1.嘉兴路虹机械有限公司 浙江省 314500；234.浙江内曼格机械制造有限公司 浙江省 314500
摘要：随着我国综合国力的不断提升，我国机械行业的发展也日益提升，焊接技术在我国已有40多年的发展历史，在各个工业部门已广泛应用，现在我国建设处于新旧动能转换急速发展时期，亟需大量的中、高级焊工技能人才。本文主要对先进焊接工装夹具在机械装备制造业中的应用做论述，详情如下。
关键词：先进焊接工装夹具；机械装备；制造业
引言
随着时代的发展，对机载电子设备重量提出了更高的要求，为此机载电子设备中的铝合金箱体向薄壁化、轻便型发展。薄壁铝合金箱体自身强度不足，热胀冷缩后箱体变形量大，为提升焊接质量，根据前期经验分析，需要对焊接夹具和装夹方式进行改进。
1装夹方式和焊接过程分析
根据箱体结构特点和现有夹具，该薄壁铝合金箱体采用常规带蒙皮机箱焊接装夹方式进行焊接，即用U型夹将一块和箱体蒙皮同样大的整体夹板与箱体蒙皮装夹到一起，U型夹装夹位置根据箱体结构特征进行选点，U型夹间隔位置7-9cm，装夹方式示意图见图1。
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图1 常规带蒙皮机箱真空钎焊装夹示意图
该箱体材料为6061-T651铝合金，按照真空钎焊工艺要求，真空钎焊前对箱体各零件进行清洗，清洗后零件表面为光亮的基材本色，并按照工艺要求在24h内完成装夹钎焊；钎焊后按照工艺要求进行淬火、时效；该铝合金真空钎焊工艺过程和参数经过大量实践数据验证，焊接过程和工艺参数合理，能满足6061-T651铝合金真空钎焊要求。同时，对同期焊接机箱焊接质量进行检验，同期焊接机箱焊接合格，质量稳定；表明该薄壁机箱焊接期间，焊接环境能满足焊接要求。
2先进焊接工装夹具在机械装备制造业中的应用
2.1管形焊件夹具设计
选用三爪卡盘作为小径圆管焊接夹具；在立板的前面焊接八字排列的两排支撑柱作为大径圆管的定位元件，不同直径的圆管在支撑柱不同的槽中进行定位，在立板上面中部设置固定螺钉，支撑柱用于支撑管件，固定螺钉用于夹紧管件，并将两夹具分别连接在回转臂上。小径圆管夹具和大径圆管夹具的尾部与回转臂铰接，铰接点前部设置插入在回转臂圆弧槽内的锁紧螺栓，使小径圆管夹具和大径圆管夹具能根据需要调整角度。
2.2尺寸前期同步工程优化
2.2.1造型结构的优化
制造领域前期参与造型结构评审主要的目的是提前识别高风险的造型结构特征，避免过激的造型，以降低零件匹配难度，减少尺寸匹配精度需求，降低工艺制造成本。例如某A车型设计B灯厚度设计较厚，导致后盖B灯罩内板匹配结构的深度增加，需分体式灯罩结构与之匹配，分体式灯罩焊接结构复杂，涉及多个方向型面焊接，焊接精度非常不稳定，无法达成周边型面匹配需求。例如某B车型优化B灯造型结构后，无需分体式灯罩，灯罩已集成至尾盖外板上，冲压一体式成型结构，零件精度制造稳定，容易达成周边型面匹配要求，可降低制造质量不良的返修成本。
2.2.2零件公差的优化
尺寸及形位公差（GD&T）是机械工程制图中的使用语言，用来有效和准确地表达零件和装配件的几何要素。某SUV车型窗框与门内板分体焊接式结构，两个零件焊接面的公差设定不合理，焊接后直接影响到门总成窗框部位的功能尺寸。主要原因是窗框腰线部位焊接面极差1.0mm，两个零件的匹配面精度偏差方向相反，导致两个零件焊接面的匹配存在局部的间隙，焊接后门总成窗框功能尺寸超差。通过修正匹配不好的部位后，不存在干涉和间隙，即焊接后精度无变化。因此窗框焊接面和内板焊接面修模改善到极差0.5mm，有效保证门总成窗框焊接精度。即后续新车型窗框焊接面和内板匹配焊接面的公差优化，极差管控基准为不大于0.5mm，有效解决零件匹配干涉或间隙大导致焊接总成精度的超差。
