焊接工装夹具在机械装备制造业中的发展与应用

焊接工装夹具在机械装备制造业中的发展与应用

王辛铖1   王吉豪2

海宁红狮宝盛科技有限公司.（314400.浙江海宁）

摘要：近年来，由于现代焊接技术的不断发展，使得其在机械设备生产领域得到了更多的应用。如何正确选用合适的工装夹具，是保证零件焊接过程中的一个重要因素。近年来，以模块化、规范化理念为基础的高精度组合焊接夹具系统以其独特的工艺性能和实际应用优势，是保证焊接品质的重要保证。介绍了焊接工装夹具系统及其今后的开发情况。

关键词：工装夹具；焊接；机械装备；发展；制造业

在焊接工艺的飞速发展下，以焊接为导向的工装夹具的选择将会对零件的焊接过程质量、焊接效率以及焊接费用产生重要的影响。正确地运用工装夹具，恰当地装配并紧固好每一个零件，是完成零件焊接的前提条件。为此，以焊接为导向的工装夹具也在同一时期获得了快速发展，并被大量采用。

一、焊接工装夹具的概念及作用

1.焊接工装夹具的概念

与之相比，目前的各种焊接工装夹具都比较先进，而且与常规的切削工装夹具有很大的区别。就焊接过程中的工装夹具来说，它更多地是以组件为对象，而非单个零件。然而，用来进行焊接加工的工装夹具也有一些不足之处，例如，从精度上来说，用来制作的工具工具要比用来制作刀具的工具要少。另外，在使用焊接工艺夹具时，由于受到的压力很低，因此对零件的冲击和损坏程度也很低，不过还是会产生一定的热效应。关于焊接技术的工装夹具类型很多，根据它们的灵活性可以分为两大类：通用夹具和专用夹具。通用夹具适用于大多数的机器，可以用于各种机器和制品的制造。专用夹具一般都是用来制作对精度有很高要求的，而且一般都是用在某些特定的机器上。专用夹具有一些限制且费用也很高。为此，可采用组合工装夹具的方法对该专用夹具进行改进。由于国内的焊接装备和工艺的持续发展与发展，大量的焊接机器人被应用于机器的生产过程中，从而极大地改善了工装夹具系统，降低了生产的费用和时间，极大地提高了企业的生产效率，从而为企业创造了较高的经济效益。

2.焊接工装夹具的作用

其主要功能是：

(1)定位、夹持准确可靠，能减少或免除下料、打标工序。减少产品的大小差异，增加产品的准确性和易换性。

(2)对焊接的变形得到了很好的预防和缓解。

(3)将工件置于优化的焊接位置，可显著减少焊接过程中的缺陷，从而加快了焊接的速率。

(4)用机器设备取代了用人工组装部件时的定位、夹持和翻板等繁琐的工作，从而提高了操作人员的工作环境。

(5)拓展了先进加工技术的应用领域，推动了我国焊接结构件制造的机械化与自动化水平的全面提高。

二、焊接过程中工具-夹具体系的特点、区别与应用

1.焊接的特性与不同之处

与传统的切削工装夹具比较，其特征和不同之处在于：

(1)加工工具的主要加工目标为单个零件，而接工艺的产品对象是由多个零件组合而成的组合，所以从根本上讲，本质上焊接工装夹具是装配工艺夹具的一种。

(2)焊接过程和焊接的控制通常要低于切割过程所能达到的精度。

(3)在实际生产中，工件及工装所承受的载荷远远小于传统的切割工艺，而在装配与装夹时，往往要同时考虑到焊接时的热变形或温度效应。一般来说，按照其应用场合的灵活程度，夹具可以被分为专用夹具和通用夹具（最主要类型就是模块化的组合夹具）。

