创新方法在焊接工装设计中的应用

薛明俊 王昌福

【摘  要】汽车车架整体构造的关键，在于汽车车架焊接工艺与工装设计，其能在一定范围内影响汽车整体的安全性能和用户的使用体验。，随着汽车行业的快速发展，人们对汽车焊装工艺的要求越来越高。因此，必须不断提高汽车车身焊装工艺水平，满足人们对汽车焊装工艺的需求，本文就创新方法在焊接工装设计中的应用展开探讨。

【关键词】创新方法;简化;焊接工装

引言

进气过渡管组件的结构形状及尺寸如图1所示，过渡管与板之间的相对位置关系较为复杂，在三维空间内均有角度要求，对焊时定位困难。在没有工装定位的情况下，组焊完成的进气过渡管组件尺寸很难满足设计要求，每次都需返修才合格，造成了人力、物力、财力的浪费，影响了正常的生产进度。因此，设计焊接工装就显得尤为重要。

图1 进气过渡管组件

1 汽车车架焊接工艺

（1）车架焊接方法。车架焊接方法能够直接对汽车车架焊接质量产生影响，一方面，车架焊接过程需承载汽车在行驶过程中可能产生的最大动载作用力，对车架的刚度要求相对较高;另一方面，在车架焊接后期，产生的焊接收缩力较大，所以，根据车架焊接工艺参数，筛选出符合汽车整体构架要求及性能需求的车架焊接方法，有利于技术人员对不符合相关标准的部分进行及时调整。

（2）车架结构材料。在开始汽车车架的焊接之前，应当选择最适宜的车架结构材料，目前，适用我国汽车车架焊接工艺发展现状的车架结构材料，主要是Q235A、16Mn低合金钢，该材料不仅能够满足车架焊接对车架结构材料的要求，而且材料厚度适中，焊接性较好。另外，这两种材料在焊接过程中，只需对其采用科学的焊接工艺，无需再次进行热处理，产生裂纹或气泡数量较少，而且所需的车架焊接技术要求相对较低。

（3）合理设置焊接顺序。汽车车架的焊接过程中，焊缝的位置分布并非完全对称，在开始焊接之前，必须按照相关工艺流程要求，合理设置車架各部位的焊接顺序。通常情况下，焊接技术人员的车架焊接顺序有由中间向车架两头焊接和对称性焊接两种方式。遵循科学的焊接次序，并结合上述两种焊接方式，能够在一定范围内降低车架焊接顺序中的焊接变形。

（4）焊接加热工艺。一辆汽车车架的焊接，需要将数百条焊接材料进行组合，材料间的焊缝相对较短且位置集中，如果车架焊接材料的热处理不充分，会导致焊接接头受热变化，间接影响车架接头的承载能力。为保证车架承载能力，焊接技术人员必须严格遵守施工规范，处理好短焊接材料的收弧及衔接，在一定程度上避免补焊，减少焊接材料的加热次数，从而提高汽车车架焊接节点的强度。

2 车身焊装的工装

汽车车身焊装的工装，就是焊装夹具，焊装夹具指定位块、导向支架、支座以及夹紧件等附件构成的工作平台，主要用来定位、夹紧结构零件的机械装置，它是整个车身焊接生产过程中最重要的基础工艺装备。近年来，随着汽车行业的发展，汽车的型号和种类越来越丰富，所以汽车装配零件焊接所使用的夹具要求也各不相同。为了让生产夹具符合汽车型号，大部分汽车生产厂家根据汽车的类型自行设计和制作焊接夹具。所以，整个汽车市场还没有将焊装夹具标准化，它隶属于非标准设计和制造的生产工艺，但是近年来，随着汽车行业的发展，汽车焊装夹具也在逐渐向标准化方向发展。夹具结构的机械传动设计要结合产品的特点，在设计时，保持结构简单、操作方便的定位加紧结构。其次，工装设计还包括焊装过程中所使用的胎具、检具、包边模、翻转架等。

