汽车座椅骨架的焊接夹具论文说明书.docx

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汽车座椅骨架的焊接夹具论文说明书

摘要

本文研究的是汽车座椅骨架的焊接夹具设计问题，要求使工件定位迅速，装夹迅速，省力，减轻焊件装配定位和夹紧时的繁重体力劳动。

实现机械化，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，劳动条件的改善，同时也有利于提高焊缝的质量。

本文首先分析了汽车座椅骨架焊装夹具设计的必要性和可行性；然后围绕座椅骨架焊装夹具设计这一核心，通过对汽车焊装生产线、汽车焊装夹具的结构特点进行分析，归纳了焊装夹具的设计步骤和要点；重点对汽车座椅骨架夹具的设计，包括基准面的选择，定位器的设计，夹具体设计，夹紧装置的设计。

其中，基准面的选择是根据总成件的大小，确定基板的尺寸，然后从标准件库选出合适的基板；定位器的设计是保证焊件在夹具中获得正确装配位置的零件和部件，应利用先装好的零件作为后装配零件某一基面上的定位支撑点，可以减少定位器的数量，提高装配精度；夹具体的设计是通过控制焊件角变形的夹紧力计算和控制焊件弯曲变形的夹紧力计算来确定的，通过公式计算得出拘束角变形所需的单位长度（焊缝）夹紧力q为31720279N，阻挡弯曲变形所需的夹紧力q为208711N，再根据焊件形状、尺寸来完成夹具体的设计。

夹紧装置的设计是本文设计的重中之重，这次设计的主要核心是通过气缸来改善传统手动夹紧的的繁重体力消耗以提高生产效率。

根据要求，设计气缸主要是对工件的夹紧，所以应该选择双作用气缸。

本文通过公式的计算确定一种缸径D为50mm，另一种缸径D为75mm。

合理的气缸选择，合理的气动原理思路，极提高了生产效率和产品质量。

关键词：

工装;夹具；汽动；焊接

Abstract

Thisthesisistodesignweldingfixtureofautomobileseatframe，Thepositioningoftheworkpiececlampingquickly,quickly,laborsaving,reducestheweldingassemblypositioningandclampingoftheheavymanuallabor.Inordertoensuretheweldsize,improvetheassemblyprecisionandefficiency,topreventthedeformationoftheweldingfixture.Therealizationofmechanization,easytochangerapidly,makethespacepositionofweldingconditionsintoaflatpositionbetterweldingcondition,theimprovementofworkingconditions,butalsoconducivetoimprovethequalityoftheweld.includingtheoverallprogram,positioningfixture,pneumaticclampingpart,finallyisthespecificfolderdesign.Becausetheweldingfixture,somepartsneedtoberotated.Forwelding,whenweldingtwopiecesofthebestandmostpowerfulposition,namelytheweldingpositioner,whichcansolvethisproblem,easywelding.

Thispaperfirstlyanalyzestheautomobileseatframeweldingfixturedesignthenecessityandfeasibility;thenontheseatframeweldingfixturedesignasthecore,throughtheanalysisofstructuralcharacteristicsoftheproductionline,theautomobileweldingjig,sumsupthedesignofweldingfixtureandthesteppoints;focusontheautomobileseatframeofweldingprocessanalysis,studyontheseatfixtureclampingpositionandcorrectpositioningdesign;throughtheprocessofseatframeanalysis,designofthesubstrate,mountingplate,positioningdevice,clampingmechanism.paperfirstlyanalyzestheautomobileseatframeweldingfixturedesignthenecessityandfeasibility;thenontheseatframeweldingfixturedesignasthecore,throughtheanalysisofstructuralcharacteristicsoftheproductionline,theautomobileweldingjig,sumsupthedesignofweldingfixtureandthesteppoints;focusontheautomobileseatframeofweldingprocessanalysis,studyontheseatfixtureclampingpositionandcorrectpositioningdesign;throughtheprocessofseatframeanalysis,designofthesubstrate,mountingplate,positioningdevice,clampingmechanism.Reasonableselectionofthecylinder,thefinalpletionofthestructuredesignofseatframeweldingfixture