2.3L型板抓取柔性机械手的设计
L型板是汽车装备夹具中安装在基板上的连接定位块、夹紧块等的支撑部件，其制造工艺包括：板材下料、焊接、热处理和切削加工．L型板的焊接质量直接影响之后的热处理和切削加工工艺．当前L型板焊接工艺存在的问题：（1）固定抓具只能装夹单一尺寸工件，且更换夹具成本高，效率低；（2）手工焊居多，焊接精度不达标，作业环境差；（3）焊接一致性差、外观成型不良、焊接时变形大，易出现未焊透、焊接后工件内部应力分布不均等现象；（4）工件装夹时间长，焊接效率低．为此，开发基于工业机器人的L型板智能焊接平台，在工业机器人上装备柔性抓手，可抓取一定尺寸范围的L型板零件．在焊接过程中，可使每道角焊缝保持在船型位姿，实现L型板的自动船形焊接，可大幅度保证和提高焊接质量，提高焊接速度，降低劳动强度．
3电缆组件焊接辅助夹具设计
为了保证焊接精度，在焊接过程中一般都会采用焊接夹具进行装夹，焊接夹具在整个焊接流程中起着重要作用。现有的工作方式一般通过手虎钳将电连接器（插头、插座等）夹持后放置于焊接工作台面，操作人员一只手拿住电缆，另一只手完成芯线焊接。但是，如果碰到电缆芯线较多或电缆较长时，电缆就会比较重。通常的工作方式就是操作人员将电缆整体扛在肩上，将电缆一端与桌面上的电连接器焊接完毕后，再更换另一端进行焊接。由于电缆芯线较多，焊接时间长，操作人员工作强度较大。在焊接过程中，也需要经常变动电缆方位，以方便焊接，原有方法存在不易精确固定，电缆芯片与电连接器针脚对准耗时长等问题。设计一种电缆与电连接器（插头、插座等）焊接过程中使用的专用夹具，可实现一定范围内直径电缆装夹。使电缆在焊接过程中可靠固定，同时可以适当调整位置，以便更好地与电连接器对准。
4电缆组件焊接辅助夹具结构设计
辅助夹具用于固定待焊接的电缆，主要包含底座、电缆支撑架、竖杆、横杆、末端夹手等组成，整体为一个悬臂梁结构。在实际使用过程中，底座将夹具整体夹持在工作桌面，类似办公桌上台灯的固定方式。电缆待焊接端通过末端夹手固定，截面保持向下的姿态。由于电缆可能较长且自身质量较大，将其另一端搭在电缆支撑架上。
5控制焊接变形的措施
焊接过程中发出的巨大热量及热量不对称，导致的膨胀不一致，是焊接变形产生的重要原因。另外，各冲压单品零件的精度及产品一致性，也是产生焊接变形的次要因素。依据物料热胀冷缩的原理，结合焊接结构件同一部位加热产生的伸长量小于该部位收缩量的实际情况，为防止焊接后Y向弯曲变形，在夹具上，我们采用4mm的工艺垫片，再设置气缸，反向强行下压，消除焊接热影响造成的变形。同时在焊接工艺设置上，焊后将夹持松开时间延迟5s，进一步抵抗焊接变形。
结语
通过采用自动化生产及在焊接工艺上采取如上措施，来降低操作人员、过程变异等，减少了过程变差，不但保证了产品焊接强度，也保证了质量一致性，提升了过程能力。为复杂结构的高精度产品焊接制造工艺，提供了解决思路。
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