中是允许过定位的。
  如图5所示,气缸1、气缸2、气缸3把工件1和工件2限制了在z轴方向上的移动和转动两个自由度,支撑点1和支撑点4把工件1限制x轴方向上的移动和转动两个自由度,支撑点2和支撑点3是把工件1限制y轴方向上的移动和两个自由度,工件2和工件3没有完全被固定住,所以需要用螺杆和钩形导杆配合单轴气缸和三轴气缸将其固定住,由此可见,工件在空间的六个自由度已经完全定位,限制了工件的移动。运用气缸推动连杆将整个焊接夹具推动到一定的位置,使整个夹具体转动到一定的合适位置,用焊条将它们焊接在一起。
  工件在夹具中的定位大致可以总结为:首先,将工件找到正确的位置,便于进行焊接,其次分析工件的自由度,任何一个钢体在空间都有六个自由度,要求工件在夹具中被完全定位,那么就必须要限制它在空间中的六个自由度,需要多个支撑点将工件完全定位,还要必须保证支撑分布的合理,每一个定位支撑点至少要限制了工件的一个自由度或者多个自由度,直至工件的六个自由度被完全限制,那么工件在空间的位置也就被确定下来了,工件在空间中也将无法发生移动。
  3 夹具结构方案的确定
  本设计焊接总成夹具的主要装置有由夹具基板、定位装置、夹紧机构和辅助机构。
  (1)夹具基板
  夹具基板是焊接夹具中基础零件,起着重要性作用,本设计采用的基板尺寸为1200×380×1,基准面积0.456m2,基板厚度为20mm,安装板厚度为15mm,故槽钢的型号选用C10。
  (2)定位装置
  焊接夹具定位装置是用来确定焊接工件的相对位置和装配关系的,定位装置一般有定位销和定位面两种,定位销是限制工件的自由度的,不起到固定作用。定位面一般根据焊接零件需要定位处的形状而做成的,没有具体的标准化。
  (3)夹紧机构
  汽车A柱加强板焊接总成夹具的夹紧机构是为了固定焊接工件,防止焊接点时因作用力过大或者过小导致零件发生错位變形,再者因旋转机构导致零件错位。主要分为手动夹紧机构和气、液动夹紧机构两种,为了保证焊接安全性问题,此次用双作用气缸夹紧机构来完成。
  (4)辅助机构
  为了夹具能够更加方便的运用于实际操作过程中,此次运用了双作用气缸来完成夹具体的转动。
  4 结语
  本设计根据 “六点定位”原理,采用“一面两销”和辅助定位,并通过双作用气缸夹紧与旋转机构作为整体结构方案,实现了不同维度的多点焊接,与传统焊接方案相比,焊接精度得到保障的同时,解决了焊件装配定位和夹紧时的繁重体力劳动问题,提高了生产效率。
  参考文献:
  [1]邱伟华,陈璟.基于数值分析的汽车A柱加强板数模型面改进[M].2019.9
  [2]刘丽斌.汽车车架焊接工艺分析及工装设计[J].2013.
  [3]马文彬.浅浅汽车钣金焊接夹具设计要素[J].商品与质量.2019,(18):122.
  作者简介:林伟健,硕士,讲师,研究方向:模具技术。
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