汽车焊装夹具研究现状论文

机械加工的发展史还要从机械发展来讲，三次的工业革命为历史的不同阶段！当机器制造机器开始时，机械加工行业开始不断兴起！机械行业的发展历程复杂，漫长！人类成为“现代人”的标志就是制造工具。石器时代的各种石斧、石锤和木质、皮质的简单粗糙的工具是后来出现的机械的先驱。从制造简单工具演进到制造由多个零件、部件组成的现代机械，经历了漫长的过程。几千年前，人类已创制了用于谷物脱壳和粉碎的臼和磨，用来提水的桔槔和辘轳，装有轮子的车，航行于江河的船及桨、橹、舵等。所用的动力，从人自身的体力，发展到利用畜力、水力和风力。所用材料从天然的石、木、土、皮革，发展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，制造陶瓷器皿的陶车，已是具有动力、传动和工作三个部分的完整机械。人类从石器时代进入青铜时代，再进而到铁器时代，用以吹旺炉火的鼓风器的发展起了重要作用。有足够强大的鼓风器，才能使冶金炉获得足够高的炉温，才能从矿石中炼得金属。在中国，公元前1000～前900年就已有了冶铸用的鼓风器，并逐渐从人力鼓风发展到畜力和水力鼓风。15～16世纪以前，机械工程发展缓慢。但在以千年计的实践中，在机械发展方面还是积累了相当多的经验和技术知识，成为后来机械工程发展的重要潜力。17世纪以后，资本主义在英、法和西欧诸国出现，商品生产开始成为社会的中心问题。18世纪后期，蒸汽机的应用从采矿业推广到纺织、面粉、冶金等行业。制作机械的主要材料逐渐从木材改用更为坚韧，但难以用手工加工的金属。机械制造工业开始形成，并在几十年中成为一个重要产业。机械工程通过不断扩大的实践，从分散性的、主要依赖匠师们个人才智和手艺的一种技艺，逐渐发展成为一门有理论指导的、系统的和独立的工程技术。机械工程是促成18～19世纪的工业革命，以及资本主义机械大生产的主要技术因素。动力是发展生产的重要因素。17世纪后期，随着各种机械的改进和发展，随着煤和金属矿石的需要量的逐年增加，人们感到依靠人力和畜力不能将生产提高到一个新的阶段。在英国，纺织、磨粉等产业越来越多地将工场设在河边，利用水轮来驱动工作机械。但当时的煤矿、锡矿、铜矿等矿井中的地下水，仍只能用大量畜力来提升和排除。在这样的生产需要下，18世纪初出现了纽科门的大气式蒸汽机，用以驱动矿井排水泵。但是这种蒸汽机的燃料消耗率很高，基本上只应用于煤矿。1765年，瓦特发明了有分开的冷凝器的蒸汽机，降低了燃料消耗率。1781年瓦特又创制出提供回转动力的蒸汽机，扩大了蒸汽机的应用范围。蒸汽机的发明和发展，使矿业和工业生产、铁路和航运都得以机械动力化。蒸汽机几乎是19世纪唯一的动力源，但蒸汽机及其锅炉、凝汽器、冷却水系统等体积庞大、笨重，应用很不方便。19世纪末，电力供应系统和电动机开始发展和推广。20世纪初，电动机已在工业生产中取代了蒸汽机，成为驱动各种工作机械的基本动力。生产的机械化已离不开电气化，而电气化则通过机械化才对生产发挥作用。发电站初期应用蒸汽机为原动力。20世纪初期，出现了高效率、高转速、大功率的汽轮机，也出现了适应各种水利资源的水轮机，促进了电力供应系统的蓬勃发展。19世纪后期发明的内燃机经过逐年改进，成为轻而小、效率高、易于操纵、并可随时启动的原动机。它先被用以驱动没有电力供应的陆上工作机械，以后又用于汽车、移动机械和轮船，到20世纪中期开始用于铁路机车。蒸汽机在汽轮机和内燃机的排挤下，已不再是重要的动力机械。内燃机和以后发明的燃气轮机、喷气发动机的发展，是飞机、航天器等成功发展的基础技术因素之一。工业革命以前，机械大都是木结构的，由木工用手工制成。