焊接工装夹具在汽车制造业的发展
摘要
东莞市三威柔性自动化装备有限公司专注于工装夹具、焊接工装、柔性组合工装、专用工装夹具、自动专机、智能焊接工装工艺装备及提高生产效率解决方案的研发和运营。

装配夹具和焊接夹具在汽车车身装配和焊接生产线与生产制造优质的汽车设备息息相关，焊装夹具是焊接工艺的重要组成部分，装配和焊接夹具除了是完成这个过程中零部件装配的途径和定位，同时在生产线上也作为一个测试和校准程序，完成检测焊接配件和焊接质量的任务。

因此焊装夹具的设计和制造，直接影响焊接过程中汽车的生产能力和产品质量。

汽车焊装夹具是保证其制造质量，缩短制造周期的重要手段。

因此，正确理解焊装夹具的设计要点，改善和提高焊装夹具的设计手段和设计水平，并提高夹具的调整和验证水平等三方面都是必不可少的，也是汽车制造公司在竞争中得以生存需解决的问题。

汽车的风格不同，焊接夹具的形状，因而有着很大的不同，但在设计、制造和调整都是一样的可以借鉴的。

一.焊接工装夹具
焊接工装夹具就是将焊件准确定位和可靠加紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊件结构精度方面要求的工艺装备。

在现代焊件生产中积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等方面起着非常重要的作用。

在焊接生产过程中，焊接所需的工时较少，而约占加工工时的2/3以上的时间是用于备料、装配及其他辅助的工作，极大地影响着焊接的生产速度。

为此，必须大力推广使用机械化和自动化程度较高的装配焊接工艺装备。

焊接工装夹具的主要作用有以下几方面：
（1）准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。

减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。

（2）有效地防止和减轻了焊件变形。

（3）是工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成形性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。

（4）以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。

（5）可以扩大先进的工艺方法的适用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。

二.汽车焊接工装夹具
中国汽车工业经历了从无到有、从小到大，从货车时代到轿车时代，从“公车”到“私车”的发展过程，其创建、成长的每一步都成为中国制造业发展与开拓的见证。

而作为汽车生产四大工艺之一的车身焊装生产线，也经历了一个从低端到高端，从手动到自动的发展过程。

为了赶上国际水平，在提高产量的同时，要求努力提高汽车制造质量，因此对焊装夹具也提出了新的要求，以满足更快的新品开发速度。

在研发新车型的过程中，需要一种柔性化、模块化的三维组合工装替代传统的专用工装，可以大量缩短设计、制造时间，并可以反复使用，节约研制成本。

同时，在专用车辆，工程车辆和大客车的生产中，由于批量小、客户要求不同，使用柔性化工装制造也是非常实用和经济的方法。

1.焊装工装夹具的发展
焊装夹具也称焊接工装夹具，它与焊接变位机械装备在焊接结构生产中总称为工艺装备。

其中，工装夹具包括夹紧器、定位器、推拉装置等。

夹紧器是焊装夹具中最基本、应用量最多的设备，通过夹紧器对焊接工件的夹紧，可有效保证焊接工件的焊接精度和焊接质量。

从50年代开始发展的中国汽车制造业，以手工焊和电阻点焊作为主要加工手段，跨出了汽车制造的第一步，其焊装夹具也主要是以手工操作为主。

夹紧器的应用经历了以手动夹紧器为主，到以拉杆式气缸驱动夹紧机构为主，再到现今的以气动一体式夹紧器为主的一个发展过程。

2.焊装夹具对夹紧器/机构的基本要求
1）、夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠；
2）、夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损坏零件表面质量；
3）、夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调的；
4）、结构力求简单，便于制造和维修。

3.柔性组合焊接工装的应用
焊接工装夹具过去一直没有受到机械焊接与切削行业的重视。

各厂家都实行自己开发设计制造，专用性强，费时费工，工装成本非常高。

柔性组合焊接工装基本上是一个空白。

东莞三威公司在自身承接客户变化多样的结构件的生产过程中，应用组合夹具的设计思想，以其创意和创新的巧妙构思、灵活多样的结构组合，独创了组合式三维焊接工作台，并逐渐从满足自我的使用到供应给各行各业的用户。

柔性化的焊接工装免除了设计人员重复设计和制作工装的投入,在短短10年左右的时间内，就已经在几千家欧美著名的机械焊接与切削行业成功应用。

3.1柔性组合焊接工装概述
东莞三威公司三维组合焊接工作台有D28和D16两个系列。

在高精度的台面上，每隔100mm均布D28的圆孔或每隔50mm均布D16的圆孔，这些孔可用于拼接各种功能的定位模块和夹具。

各种功能模块除台面外，还有定位块，直角块，立柱，任意角度调整，V形块，销栓，各类快速夹具，间隙调整片及各种辅助模块。

模块的设计构思巧妙，可以进行各种组合和反复应用。

用于模块之间互相紧固连接的销栓，内部采用五个同心钢珠。

销栓松开时，钢珠退入销栓内，此时销栓可方便地插入模块的孔内。

当用手逐渐拧紧时，五个钢珠逐渐弹出，自动对中并夹紧模块。

用扳手扳紧后，其对模块的夹紧力可达5吨，剪切力可达25吨。

3.2柔性组合焊接工装特点
东莞三威三维柔性组合焊接夹具系统广泛应用于各类钢结构、工程机械制造、压力容器、建筑框架、汽车工业、自行车(摩托车)制造、钣金加工、金属家具、工业管道(法兰)、机器人技术以及设备装配和检测设备等。

