焊接工装夹具在制造生产中的作用

焊接工装夹具在制造生产中的作用 【摘要】随着中国制造行业的迅猛发展，各种焊接生产工艺被推广和运用，焊接工 装夹具在设备制造生产中已经被广泛的应用，焊接工装夹具不仅可以保证产品制造精 度，还能 够提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，降低企业的制造成本，保证车间的 安全生产， 为企业创造更高的 经济效益。目前国内的焊接工装夹具水平还不能满足制 造行业的发展需要，需要更多的部门和企业进行关注和研究。 【关键词】焊接工装夹具；组装精度；劳动生产率；经济效益 随着中国现代工业的迅猛发展，焊接技术作为制造行业的传统 基础工艺技术，虽然在制造工业中应用的历史并不长，但它的发展却 是非常迅速的，在各个重要的领域，如航空航天、造船、汽车、桥梁、 建筑、金属结构中都被广泛应用，为我国的工业经济发展作出了重要 贡献。但焊接作为一种生产工艺在实际的组装焊接生产中会出现难 以控制的一面：如焊接带来的变形，应力难以消除，质量难以保证， 精度不好达到设计要求等问题，为了解决这些问题，制造行业中已经 在广泛的研究和应用焊接工装夹具来解决这些难题。 焊接工装夹具就是将焊接工件准确定位和可靠夹紧，便于焊件 进行装配和焊接，保证焊件结构精度要求的工艺装备。随着中国机械 设备制造行业的迅猛发展，焊接生产趋于专业化和规模化，焊接结构 件在各个领域内被普遍使用，焊接工装夹具也相应的在制造生产中 已被广泛的应用。在焊接类设备制造生产中，无论零部件组装，还是 整体设备组装，焊接是关键，如何能够保证产品组装焊接质量，就需 要利用工装夹具来完成，因此在目前制造业激烈竞争的今天，工装夹 具是焊接件装配中的重中之重。在车间制造生产当中无论是小的组 焊工件，还是大型组焊设备多数都需要用组焊工装夹具来完成组装 焊接。常见的组装焊接夹具有：小型组合件组装焊接夹具，H 型钢组 装焊接夹具，焊接翻转夹具，槽壳类设备组装焊接夹具，汽车制造组 装焊接夹具，箱体、容器类设备组装焊接夹具等。根据焊接件的结构 2 特点设计合理的焊接组装夹具，在实际的生产当中可以为企业提高 生产效率、减轻工人劳动强度、缩短生产周期、提高企业的经济效益， 同时焊接工装夹具的使用可以加快焊接生产机械化，促进自动化进 程。笔者在企业从事设备制造工作已经数年，笔者就组对焊接工装夹 具的应用谈谈自己的看法。 焊接工装夹具在焊接生产中的作用： 1、保证组装精度 焊接工装夹具自身是一种为满足焊接件组装而设计的一种工艺 装置，主要作用就在于确保组焊元件在组装焊接前后能够达到设计 的相对位置公差和形位公差，保证最终组装后的装配精度。在设计工 装夹具时首先要对组装工件的形状、位置尺寸及公差进行研究分析， 对每个焊接接头的变形和应力进行计算，然后根据数据设计工装夹 具的控制部位、尺寸公差范围、定位方式和工装夹具的结构形式，从 而结合组装件的结构特点设计出一套简单有效的工装夹具。从工装 夹具设计的角度讲，工装夹具自身具备足够的强度和刚度，能够控制 工件在装配、加紧、焊接过程中的变形。零件的定位及定位器是根据 焊件的特点进行设计的，定位和夹紧机构能够保持各元件的准确定 位，防止零件在装配和焊接过程中因受力和翻转而发生移位。同时工 装夹具的准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消划线工作，用 装备取代了人工操作，减小了产品出现偏差的概率，提高了零件的精 度和互换性。 从工装夹具自身制造的角度讲，工装夹具的制造不同于一般设 备的制造，根据组焊件特点设计的组装夹具需要有较高的制造精度。 在制作焊接工装夹具时，首先需要将工装夹具各个工件进行准确下 料，根据强度的需要有些工件还要进行热处理，然后使用机械加工设 备进行精加工。在精度方面，必须确保工装夹具自身各工件的精度， 如：尺寸，平面度，直线度，同轴度等，然后将各工件进行组装和焊接， 组装时提高公差等级，最后在平台上对工装夹具所控制的尺寸和形 - 3 - 位公差进行准确测量和检验，不能保证精度的部位进行局部修磨，特 殊部位要进行二次机械精加工，确保各个控制部位的精度。这样工装 夹具的设计精度和制造精度等级都高于了组焊件的设计精度等级。 利用组对胎具就可以将组装公差有效的控制在设计范围内，避免了 用人为的方法来控制公差造成的不准确性，确保最终组焊件的制造 精度。 2、保证焊接质量 在焊接生产当中常见的焊接质量问题是焊接应力和焊接变形。 焊接时焊件受到不均匀的局部加热和冷却是产生焊接变形和焊接应 力的主要原因。在装配定位焊接时，如果不使用工装夹具，不仅很难 保证各零件精确的相对位置，而且在焊接过程中，很难控制焊接件产 生的变形和应力，尤其是复杂的结构，其变形有时会达到无法消除的 程度，严重时甚至造成产品报废，这样就影响到后面的总装配工作。 