浅谈汽车钣金焊接夹具设计要素

[摘 要]焊接夹具是将焊接零件（以下简称焊件）精确定位和稳定加紧，保证焊件尺寸精度的一种辅助焊接设备。焊件批量生产中配备与焊件结构相适应的焊接夹具，对保证焊件尺寸精度，提高焊件生产效率和保证焊接质量稳定性三方面有至关重要的作用。焊件焊接工序生产过程中，焊接所占工时比例较小，约占单件生产工时的1/3～2/3。因此，使用自动化程度高的焊接夹具可以缩短焊件的装夹和取件时间，从而缩短焊件单件工时，提高生产效率，创造经济效益。

[关键词]汽车钣金；焊接；夹具；设计

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.14.072

[中图分类号]TG43 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2016）14-0-01

焊接夹具属于非标设备，在焊件焊接夹具设计时需要考虑以下设计因素。

1 定位基准

根据焊件图纸规定的基准设计焊接夹具定位基准，如果是单道工序保证焊接夹具定位基准与焊件图纸定位基准一致即可。如果是多道工序，尽量保证多道工序采用同一定位基准，以减少因不同工序的定位基准不同而引起的定位偏差。焊接夹具定位优先采用圆孔定位，然后是面定位，迫不得已才能采取边定位。

焊接夹具需要保证焊件6个自由度受到约束，不可过度约束，特殊情况下允许不饱和约束。焊接夹具定位基准的主基准与图纸要求一致，如焊件主基准是圆孔，焊接夹具则采用菱形销为主定位基准，数量一般为1～2个，尽量采取对角分布，辅助定位基准根据焊件具体情况可以是圆柱销、椭圆销或定位面。材质采用耐磨材料如CR12MOV加热处理48～52HRC。如果焊件主基准为面，焊接夹具则采用S定位块为主基准，数量为3个以上，材质采用耐磨材料如CR12MOV加热处理48～52HRC。以上定位基准的制作需要满足高精度要求，同时生产过程中存在磨损，因此为保证生产持续性需要保证定位基准的一致性和制定基准使用寿命，根据焊件材质和结构不同，定位基准在焊接8 000～10 000PSC后需要更换定位基准。以上措施可以有效减小焊件成品的尺寸偏差，提高焊件成品的尺寸精度。从而保证高的合格率，提高经济效益。

2 焊接变形

焊接时温度高冷却后焊接会因热胀冷缩和焊件的应力释放而有不同程度的变形，这就要求在焊接夹具设计时需要把焊接变形的因素考虑在内。实际生产中引起焊接变形的因素众多，人员、机器、原料、方法、环境的任一变化都有可能引起严重的焊接变形，尤其对于长条形、壁薄零件的焊接变形更大。本文从焊接夹具设计入手讨论如何减小焊接变形度。焊接夹具除以主定位基准、副定位基准保证焊件尺寸精度外，对于长条形和薄壁形焊件，在容易变形位置需增加夹持装置以保证焊件变形量在可控范围。通常增加夹持装置的位置为焊件的面，设计焊接夹具时需设计为在正负公差范围内可微调结构，一般用1～2毫米不等厚度的特定形状的铜片或铝片进行调节，以保证焊接调试时调试焊接夹具方便高效。

3 焊缝质量

焊缝质量是焊件质量的关键，焊缝质量的评价因素包含焊缝位置、焊缝长度、焊缝熔深等技术要求。影响焊缝质量的因素众多，实际生产中人员、机器、原料、方法、环境任一要素的波动都可能引起焊接质量的波动，从而造成产品合格率低下，不能满足生产需求。本文从焊接夹具的角度入手讨论焊接夹具对焊接质量的影响。为保证焊接满足焊件图纸关于焊缝位置、焊缝长度、焊缝熔深等技术要求，设计焊接夹具时需要把焊枪位置、焊枪大小和长度、焊接夹具旋转角度等因素考虑在内。首先，要保证焊枪位置能满足焊缝位置的要求，如有部分焊缝位置焊枪无法进入焊接，优先考虑增加焊接夹具复杂程度能否满足要求，再考虑增加焊接夹具数量能否满足要求，以上两种措施如都不可行则考虑手工补焊该焊缝。其次，需要考虑焊枪大小和长度，焊接夹具上需预留焊枪直径大小和长度能够顺利穿过的孔，以保证焊接顺利进行。最后，还需要考虑焊接夹具的旋转角度，一般机器人焊接可以任意旋转角度，如果需要焊接夹具旋转360度以内，一般焊接夹具都能做到。如果需要焊接夹具旋转360度以上，为避免汽缸气管打结，汽缸气管接头需采取可以旋转的接头。设计焊接夹具时采取以上措施，可以有效保证焊缝位置、焊缝长度和焊缝熔深达到焊件图纸要求，保证焊件具有高合格率，从而提高经济效益。

4 互换性

焊接夹具属于非标装置，尽管焊接产品不同，焊接夹具也会有所不同，但同一类型的夹具尽量做到结构的模块化、标准化，以减轻制作焊接夹具的工作量和保证焊接夹具维护工作的高效率。例如：焊接夹具安装孔径和距离一致，气管直径大小一致，气管接头大小一致，汽缸规格一致及夹具微调垫块一致，保证以上所述一致性就能保证焊接夹具设计和维护的互相性，从而大大提高生产效率，保证经济效益。

5 经济性

焊接夹具属于非标设备，根据焊件尺寸精度和结构的不同，焊接夹具设计的精度和结构也是不一样的。合理的焊接夹具设计不仅能满足焊件质量和焊接效率的要求，而且也满足焊接夹具制作的经济性要求，具体从材料和加工性两方面考虑。定位销、定位面及保证尺寸的夹持面需要选择耐磨材料和热处理，其他结构部分可选取A3或45#加表面处理的方式。同时，所有部件还需考虑可加工性及加工的经济性。在满足焊接夹具技术要求的前提下，最大程度地减少材料成本支出和加工成本消耗。

以上所述是焊接夹具设计需要考虑的几个主要因素，在具体的设计过程中需要综合考虑，只有在满足焊件技术要求的前提下，尽量通过焊接夹具的设计提高焊接稳定性，提升焊接效率，减小焊接夹具制作成本，这样才能适应现代工业生产的要求。