金属(主要是铜、铁)仅用以制造仪器、锁、钟表、泵和木结构机械上的小型零件。金属加工主要靠机匠的精工细作，以达到需要的精度。蒸汽机动力装置的推广，以及随之出现的矿山、冶金、轮船、机车等大型机械的发展，需要成形加工和切削加工的金属零件越来越多，越来越大，要求的精度也越来越高。应用的金属材料从铜、铁发展到以钢为主。机械加工包括锻造、锻压、钣金工、焊接、热处理等技术及其装备，以及切削加工技术和机床、刀具、量具等，得到迅速发展，保证了各产业发展生产所需的机械装备的供应。社会经济的发展，对机械产品的需求猛增。生产批量的增大和精密加工技术的进展，促进了大量生产方法的形成，如零件互换性生产、专业分工和协作、流水加工线和流水装配线等。简单的互换性零件和专业分工协作生产，在古代就已出现。在机械工程中，互换性最早体现在莫茨利于1797年利用其创制的螺纹车床所生产的螺栓和螺帽。同时期，美国工程师惠特尼用互换性生产方法生产火枪，显示了互换性的可行性和优越性。这种生产方法在美国逐渐推广，形成了所谓“美国生产方法”。20世纪初期，福特在汽车制造上又创造了流水装配线。大量生产技术加上泰勒在19世纪末创立的科学管理方法，使汽车和其他大批量生产的机械产品的生产效率很快达到了过去无法想象的高度。20世纪中、后期，机械加工的主要特点是：不断提高机床的加工速度和精度，减少对手工技艺的依赖；提高成形加工、切削加工和装配的机械化和自动化程度；利用数控机床、加工中心、成组技术等，发展柔性加工系统，使中小批量、多品种生产的生产效率提高到近于大量生产的水平；研究和改进难加工的新型金属和非金属材料的成形和切削加工技术。进入21世纪的今天，机械加工行业还是在不断的发展更新！经过2008年的经济危机之后，世界制造业的中心偏向亚洲，以中国为领跑者，将越来越扮演着重要角色！

行行出状元 看你自己

在汽车焊接流水线上，真正用于焊接操作的工作量仅占30%～40%，而60%～70%为辅助和装夹工作。因装夹是在焊接夹具上完成的，所以夹具在整个焊接流程中起着重要作用。在焊接过程中，合理的夹具结构，有利于合理安排流水线生产，便于平衡工位时间，降低非生产用时。对具有多种车型的企业，如能科学地考虑共用或混型夹具，还有利于建造混型流水线，提高生产效率。一、汽车焊接工艺特点（一）材料与结构汽车焊接材料主要是低碳钢的冷轧钢板，镀锌钢板，及少量的热轧钢板。它们可焊性好，适宜大多数的焊接方法，但由于是薄板件，因而刚性差、易变形。在结构上，焊接散件大多数是具有空间曲面的冲压成形件，形状、结构复杂。有些型腔很深的冲压件，除存在因刚性差而引起的变形外，还存在回弹变形。（二）焊接方法汽车焊接方法主要有CO2气体保护焊和电阻焊。CO2气体保护焊应用范围较广，且对夹具结构要求不十分严格。电阻焊对夹具要求严格，尤其是多点焊、反作用焊和机器人点焊。因汽车焊接以电阻焊为主，所以本文将针对电阻焊夹具的设计进行探讨。（三）焊接工艺流程汽车焊接的基本特征就是组件到部件再到总成的一个组合再组和过程。从组件到车身焊接总成的每一个过程，既相互独立，又承前启后，因此组件的焊接精度决定着部件总成的焊接精度，最后影响和决定着车身焊接总成的焊接精度与质量，这就要求相互关联的组件、部件及车身焊接总成夹具的定位基准应具有统一性和继承性，只有这样才能保证最终产品质量，即使出现质量问题也易于分析原因，便于纠正和控制。焊接过程以流水线生产为主，所以夹具设计应有利于流水线的布置和设计，同时也考虑给生产管理提供方便。二、焊接夹具的设计方法与步骤1．在设计焊接夹具之前，应首先了解生产纲领、产品结构特征、工艺需要及生产线布置方式，作好充分的工艺调研，参照国内外先进的夹具结构，并结合实际情况确定夹具总体方案。