焊接工装夹具设计原则的研究

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1.沈阳金通汽车零部件制造有限公司辽宁沈阳110027

2.沈阳远大智能工业集团股份有限公司辽宁沈阳110027

摘要：本文讲述了焊接工装夹具的作用和组成，详细介绍了工装夹具的设计原则，好的焊接工装夹具可以极大程度的提高劳动生产率，促进焊接结构的生产机械化和自动化。

关键词：焊接工装夹具的定义作用组成设计原则

焊接工装夹具就是将焊件准确定位和可靠夹紧，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。

焊接工装夹具的作用：（1）准确可靠的定位夹紧，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）有效的防止和减轻了焊接变形。（3）使工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成型性良好、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使用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。

焊接工装夹具的组成：（1）定位装置及定位组件。用于确定工件在夹具中的正确位置，如定位销，定位块等。（2）夹紧装置及夹紧组件。用于夹紧工件，在加工时使工件在夹具中保持既定位置。（3）夹具体。用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。最基本的结构如底板、固定支架及各个组成部分锁紧用的螺丝、销及键等。（4）部分夹具还配备动力装置、滑动机构、检测装置等。

焊接工装夹具的设计原则：焊接构件种类繁多，专用性强，多数焊接工装属非标设备，一般是依据焊接构件的装配焊接工艺和产品结构特点、企业生产条件以及实际需要而专门设计。焊接工装设计的质量，对生产效率、加工成本、产品质量以及生产安全等有直接影响。事实表明，通过使用设计合理的工装进行装配焊接，能够满足图纸尺寸要求、方便操作、焊接可达性好，可以有效保证产品的质量，并极大地提高劳动生产效率。为此，设计焊接工装时必须考虑几个方面的基本原则和要求。

工艺性原则：

1.焊接工装既要有较好的使用性能，又要保证装配工艺要求，同时力求结构简单、轻巧，操作时动作迅速，且便于制造。

2.工艺原则指所设计的工装应能满足产品的下述装配和焊接工艺要求。

3.在薄板对接和搭接时，由两块薄板的零部件组成，出于焊接方便或易于控制焊接变形等原因，装配和焊接工序可能是先装完后再焊，所设计的工装应能适应这种生产情况。

4.焊接是局部加热过程，不可避免产生焊接应力与变形，在工装上设置定位器和夹紧器件时要充分考虑焊接应力和变形方向。

5.通常在焊接平面内的伸缩变形不作限制，通过收缩余量的方法让其自由收缩；而焊接平面外变形，如角变形、弯曲变形或波浪（即凹凸不平）变形等宜用夹具加以控制；有时还要利用夹具做出反变形的措施，这些都要求由定位和夹紧器件来完成。

6.用电作热源的焊接方法，一般都要求焊件本身作为焊接回路的一个电极，就可能要求焊接工装夹具有导电或绝缘功能。当电流较大时，导电部分还需有散热措施。

经济性原则：

1.在明确生产纲领的前提下，对产品进行焊接工艺分析，然后根据产品批量大小，制定工装设计方案。实际应用的焊接工装并不一定有多复杂要根据工件的具体情况。提倡小夹具大效益的效果。

2.在进行工装设计时，应尽量考虑采用通用标准化元部件，使之与夹具有机组合，灵活应用这种设计方法，可以简化工装，降低工装制作成本，而且能很好地保证工装制作精度。在可能的情况下，尽量设计通用焊接工装、组合夹具、可调夹具或柔性工装，对这些工装不需要调整或稍加调整，就能适用于相似类型构件的装配和焊接工作。

可靠性原则：

1.可靠性，则是指产品在规定的时间内和给定的条件下，完成规定功能的能力。它不但直接反映产品各组成部件的质量，而且还能影响整个产品质量性能的优劣。可靠性分为固有可靠性、使用可靠性和环境可靠性。可靠性的度量指标一般有可靠度、无故障率、失效率。

2.焊接工装必须具有安全可靠性，保证工装在试用期内，凡受力构件都应有足够的强度和刚度。操作位置要设置在工人易接近的部位，以保证安全生产。

艺术性原则：

1.要求工装设计造型美观，在满足功能使用和经济许可的条件下，使每位操作者能感受到美观。造型美法是将形式美法包括在内，如变化与统一、均衡与稳定、比例与尺度、对比与调和等，综合各种美感因素的美学原则，也是适应现代工业和科学技术的美学原则。

2.造型设计的原则：实用是第一位的，美观处于从属地位，经济是约束条件。工业产品造型设计首先要满足实用功能，设计的好坏并不由设计者鉴定，而最终是由使用者鉴定。工业产品一旦丧失了使用功能，其艺术价值也随之丧失。但也不能把使用功能和艺术造型对立起来，两者是辩证统一的。功能决定造型，造型表现功能，但造型既不是简单的功能件组合，也不是杂乱无章的堆砌，而是建立在人机系统协调的基础上，应用一般形态构成艺术规律和造型美学法则对其加以精炼和塑造，使功能更加合理，造型恰到好处。

在焊接工装夹具设计过程中，从材料的选择开始至夹具的设计与制作，以及最后的装配，都要满足理论与实践的统一。材料的选择要符合实际生活中经济性和实用性，夹具的设计与制作不仅符合理论的知识，还要符合在实际过程中的应用。

参考文献：

[1]杨握铨.汽车装焊技术及夹具设计（M）.北京理工大学出版社，1996.

[2]贾安东.焊接结构及生产设计.天津大学出版社，1989.