2.焊接工装夹具的应用

焊接工装夹具是一种广泛使用的工具，它一般用于高附加值的、比较复杂的、十分精细的零件的制造，也可以用于某些机械设备的批量生产。由于焊接工装夹具是专门针对特定零件的制造工艺而专门设计的，因此在工装的初始设计中，除了要对定位精度、稳定性、系统刚度等最基础的装夹定位需求进行全面的考量之外，还要将最大限度地便利零件的装载、装夹、拆卸等要素，从而达到提升加工效率的目的。随着制造工艺与装备的不断进步，以及模块化组合工装夹具的工艺改进（如装配作业效率的提升、零件精度的显著提升），也推动了其推广。模块化组合工装夹具由于采用了标准的夹持部件，因此具有很大的灵活性，有利于缩短中、小型、多品种的加工周期，降低生产费用。通过工艺论证在相同的加工品质条件下，采用复合工装可以降低生产成本，提高反应时间，提高灵活性。

三、焊接组合夹具在机械生产中的应用

目前，国际上几家著名的大型机械设备生产企业都采用了先进的焊接工艺和生产方法。工程机械中许多大构件难以独立加工，往往需要多个零部件进行拼接，但由于目前的焊接工艺及工艺水平的提高，其焊接仍保持良好的力学特性，从而促进了该领域的发展。模块化的组合焊接工装夹具在我国各大建筑设备生产企业中也得到了普遍的使用。与百万级别的汽车制造相比，建筑机械的生产只能算是中小批次，高刚度的特殊生产线体系是不合适的。因此，组合夹具的优点在工程机械制造的生产中可以较好地发挥出来。

四、计算机辅助技术在焊接中的应用

与计算机辅助技术在各领域的快速发展与运用相比，工装的研制仍需进一步的发展。其中一个很大的原因就是，从传统的角度来看，工装的设计基本上都是一种经验的工作流程，比如，对于一些比较复杂的零件，其装夹方案的设计往往需要很多年的工作经历。如何有效地建立和使用企业制造过程中的相关知识，尤其是如何有效地建立和使用工具，已是当前国际上最热门的课题之一。目前，计算机辅助技术在装夹工艺中的研究热点之一是如何进行结构的分析与优化。对于高精度的薄壁类零件，其模具结构的优化是一项非常繁琐的工作，在机械加工中易受力和热量的作用。然而，重复进行的物理试验费用较高，实用性不强。通过结构、力、热等多因素耦合的仿真分析能够对铝合金薄壁零部件在设定的工装夹具方案下的应力、变形、精度进行研究，进而评价加工方案。另外，由于温度的原因，也会对工装夹具方式产生很大的影响。模拟在完整的装夹环境下，刀具、机器人焊枪等工具的操作和运动过程，从而对零部件的工装夹具设计方案在加工过程中进行全局仿真分析，并进行优化。

结论：随着现代焊接技术的不断发展，国际上许多发达国家都开始采用焊接加工方法。因此，在实际应用中存在着很大的余地。模块化组合焊接夹具系统具有标准化、灵活性、快速性和经济性等优点，在灵活的小批量制造领域，它的使用日益广泛，其发展的空间也日益广阔，同时，由于近几年来的高速发展，特别是在大型、高精度的机器设备中大量使用的情况下，对其进行了高精度和高效率方面的研究，目前，国际上几家主要生产企业已开始采用了先进的计算机辅助工装夹具设计方法，在提高模具设计效率、检验仿真、完善设计方案方面，降低开发成本等方面都有着非常巨大的潜力，并将在工装夹具的设计领域产生深远的影响。

参考文献

[1]朱杰辉.机械装备制造业中焊接工装夹具的运用分析[J].山东工业技术,2016(10):21-21.

[2]章嘉浩,魏晓晨,马丹,严诚斌.一种新型工业机器人工装夹具检测系统设计[J].电气自动化,2017,39(3):116-118.

[3]陈晓.先进焊接工装夹具及其在机械装备制造业中的应用[J].现代制造技术与装备,2017,53(8):117-118.

[4]颜廷立.探讨先进焊接工装夹具在机械装备制造中的运用[J].山东工业技术,2016(19):292-292.

[5]张恩君.机械加工中模块化精密组合夹具的应用探讨[J].科学与信息化,2018,0(31):39-39.

[6]王圆星,陈鹏,李洪谊,郭洪月.工业机器人电气控制系统设计分析[J].数字通信世界,2021(1):139-140.