诸如是固定夹具还是随行夹具，机械化、自动化水平是高是低，几种车型主要夹具是否混型共用等。2．根据焊件结构特点及所需焊接设备型号、规格，确定定位及夹紧方式；同时根据冲压件的工艺特点及后续装配工艺的需要选择合适的定位点及关键定位点。3．主体机构确定后，便可确定辅助装置。如水、电、气回路，气、液动元件以及覆盖件外部焊点所需保护铜板等。4．因焊接夹具总体结构都很庞大，空间结构及尺寸复杂，所以其设计应采用坐标法及模块化设计的方法，以提高设计效率。5．在进行夹具的具体结构设计时，应尽可能多的采用标准化元件，或提高自身的通用化、系列化程度。 三、焊接夹具的组成、结构及要求汽车焊接夹具通常由夹具地板、定位装置、夹紧机构、测量系统及辅助系统等五大部分组成。（一）夹具地板夹具地板是焊接夹具的基础元件，它的精度直接影响定位机构的准确性，因此对工作平面的平面度和表面粗糙度均有严格的要求。夹具自身测量装置的基准是建立在夹具地板上，因此在设计夹具地板时，应留有足够的位置来设立测量装置的基准槽，以满足实际测量的需要。另外，在不影响定位定位机构装配和定位槽建立的情况下，应尽可能采用框架结构，这样可以节约材料、减轻夹具自重，这一点对流水线上的随行夹具尤为重要。（二）定位装置定位装置中的零部件通常有固定销、插销、档铁、V型块，以及根据焊件实际形状确定的定位块等{图1所示为专用定位块}。1．因焊接夹具使用频率极高，所以定位元件应具有足够的刚性和硬度，以保证在更换修整期的精度。 2．为便于调整和更换主要定位元件及使夹具具备柔性的混型功能，定位机构应尽可能设计成组合可调式的。如图1中的定位元件A-1由产品形状确定，因此通过更换件A-1即可达到修整夹具和适应不同车型的需要。3．标准化设计。如图1中的支承件A-2，可设计成混、通用系列的元件。因汽车结构区别较大，尤其是重、中、轻、微型车，所以应根据车型分别指定汽车焊接夹具标准，以适应不同车型的需要。4．定位元件可选用厚度为16mm、18mm、20mm、三种尺寸的钢板，{如图1中件A-1、A-2}，统一备料。另外，定位元件的热处理应在夹具调试合格后进行，但应准确记录更改数据，并相应修整夹具资料，使之符合调试合格状况，为今后制造提供准确资料。夹紧机构汽车焊接夹具的夹紧机构以快速夹紧机构和气动夹紧机构为主。快速夹紧机构具有以下优点：1．如图2所示的快速夹紧器，其结构简单，动作迅速，从自由状态到夹紧仅需几秒钟，符合大批量生产需要。2．快速夹紧器根据需要可几个串联或并联在一起使用，达到二次夹紧或多点夹紧的目的。另外对定位精度较低的焊件能实现夹紧和定位同时进行，消除了专用定位元件。它还能通过转换其机构组成发挥更多作用，应用范围较广。3．配以螺纹调节压块，可纠正焊件变形，保证焊点搭边能紧密配合，不产生脱焊、虚焊现象，提高焊接质量。4．同气缸配套使用，可实现手动、气动混用，保证了流水线正常运行（图2）。（四）辅助机构辅助机构在焊接过程中发挥着重要作用。下面介绍三种常用辅助机构。1.旋转系统在夹具地板和夹具支撑中布置如图3所示的旋转系统，可使夹具体在平面上做360度旋转（为使转动灵活轻巧还配备有滚动轴承）。这样的系统可解决或克服焊机少的缺陷，因为当焊机不动，电缆长度有限时，转动夹具可使焊点移动到焊钳的工作区域进行焊接，使焊接工作方便轻松地进行，保证焊接质量。另外，为保证夹具在装夹、拆卸时能处于稳定工况，还应设计止动装置。2.翻砖机构如图4所示，当焊点处于中间位置时，如果用X型焊钳进行点焊，则焊钳无法伸进，喉深也不够，难以焊接；若用C型焊钳，如果夹具平放，虽能焊接，但工人的劳动强度大。