焊接工装夹具在生产中的应用与设计实践

【摘要】工装夹具是机械制造中最基本的工艺元素，正确合理的使用工装夹具是进行零部件焊接的先决条件，工装夹具的正确安装和固定是保证焊接工艺的质量、焊接的生产率和成本的关键因素。在现代制造业中，工装夹具的成本要占整个生产系统的10%-20%，尤其是近几年来焊接工艺技术的快速发展，面向对象的焊接工艺和焊接工装夹具得到了广泛的应用和推广。文章根据自身经验和理论研究，对焊接工装夹具的应用与设计进行了研究，以供参考。

【关键词】焊接工装夹具；生产；应用与设计

一、焊接工装夹具的作用

在企业焊接制造生产过程中，焊接工装夹具主要具有以下作用：（1）提高制造效率，降低生产成本。在零部件的批量焊接生产过程中，利用工装夹具能够对零部件进行快速夹紧、定位，并且在焊后处理工序中也能起到重要的辅助作用，使得焊接过程的工作量大大降低，不仅使工艺过程得到简化，还极大的降低了焊接操作难度，工作效率得到了明显提高，降低了制造成本。若仅仅依靠工人进行定位、固定、测量等操作，工作的辅助时间将会占用一大部分，还极易出现误差过大、操作失误等问题，并且该方法受工人的操作技术水平的影响很大。（2）确保零部件组装精度。通过利用焊接工装夹具对各零部件的定位，可以将零部件准确的组装到位。利用焊接工装夹具对零部件固定后，能够确保焊接组件的焊后位置公差及形位公差。（3）确保焊接质量。在焊接过程中，受局部热变形及焊接应力的影响，各零部件会产生较大变形。而采用焊接工装夹具能够对零部件进行定位和固定，在夹具设计过程中通过计算事先预留出收缩余量，从而对焊接应力、变形量及变形方向进行可靠控制，保证组件的焊接质量。

二、焊接工装夹具在生产中的应用

在现代化的工业生产中，焊接工装夹具通常分为两类，一是自动化程度高、刚性强的专用夹具，主要用于百万级的大规模批量生产，如汽车；二是中小规模的机械零部件，这些零部件的专用性强，批量小而多变，大多是根据订单和买家的需求随时更改，所以不宜采用刚性较大的专用生产线，而组合夹具刚好可以将其柔性大的特点发挥出来，从而实现生产效率、质量和成本的平衡。

例如，机械装备制造中焊接组合夹具的应用。从世界范围内来看，一些优秀的机械制造企业已经积极引入了先进的焊接技术，在一定程度上提升了本企业综合实力。一般来说，很多大型机械装备单独构件焊接难度较大，因此主要采取单独焊接方式。此时焊接组合夹具的重要性就越发明显。只要在机械装备制造中得到较好的运用，使焊接起来的零部件依旧可以保持着很好的物理机械性能，这就推动了先进焊接工装夹具在这些机械工程装备制造业中得到了广泛的运用。目前我国的机械制造业中，大部分机械装备生产仅限于中小规模的成产，并不适合用在高强度的生产系统中，因此，焊接组合夹具的优势在工程制造的生产中可以充分的发挥出来。例如：在享誉全球的机械装备公司——卡特彼勒公司，在焊接操作中大量的应用了Bluco的焊接组合夹具系统，以此来完成大型零部件的生产制造。与此同时，该公司内部许多大型零部件的焊接生产制造工艺包含了两大部分：一是焊接机械人的自动焊接。这种焊接配置装置主要结合了中小型生产规模形式的特征，具有一定的实用性与科学性。二是手工焊接法。既是TackWelding。在焊接组合夹具使用过程中，运用好模块化焊接组合夹具的相关配置，可以实现质量、效率和成本相互平衡的局面，以此来确保焊接技术工作能够保质保量的完成。

三、焊接工装夹具设计

（一）设计的基本要求

1.工装夹具设计的基本思路是工件的定位和夹紧

定位又可分导向定位和加工定位。一般有孔定位、面定位、外圆柱面定位等。定位不准影响产品的加工精度，定位出错可能导致零件的报废。按夹具的结构一般可分为：导向定位机构、定位机构、夹紧机构、机座等几部分。当然并不是每个夹具都有这几部分。其核心部分是定位机构和夹紧机构，对工件直接影响，决定了工件的加工形状和加工精度。

2.工装夹具的设计要满足机床受力的需要

例如铣床要知道顺铣和逆铣时受力，估算加工过程的受力情况，还要计算夹紧力的大小及夹紧时对工件的影响，不能因此引起工件的变形。有可能的情况下要充分利用加工时受力的相互抵消来减轻工装夹具的重量和夹紧力。对于一些大型的焊接件，还需考虑受力的平衡。同时又要求夹具有足够的强度和刚度。

（二）在焊接夹具设计中应用计算机辅助技术

运用计算机的三维CAD系统，可以更快速地进行组合夹具的设计与安装，还能使设计方案更加优化，模拟出仿真机械工具的加工流程，从而设计出更精确、更科学的夹具系统。美国伍斯特理工学院的教授曾和卡特彼勒公司相互联合，展开了计算机辅助焊接夹具设计的有关研究工作，制造出了极为有效的计算机辅助夹具設计系统。这一系统的主要功能包含了如下几点：第一，能够结合焊接工艺方案详细解析装夹定位技术。第二，能够进行组合夹具部件的挑选与装配，实施自动化装夹定位。第三，可以协助设计师检查设计方案的具体内容，提高方案的可靠性。第四，可以对设计方案实行一体化模拟解析。第五，能够保持装夹设计的相关数据信息。

参考文献

[1]樊启永.焊接工装夹具在生产中的应用与设计实践[J].信息系统工程，2017（03）：42.

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