Keywords:

Tooling；fixtures；pneumatic；welding

1.3.1焊装线发展过程及目前的现状2

1.3.2焊装生产线的组成4

1.3.3焊装夹具设计基本要求4

1.3.4夹具的基本构成5

1.3.5夹具的设计步骤6

第1章绪论

汽车座椅骨架制造是汽车制造业中的一项重要工程，随着我国汽车制造业的飞速发展，对汽车焊装线的需求量巨大，对其质量上的要求也日益提高。

汽车座椅骨架是经冲压、焊接、总装这三个主要工艺过程生产出来的，焊装作为汽车生产的大工艺之一，其技术、设备、生产布局、自动化水平、柔性化水平等对整个汽车产业的作用至关重要。

1.1课题的背景及意义

如今,汽车的功能已不单纯是代步，而是集工作、休闲、个性展示、身份象征于一体。

汽车座椅也不再是简单的一个座椅。

而是应市场需求，被厂家赋予了更多的功能。

比如温度湿度的控制功能、自动按摩功能等等，都是人们追求更高生活质量在汽车座椅设计上的体现。

近年来，随着汽车保有量的不断增长，汽车道路交通事故呈逐年上升的趋势，这不仅导致了乘员死亡和受伤人数的激增，而且所造成的经济损失也十分巨大。

其部分汽车交通事故都是正面碰撞和尾部碰撞。

在这些事故中，座椅作为减少损伤的安全部件起到了决定性保护作用，使其成为汽车安全性研究中的重要部件。

汽车座椅是汽车中将乘员与车身联系在一起的重要饰部件!