所以设计夹具时，可将其设计成可翻转夹具，使焊件能向两边翻转90度，焊件平面处于竖直位置，这样工人只要将焊枪处于水平位置便可焊接，大大降低了劳动强度。在设计翻转夹具时需要设计止动机构，以防止夹具自动回复原位造成事故。3.反作用焊接机构在微型车和轿车底版部位的焊接总成中，如图5所示的中间位置焊点，是普通X型焊和C型焊无法焊接的，一般是采用反作用点焊进行焊接。在使用反作用点焊时，夹具中心需配置有反作用焊臂（见图5），反作用焊臂应具有一定的稳定性和刚性，在装夹焊件和取出焊件时，反作用焊臂应能旋转让位。 （五）测量机构利用夹具本体自身设计测量机构是提高夹具设计和制造精度的重要措施。在传统的夹具设计中，夹具合格的标准是利用实际冲压件进行装配组合来检验的，但由于冲压件不可能十分准确，部件总成更有累计误差，所以车身焊接总成的精度必然不高，很难达到设计要求。有不少厂家使用三坐标测量仪进行检验，可它对一些结构复杂的定位元件仍然无法测量。通过实践证明，利用夹具自身测量机构与三坐标测量仪配合使用，可大大提高焊接夹具的精度。1.测量机构组成（1）基准面和基准槽。测量机构的基准面为夹具地板的工作表面；基准槽是在夹具地板上设计两条相互垂直的十字交叉槽，其结构如图6。槽子的位置可由实际需要确定。（2）测量器具。测量器除常规量具、三坐标测量仪外，还需设计专用量块和方箱 2.实际测量时应注意的问题（1）定位元件的倒角应在测量、调试合格后进行加工，即保留测量点；（2）测量器使用要得当，防止人为误差造成的假象。若能使用三坐标测量仪时，可进行对比检查。四、典型夹具机构特点分析（一）点焊夹具点焊夹具结构简单，可以移动，应以轻巧、灵活为主，定位基准一定要准确。（二）CO2气体保护焊夹具这种夹具一般以固定式为主，其结构简单。但如果一副夹具仅焊一个组件，则效率太低，这时可将其依次或对称设计成几组定位夹紧机构，做到一具多用，以提高焊接效率。（三）综合夹具这类夹具所装夹组件，既有CO2焊，又有点焊。这对一些全点焊组件中有些位置不适宜在夹具上点焊，而一些焊点对外观和质量无特殊要求的焊件，如果用CO2焊先在夹具上预焊，则很方便，且夹具设计简单。所以应适当地进行工艺调整达到简化夹具和提高效率的目的。（四）大型焊接夹具中大型焊接夹具机构庞大、复杂，各部件总成与车身焊接总成之间既相互关联又相互制约和影响。（五）工艺措施与夹具的关系汽车焊接夹具是焊接工艺能否顺利、正确执行的保证，而工艺过程是否合理也影响夹具的设计和使用效果。如因散件装焊次序不同而产生的焊接质量差异等。因此工艺人员和工装设计人员应密切配合，设计出合理的夹具及工艺。（六）调试过程中的再设计对于大型焊接夹具，因结构复杂，调试时会出现许多设计、制造上的问题，以及焊接散件超差等现象。这就要求设计者根据实际情况予以指导修正。调试是一项很复杂的技术工作，而小批量调试和大批量生产又会出现许多不同的问题，因此设计者应随时了解情况，不断地予以修正，在调试过程中再设计。夹具调试还有另一项重要工作，即验证焊接散件是否合格，但调试时应避免因散件质量问题而认为夹具不合格的错误。当然散件有些是属于合理的回弹变形，有些误差也可通过夹具修正成合格品。因此夹具设计者应充分了解冲压件的工艺特性，通过合理的夹具设计，放宽冲压件的合格品范围。六、发展趋势1．为提高汽车产量，适应流水线生产，应细化工艺，使用高效率夹具，提高生产效率。2．为适应系列车型需要，应发展快速可调的混型夹具。3．提高夹具机具一体化程度，诸如多点焊机，车门包边焊接机等。4．采用新的设计方法，如坐标法、模块化设计法、计算机辅助设计等。5．提高夹具通用化、系列化、标准化水平。