比如常见的 H 型钢焊 接，薄板箱体 类设备焊接，这类设备结构特点 为：焊缝为直线型，应力集中，变形量大，焊接后由于应力作用使焊 缝朝一个方向发生扭曲变形。不使用工装夹具就会出现焊接后变形 难以控制，给焊接最后的调整、校直带来了很大的难度和工作量。如 果在预先设计好的焊接工装夹具上进行焊接，就可以通过工装夹具 的定位和锁紧装置来控制应力和变形方向，焊接质量就会达到预期 的效果。焊接后的局部应力可以通过在工装上敲击焊缝来消除，局部 的变形可以在焊后作简单的调整。这样就简化了生产工艺，保证了焊 接质量。 目前，焊接工装夹具无论在专业化的生产线上，还是在一般的车 间生产制造工艺中，都已经被广泛地应用。在生产制造中如果采用了 工装夹具来组装焊接，再加上设计合理的焊接工艺和焊接顺序，就可 以保证各零件精确的相对位置，有效地防止和减少工件的焊接变形。 尤其在制造车间批量设备生产时，工装夹具的使用能够使工件处于 最佳的施焊部位，使焊接位置稳定可靠，确保焊接工人稳定的焊接质 4 量，使焊缝的成型性良好，工艺缺陷明显降低，同时焊接速度得以提 高，减少焊接尺寸偏差，保证产品的互换性，减少了焊后的辅助工作， 保证了焊接质量。特别是对于设计要求精度很高的焊接结构件更应 该靠工装夹具来完成组装焊接，保证最终的设计组装要求。 3、提高劳动生产率，降低生产成本 所有的焊接结构件生产过程一般包括：焊接前准备（如：焊接材 料烘干，工件下料、加工、清理），装配（对正、定位、加紧、点固焊）， 焊接，清理，检验。在一般的制造生产当中，在焊接结构件定位、夹紧 后的焊接工作量仅仅是制造生产中的一小部分，焊前和焊后各项辅 助工序的劳动量远大于焊接工序本身，占整个生产时间的比例最大。 如果不使用工装夹具，整个焊接工件的组对和装配靠人工进行测量、 定位、固定，将不仅会消耗大量的劳动时间和人工，并且会出现很多 因为人为因素而造成的失误和缺陷。如果设计和采用高效率的焊接 工装夹具就可以简化每一次的定位、固定工作，大幅度的缩短生产过 程，减少使用的人工数量，提高生产效率，同时焊接工装夹具的使用 也降低了对装配、焊接工人的技术水平要求，保证了焊接质量，减免 了焊接后效正变形和修补工序，简化了检验工序，缩短了整个产品的 生产周期，明显的降低了生产成本，能够为企业创造一定的经济效益。 随着国内制造生产的专业化，目前很多车间都在批量生产制造， 在批量生产当中，如果还是按照传统方法单一让技术工人逐个进行 划线、找正、定位、固定，就会消耗大量的工作时间。如果遇到相对位 置比较复杂的工件就会消耗更多的时间，效率会很低。而且靠人为测 量、定位很难保证组对质量，因为在不断的重复工作中往往会因为个 人人为因素造成各种失误，结果不仅保证不了质量，还会消耗大量的 人工和辅助时间，无形中也加大了生产成本。焊接工装夹具的使用就 能克服人为因素造成的各类失误，并且能够简化组装流程，很大程度 上提高了组装效率。然而工装夹具自身的设计和投入费用很低，和传 - 5 - 统生产使用的人工相比，只是微乎其微。从经济价值角度来看，工装 夹具的应用会带来可观的经济效应，在很多的生产车间已经通过客 观实践充分证明这一点。 4、减轻劳动强度，保证安全生产 随着焊接工艺在制造行业的广泛应用，各类焊接工装夹具在不 断的被设计和创新。在车间生产制造时如果能够采用与焊接件结构 相匹配的焊接工装夹具，就能够实现工件定位快速，装夹方便，用工 装设备代替了人工来控制制造公差，这样就减轻了焊接件装配定位 和加紧时的繁重体力劳动，节约了大量的劳动力，降低了操作工人的 劳动强度。比如，目前在车间组装焊接时最常用的翻转焊接工装夹具 就能够使焊件的翻转实现机械化，变位迅速，使焊接条件较差的空间 位置焊缝变为焊接条件较好的平焊位置焊缝，以机械装置代替了手 工作业，改善了工人的劳动条件，降低工作强度。同时焊接工装夹具 的应用使操作工人形成了流水作业，每个操作工人基本固定在一定 的区域内完成规定的工作，有利于制造车间的生产安全管理。 目前在国内一些组装焊接精度要求很高的专业化生产车间，焊 接工装夹具已经发展到数控多功能的状态，组装定位靠数控装置来 完成，加紧固定由液压操作系统来完成，这样通过操作设备代替传统 的人工作业，改善了工人的作业方式，很大程度上简化了生产组装工 艺，并且能够准确的保证最终的组装精度，大幅度的降低了工人的劳 动强度。 随着中国制造工业进一步的发展，焊接制造普及到各个领域，无 论小型的制造车间还是大型的专业化生产线，制造生产已经日益趋 于规模化，生产批量化，焊接生产中工装夹具已被广泛的的使用，焊 接工装夹具已经作为一项重要的工装装备在被很多企业进行设计和 研究。但是受到传统焊接生产的影响，我国的制造工艺水平，特别是 焊接工装夹具水平还不能适应制造行业快速发展的需求。因此就需 要更多的企业和技术人员来关注焊接工装夹具的研究和探索，研制 6 更多的专用工装夹具，多功能工装夹具，三维组合焊接工装夹具，来 改变传统的生