它直接影响到整车的舒适性和安全性。

所以安全的座椅永远受到人们的青睐。

因此，研究汽车的座椅技术对我们人身安全有重大的意义。

近年来，汽车工业的技术进步非常快。

各汽车厂家为了在激烈的市场竞争中生存下来，不断推出具有高技术含量的新产品。

计算机控制的高自动化水平的无人焊装线在国外先进的汽车厂已普遍采用，上下料为自动输送机和机器人，车身全部是机器人焊接，生产人员主要从事质检、维护和管理工作。

电弧钎焊工艺取代了二氧化碳电弧焊。

焊装是座椅骨架制造的重要组成部分，它是将已经冲压成形的车身零件在夹具上定位夹紧后，通过点焊、凸焊、CO

保护焊、钎焊以及粘接工艺（主要是电阻点焊）装配的过程。

目前，国的焊接装备生产厂家综合技术实力不足，不具备设计制造高水平的成套焊装线的能力。

国焊接生产水平与国外逐渐接近，而国焊接装备制造水平与国外差距却逐渐加大，提高我国焊装线及焊装夹具自主设计和制造水平迫在眉睫。

1.2汽车座椅国研究现状

随着汽车工业的高速发展，对汽车座椅的要求也越来越高。

为了进一步提高座椅的舒适性及安全性，汽车生产企业及汽车零部件生产企业也在不断地加大对汽车座椅的研发力度，在座椅的新结构、新工艺、新材料的研发及应用领域下工夫。

顺应汽车技术“绿色”和安全的发展潮流.轻量化、模块化，以及更注重安全性、环保型、舒适性，将会成为未来汽车座椅设计的发展趋势。

电动座椅—电动座椅实际上是将座椅的各种调节机构由手动操纵改变为电动操纵的座椅。

电动座椅中布置有多台电机、电机带动传动机构，使座椅相应的部位产生位移，实现座椅位置的前后、上下、倾斜调整。

电动座椅用按钮代替手柄，因而极大的提高了轻便性和方便性，应用日益广泛。

悬挂座椅—悬挂座椅是在座椅与地板之间增设一悬挂装置，悬挂装置用以缓解座椅的振动。

悬挂装置由缓冲元件、减振元件及定位元件组成。

缓冲元件有钢板弹簧及螺旋弹簧等。

记忆座椅—电动座椅与微机相结合，实现了座椅的记忆功能。

由微机实现对座椅的控制反馈功能。

当乘员乘坐时将调整好的座椅位置存储入微机，当再次乘坐时，可以自动调节到所需要的状态而不必进行重新调整。

轻量型座椅—轻量型座椅去除了座椅的一些传统零件，利用积压成型的铝件和高强度的刚件保证了座椅的轻量化和结构的坚固性。

座椅表面采用开式网状材料，替代了传统的聚氨脂泡沫塑料、装饰物和悬架零件。

轻量型座椅的重量可以控制在10kg以。

使用轻量型座椅，不但可以节省车空间来安装其他功能件，而且其安全性也优于传统座椅，并提高了汽车的燃油经济性。

安全座椅—安全座椅可以称之为动态座椅。

普通座椅一般只考虑了舒适性，对于撞车时的动态状况不能做出任何反应。

而安全座椅则可以在撞车时设法使乘员随座椅主动运动。

如瑞典沃尔沃公司研究开发的可以保护乘员头颈的座椅。

汽车追尾时，该种座椅靠背和靠枕向后平行运动，使乘员头部和上身处于平衡状态，并减少身体向后倾斜出现的向前回弹。

在整个过程中，座椅传递的力都相当柔和。

随着汽车工业的高速发展，人们对汽车座椅的要求也会越来越高。

为了进一步提高座椅的舒适性及安全性，全球各大汽车公司以及汽车零部件商也在持续不断地加大对座椅的研发力度，在座椅的新结构、新工艺、新材料的研发及应用上狠下工夫，研制各类悬架座椅、电动座椅、电脑记忆座椅等新型座椅，按摩装置、辅助冷热智能空调座椅等各类辅助装置也不断诞生。

此外，采用环保织物作为座椅面料，也将成为一种新趋势。

1.3汽车焊装夹具研究概况

把座椅骨架冲压件在一定工艺装备中定形、定位并夹紧，组合成座椅组件、合件、分总成及总成，同时利用焊接的方法使其形成整体的过程称为装焊过程。

焊装过程中所使用的夹具称为焊装夹具。

装配焊接是座椅制造中的重要环节之一，它直接影响质量、生产率和经济性，提高装配精度和焊接质量是制造的核心工作。

焊装夹具就是为了保证装配精度、提高生产率。

目前，中国汽车有市场两个特点：

一是有很高的增长率，二是市场竞争非常激烈。

汽车市场的竞争点越来越集中在产品的更新换代上，面对如此快速的产品更新，汽车行业过去采用那种大批量单车型专机生产模式已不太适应当前发展的要求。

因此多品种的柔性化生产也越来越多地应用在汽车座椅骨架生产中，概括起来，目前汽车焊装夹具的发展显现以下两方面的特点。

1、焊接夹具设计的智能化趋势。

焊接夹具的设计受车身零件结构形状、焊接工艺、焊接方法、焊接设备等多种因素的影响和制约，设计周期长，设计工作量大，设计过程复杂，在一定程度上制约了汽车柔性化的发展方向。

随着AI技术和CAD技术的飞速发展，探索其结构的特点和规律，建立一个具有零部件库、实例知识库、领域知识库和推理规则的智能化系统，对于提高设计效率，缩短新车型的开发周期具有较大的实用价值。

2、自动化、柔性化程度普遍提高趋势。

由于焊接机器人可以提高焊装生产的自动化程度，减轻操作者的劳动强度，提高生产效率，保证焊接质量，自动化生产方式的有效手段，这样焊接机器人在汽车座椅骨架焊接生产中获得了大量应用。