这种组合夹具的突出优点是：1）模块化：所有组件分门别类，进行了标准化和系列化，互相匹配。

选用最少的模块，就可以实现各种快速定位和夹紧的功能。

2）柔性化：拼装方式多样，用户只要充分发挥想象力，几乎可达到任何专用夹具同样的定位和夹紧功能。

拼装快速，装拆方便；工作台面可以根据工件形状、大小进行拼装组合。

台面上的刻度和模块尺寸的设计，使操作工人不用量具就可以根据工件尺寸迅速搭出所需要的工装。

3）高精度：工作台面和各种功能模块上每隔50或100mm 配套的D16或
D28的圆孔，任意孔的孔间距尺寸公差小于0.02mm，这种精度将会反映在用户所加工的产品中。

所以，也有用户将此工作台用作检具的基准平台。

4）专利设计：各功能模块中有不少是专利产品，如模块间连接采用的销栓，为防止工件在夹紧过程中移位而特殊设计的带补偿的弹性夹具等。

5）三维立体设计：模块中的立柱，直角块可用于向三维空间拼接，便于生产各类立体构件。

3.3柔性组合焊接工装应用
有了这种组合焊接工作台，对于不断重复设计工装的用户来说，就可大大节约重复投资耗费在工装上的设计制作时间和资金。

用户可根据需要快速拼接出不同要求的工装，就像儿童玩拼装式玩具一样。

这种三维柔性工装可用于汽车制造行业，工程机械行业，钢结构生产行业，扳金加工行业，自行车（摩托车）制造行业，与焊接机器人或专用焊机配套等等。

如：德国Benz公司（斯图加特工厂）在汽车模具和检具上的应用；Liebherr和MAN公司在生产工程车辆和机械中应用siegmund工装, 焊接拼装底盘和车架；Schwing Stetter公司应用siegmund工装生产搅拌车和建筑机械；用siegmund工作台作为Trumpf 公司的激光焊接和切割设备的工作平台。

当然，作为日常工作必不可少的辅助工具，siegmund产品更广泛地应用在各种焊接场合中。

相信在我国焊接工艺不断发展中，siegmund产品一定能得到越来越多的中国用户欢迎。

(1)应用实例一下图所示为某厂生产装载机的承重臂。

由于这一承重臂规格多，批量不大，以前在焊接前必须制作专用焊接工装，以保证左右臂的平行度及弯角的角度。

这样仅从设计到制作完成工装，就至少需要4周的时间，而且要投入大量资金；用完以后，工装还需要一定的空间存放，以备下次使用。

有了西格芒柔性组合工装后，从考虑构思工装到拼装完成，最多一天时间(随着对西格芒柔性工装熟悉程度的提高还可大大缩短)。

用完后这套工装可立即拆除，再搭建其他工装，不占用空间。

即使过若干年后，用户再来订做更换备件，也不用担心工装的问题。

这一实例中比较重要的定位尺寸为左右臂两端部及转角部位轴孔的同心度。

建议焊接前使用辅助的芯棒对穿两孔，然后将芯棒夹持于工作台面上。

完成焊接后松开并抽出芯棒。

(2)应用实例二下图为某著名汽车厂在开发新车中使用的西格芒柔性工装。

整个汽车的框架都用西格芒工装定位和夹紧。

这样做的目的，一是这种车型本身的批量不大，不适用专用流水线焊装；另一种是为大批量生产的焊装生产寻找最佳的夹紧工艺。

(3)应用实例三下图所示为某管道中一节弯管(法兰)的焊接实例，由于使用了西格芒柔性工装，保证了法兰定位的精确，避免了管道最后安装时的错位。

由于西格芒三维组合工装的灵活性，它的应用实例是大量的。

对于较简单的平面构件、立体框架、箱体等焊接时的定位，它可以非常方便地实现。

即使是较复杂的构件，实际上也可以通过分步焊接来实现。

这样既实现了操作的方便性，又大大提高了工作台的利用率。

实践证明，该三维组合焊接夹紧系统可以按照用户的充分想象，在绝大部分的焊接过程中获得应用。

关键词：工装夹具、焊接工装夹具、焊接平台、柔性组合焊接工装夹具、汽车焊接工装夹具。