3 汽车车架工装设计方案分析

（1）定位基准的选择。定位基准选择的科学性，可对汽车车架工装操作定位的正确性产生影响，通常情况下，汽车车架工装设计的定位基准孔，就是车架左右纵梁上的前轮中心线孔。

（2）车架纵梁定位。准确定位车架零部件，必须在克服零部件刚性的基础上，采用气动夹紧，不仅可以减少车架焊接过程的变形，还可以有效提升装配效率。为降低和避免纵梁装焊接时发生变形，且美化车架总体的外部，工装技术人员可对纵梁进行定位夹紧。例如，利用加工过程中定位块，可定位左纵梁下翼面及外腹面，有利于装配过程，便于起模;对于右纵梁的外腹面可采用气缸定位，纵梁内腹面可用双头气缸二次夹紧。

（3）车架横梁定位。根据实际情况进行调整，若汽车车架工装中使用槽型横梁，可以利用车架纵梁间的宽度来规范汽车的车架宽度方向;在车架的横向及纵向定位中，可采用L形定位块，对其完成限位再完成点焊。前期的工装设计中，将圆管横梁穿过位于车架纵梁上的横梁孔，然后，将其直接焊接在加强梁及纵梁上。

（4）板簧支架定位。在汽车车架工装板簧支架定位方面，前后板簧支架可利用吊耳孔进行准确定位。

4 应用创新方法中的理论体系解决问题

首先对进气过渡管组件进行建模分析，裁剪分析，物场分析，接着资源分析，把问题分解，将实际问题转化为“Howto”模型，然后利用知识库中间工具，获得类比方案。该部分主要介绍知识库中由进化路线构思解决问题。（1）进化路线解决问题。作为解决问题的工具，进化路线可以让我们看清当前的产品或技术方案所处的进化阶段，找到进化路线上的有潜力的技术空白点，明确产品技术的进化方向，进化路线的不同方向有向柔性系统或可移动系统跃迁和简化。（2）进气过渡管的工装设计。由于进气过渡管组件在三维空间内都有角度，设计焊接工装时难以找定位基准，为了便于定位，选择进化路线中的简化方向对进气过渡管进行分析，把三维空间内角度简化为二维斜面上的角度来解决。围绕着进气过渡管的状态设计焊接工装，其目的是要保证过渡管和板之间的相对位置不能发生变化。首先过渡管选用底板和定位芯定位，防止X、Y方向上的移动和转动，限制了Z方向的移动。接下来定位组件中的板，为了简单起见，将板视为水平方向上的板进行定位，再按角度定向，这里采用一张面板和三颗内六角螺钉限制其自由度。每个零件均有了各自的固定方式，要实现组焊，需把两者装配完成即可，上下两部分通过立板连接形成刚性体。由前面分析得知，过渡管绕Z方向的转动自由度还没有限制，因此增加定位杆。

5 车身工装设计应遵循的原则

第一，汽车单个零件采取二孔二型夹紧—定位原则。比较大的零件在加工过程中很容易出现弹性变形，因此，还需要增加定位销与型面的定位—夹紧，确保局部焊接的稳定性。第二，定位尺寸一致性原则。按照基准一致的原则，定位尺寸基准与汽车车身装配的基准以及车身设计基准应该保持一致，以免造成原始误差。不同夹具、不同工序的定位尺寸也应该保持一致。第三，先设计大尺寸、比较复杂的零件，然后，再设计小件以及相关配件，然后，将其装在夹具上定位—夹紧。第四，焊装夹具定位夹紧机构具有开放功能，能够满足空间操作的需求，各项装配工作不会相互影响，提高夹具生产效率。第五，各定位、夹紧机构应具备二维或三维可调功能。

结语

工装的特点是：把空间三维角度转化为二维斜面角度来解决，工装结构简单，加工方便。不仅方便了吸气管的放置与焊接，保证了组件角度的准确性，更是提高了产品合格率。

参考文献：

[1]李玥.TRIZ创新方法的区域推广战略[J].科技管理研究，2016（13）.

[2]林岳.创新方法教程[M].北京：高等教育出版社，2017（05）.

（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司）