据有关专家分析，我国机器人到2010年拥有量为17300台，年销售额超过90亿，中国的“机器人时代”即将到来。

随着机器人自动化成套焊装系统的广泛应用。

1.3.1焊装线发展过程及目前的现状

焊装线发展经过四个阶段，即手工操作阶段、半自动化阶段、自动化阶段、柔性化阶段。

随着焊装线的发展，焊装机器人大量应用，焊装线的自动化、柔性化程度日益加深，并且有向智能化发展的趋势。

1、手工操作阶段。

随着汽车的发明及开始商品化，相应的工装设备也被需求，由于批量和技术原因，设备简陋，主要为手工操作阶段。

2、半自动化阶段。

技术的提高和批量的增大，对工装设备的要求也随之提高，为保证生产时间和减轻劳动强度，在关键位置及繁重劳动位置采用自动化。

3、自动化阶段。

对汽车的需求和质量的要求越来越高，为了满足这种市场要求，汽车生产进入自动化阶段。

1.3.2焊装生产线的组成

焊装生产线一般由下列几大部分组成。

1、夹具：

对产品起定位夹紧作用，保证装配精度，包括定位、夹紧及其支撑机构。

2、焊接系统：

对主产品实施焊接，保证焊接质量，有如下几种焊接方式。

1）手动焊接（PSW）：

采用人工手持气动焊钳进行焊接的方式

2）自动焊接（ASW）：

由机械装置控制焊钳进行焊接的方式

；

3）机器人焊接（RSW）：

由焊接机器人带动焊钳进行焊接的方式

移送装置：

在工位，工位间、线间成车间移送工件或装备。

辅助装置：

如安全栅栏、空中桁架、机器人垫、地沟盖板等。

气、液系统：

焊装生产线的动力源主要为气动，某些场合使用液动和电动

电控系统：

焊装生产线一般采用PLC控制，计算机监控。

1.3.3焊装夹具设计基本要求

合理的夹具设计能够保证座椅骨架的质量，在焊装夹具设计之前，要了解座椅的设计基准，夹具设计要和座椅骨架的设计建立在同一坐标系上。

汽车座椅结构复杂、刚性差、易变形。

为了保证焊接质量，在焊接过程中保持零件的正确位置，特别是重要的装配孔和工艺孔的尺寸、形状和相对位置关系，必须合理的设计并使用焊装夹具加以控制。

焊装夹具的作用主要有2点：

1、保证焊接工艺能正常进行:

在焊装过程中不仅有装配精度要求，而且要符合焊接工艺规（间隙值）要求，只有通过具有一定精度的焊装夹具，才能保证零件不错位，焊接能顺利进行。

2、采用合理的焊装夹具可以大大提高生产率，减轻劳动强度，保证焊装质量。

目前，汽车座椅焊装夹具的设计和制造还没有形成标准化和系列化，大部分还属于个体设计与制造，每种车型的夹具都是根据这个车型的自身特点、生产制造条件和生产纲领来自行设计与制造，但所有车型夹具的功能要求和结构组具有共性。

考虑到座椅骨架的薄板特点，焊接夹具有别于其他夹具，主要要求和特点如下。

1、由于汽车座椅骨架的型号和品牌繁多，在焊接过程中对夹具的形式、自动化程度等要求不一样，因此在夹具设计中对其结构要求有很大的不同，从而无形中增加了大量的夹具设计工作量。

2、汽车座椅骨架焊接夹具的设计与制造目前还没有形成标准化和系列化，对于品种繁多的夹具，大量的非标设计和制造已经脱离了时代要求。

因此，在场对现有夹具的设计和制造进行标准化和系列化，建立夹具零部件库。

3、骨架饭金进行焊接后，形成了一个总成或者分总成，由于饭金的自身变形或者焊接变形，可能导致件从焊装夹具上不能顺利取出，因此在夹具设计与制造时，除了考虑饭金件的自身变形外，还要考虑饭金焊接变形，要保证每道工序能顺利的进行，避免总成件或者分总成件与夹具，或者夹具和焊钳之间干涉。

4、夹具要保证焊接后车身各部分具有正确的位置精度和尺寸精度。

5、根据汽车座椅骨架的整个生产纲领和本厂的生产工艺要求，确定该车型焊装夹具的自动化生平和复杂程度。

6、夹紧可靠，刚性适当。

夹紧时不破坏冲压件的的定位位置和几何形状，以及冲压件的表面质量。

7、为了保证在焊接过程的使用安全，要设置必要的行程开关和安全装置。

8、为了方便外形较大或者外形复杂的饭金（左右侧围分总成）取放方便，在适当的位置增加移动导向和举升翻转机构。

9、为了防止冲压件的自身变形和夹具制造过程中的误差，需要夹具具有一定的可调性，在夹具设计时，需要在整体坐标的X\Y\Z方向上都有3~4mm的可调空间，以满足实际生产需求。

10、在现在汽车产品竞争激烈的环境下，高性价比的设备工装是提高产品竞争的必备手段，所以夹具的设计和制造要做到结构合理，成本低廉。

1.3.4夹具的基本构成

汽车焊接夹具的主要装置有由夹具基板、定位装置、夹紧机构和一些辅助机构。

l、夹具基板

基板是焊接夹具的基础元件，夹具其他部分都是建立在这个基板之上的，因地它的精度直接影响到夹具的精确性，因此对基板的工作平面有着严格的要求。

基板的上表面都设有基准线，用于夹具的自身测量和准确定位。

为了节约材料、减轻夹具重量、降低成本，在不影响夹具定位机构和基准槽的情况下，夹具基板应尽量采用框架结构。

2、定位装置

夹具定位装置是用来确定焊接件的相对位置和装配关系的，定位装置一般有定位销和定位面两种，定位销又有固定销、气动伸缩销、插销等，定位面一般根据焊接零件需要定位处的型面做成定位块。

3、夹紧机构

汽车焊接夹具的夹紧机构是为了固定焊接零件，防止点焊时因作用力太大而导致的零件错位变形。

主要分为手动夹紧机构和气动夹紧机构两种，在实际生产中，一般配合使用手动、气动夹紧机构，保证正常生产。

4、辅助机构

为了夹具能够更加方便的用于实际生产过程中，有些夹具还包括3种辅助机

构，如旋转系统、翻转机构、反作用焊接结构、测量机构等。

1.3.5夹具的设计步骤

1、在焊接夹具设计之前，首先要了解整个的结构特点，确定生产纲领，明确焊装线的初步规划，运用同步工程学的知识，先期切入到骨架数据设计阶段，做好充分的工艺准备工作，再结国外先进的夹具结构和本公司的实际情况，规划出夹具的总体方案。

最终确定是用固定式夹具还是随行夹具、自动化程度的高低、是否考虑多种车型共用等。

2、根据白车身数据及焊点规划方案，规划出焊接树状图，规划出整个焊装线方案，同时结合饭金件的模具工艺方案和总装的装配工艺，规划出合理的定位孔、支撑面及压紧方式。

3、根据夹具焊点规划和焊接树状图确定的焊装线规划，确定夹具的辅助设备

和公用动力。

4、焊装夹具的整体坐标要和设计坐标一致，这样就保证整个从设计到制造的基准统一，同时考虑夹具的模块化，系列化，包括基板的模块化、L座、垫片、连接块等，这样即保证了精度又缩短了制造周期。

1.4本课题研究容

汽车座椅骨架在焊装过程中，由于薄板刚性差易变形，为了保证零部件之间正确的相对位置和焊接间隙，必须通过焊装夹具将其固定。

为保证汽车座椅骨架装配尺寸的准确性，最重要的手段就是正确的工装定位。

汽车焊装夹具与其他夹具相比，定位单元型面复杂，精度要求高，设计制造难度大。

本文针对汽车座椅骨架，构思夹具设计方案，进行焊点规划，焊钳选型，夹具工艺分析等。

最终完成汽车座椅骨架焊接夹具设计。

第2章焊装结构件的焊接工艺

2.1汽车座椅的组成

汽车座椅一般由头枕、靠背、调节装置、座垫和座椅连接件等组成，汽车座椅骨架是汽车座椅的基础结构，可分为靠背骨架和座垫骨架两部分。

如下图2.1所示：

图2.1座椅组成图

座椅骨架常用轧制型材（钢管、型钢）制成或用钢板冲压焊接而成，并用螺钉直接固定或通过座椅调节机构固定在车身上。

座椅行程调节装置、靠背角度调节装置、限位装置等是与座椅相关的一些机械装置。

其中座椅行程调节装置是安装在座垫骨架和地板之间，调节座椅与地板的前后和上下位置的机械装置。

靠背角度调节装置安装在座垫骨架和靠背骨架之间，是用来调节座椅靠背角度的机械装置。

2.2焊接结构件材料的选择

汽车座椅骨架主要是由座垫骨架和靠背骨架组成。

一般是由钢制管材焊接制成或冲压后焊接而成。

本文选用材料Q235直径20，壁厚1.5的钢管。

2.3焊接方法及焊接工艺

焊接方法：

手工电弧焊

焊接规：

焊接电流：

120----150A，电压：

50---60V，焊接预热：

无要求

（1） 接口前应将坡口表面及母材、外壁的油、漆、垢锈等清理干净，直至发出金属光泽，清理围为每侧各为10-15mm，对口间隙为2.5～3.5mm。

（2）接口间隙要匀直，禁止强力对口，错口值应小于壁厚的10%，且不大于1mm。

（3） 接口局部间隙过大时，应进行修整，可以在间隙添加塞物。

（4）接口合格后，应根据接口长度不同点4-5点，点焊的材料应与正式施焊相同，点焊长度10-15mm，厚度3-4mm。

（5） 打底完成后，应认真检查打底焊缝质量，确认合格后再进行盖面焊接。

（6） 引弧、收弧必须在接口进行，收弧要填满熔池，将电弧引向坡口熄弧。

（7） 点焊，如产生缺陷，必须用电磨工具磨除后，再继续施焊，可以重复熔化方法消除缺陷。

（8） 应注意接头和收弧质量，注意接头熔合应良好，收弧时填满熔池。

为保证焊缝严密性。

（9） 盖面完毕应及时清理焊缝表面熔渣、飞溅。

2.4焊接材料的选择

焊条可选用低氢型焊条J427或J507，因为低氢型焊条熔敷金属扩散氢量少，去硫能力强，所以熔敷金属塑性，韧性良好，抗开裂性能也良好2.6面向焊装的尺寸控制方法。

2.5焊接缺陷及防止措施

焊前清除油污，氧化物等杂质，焊前应进行预热，预热温度应在150摄氏度以上，也不宜太高，焊后要进行立即（在焊件冷却到预热温度之前）进行消除应力的热处理，回火温度控制在600---650摄氏度，焊件在炉中加热和冷却应平缓，减少截面厚度方向的回火梯度。

（1）气孔

产生原因：

氩气纯度低或氩气管路有水分、漏气等；焊丝或母材坡口附近焊前未清理干净或清理后又被污物、水分等沾污；焊接电流和焊速过大或过小；熔池保护欠佳，电弧不稳，电弧过长，钨极伸出过长等。

防止措施：

保证氩气的管路，选择认真清理悍丝、焊件，清理后及时焊接，并防止再次污染。

更新送气管路，选择合适的气体流量，调整好钨极伸出长度；正确选择焊接工艺参数。

必要时，可以采取预热工艺，焊接现场装挡风装置，防止现场有风流动。

（2）裂纹

产生原因：

焊丝合金成分选择不当；当焊缝中的镁含量小于3%或铁、硅杂质含量超出规定时，裂纹倾向增大；焊丝的熔化温度偏高时，会引起热影响区液化裂纹；结构设计不合理，焊缝过于集中或受热区温度过高，造成接头拘束应力过大；高浊停留时间过长，组织过热；弧坑没填满，出现弧坑裂纹等。

防止措施：

所选焊丝的成分与母材要匹配；加入引弧板或采用电流衰减装置填满弧坑；正确设计焊接结构，合理布置焊缝，使焊