工装夹具、模具基础知识及结构

夹具基本知识

A、工装种类

工装在焊装车间有夹具、工位器具、吊具、上位机吊具（涂装）、模具、焊接辅具等。

B、夹具

一、组成

夹具分为手动和气动，包括电气控制的夹具

夹具一般由基准面、角座、规制板、夹爪、定位销、定位面、轴承、夹钳、气缸及气动元件组成。主要通过定位面、定位销、夹爪进行定位和夹紧，从而确保工件的位置精度。

气动部分由气缸、难燃管、快速接头、控制阀、气动三联件、气压表、三通、球阀组成。

气缸一般有夹紧（CK系列）、薄型（CQ2系列）、轻型（CG1系列）、标准型（CA1系列）等型号。

控制阀有限流阀、手动式、按钮式、滚轮杠杆型、二位五通型、电磁阀等。

快速接头分带螺纹和不带螺纹的，有L、Y、T等型。

二、作用与原理

作用：夹具主要作用是夹紧和定位

1、工件夹紧原理

为使工件在定位件上所占有的规定位置在加工过程中保持不变，就要用夹紧装置将工件夹紧。才能保证工件的定位基准与夹具上的定位表面可靠地接触，防止在加工过程中移动、振动或变形。

由于工件的夹紧装置是和定位紧密联系的，因此，夹紧方法的选择应与定位方法的选择一起考虑。

在设计夹紧装置时，应考虑夹紧力的选择，夹紧机构的合理设计及其传动方法的确定。关于夹紧力的选择应包括方向、作用点及大小这三个要素的确定。

夹紧装置选择合适，不仅可以显著地缩短辅助时间，保证产品质量，提高劳动生产率，而且还可以方便工人操作，减轻体力劳动。

夹紧力作用在具体选择时还应注意以下几点：

（1）夹紧力合力的作用点一般应靠近支承表面的几何中心，也既作用于支撑三角形的中心。这样可使夹紧力较均匀地分布在接触表面上。

（2）夹紧力作用点应尽可能靠近加工面，使加工力对于夹紧力作用点的力矩变小，这样可减少工件的转动趋势或振动。

夹紧力作用点的数目增多，能使工件夹紧均匀，提高夹紧的可靠性，减少夹紧力的变形。

2、定位

1、在定位时，每个工件在夹具中的位置是不确定的，对同一批工件来说，各件的位置也将是不一致的。工件位置的这种不确定性，可用空间直角坐标轴分为以下6个方面，工件有6个自由度，沿三坐标轴的移动自由度和绕三坐标轴的转动自由度。

末定位前的工件相当于自由刚体，是无法进行加工的，因此，为了使工件在夹具中有一个正确位置，必须对影响工件加工表面位置精度的自由度加以限制。

要使工件在夹具中的位置完全确定，其充分必要条件是将工件靠置在按一定要求布置的6个支承面上，使工件的6个自由度全部被限制，其中每个支承点相应地限制一个自由度。这就是六点定位规则，又称“六点定律”。

6个支承点的分布方式，与工件的形状有关。

2、工件以平面定位

工件以平面作为定位基准，是生产中常见的定位方式，在分析和设计定位时，应根据基准平面与定位元件工作表面接触面积的大小、长短或接触形式。确定定位元件所相当的支承点数目及基所限制工件的自由度。当接触面积较大时，相当于3个支承点，限制工件3个自由度；

3、工件以圆柱孔定位

定位销

当工作部分直径D大于3到10MM时，为增加刚度，避免销子因撞而折断，或热处理时淬裂，通常把根部加工成圆角R。在夹具体上应有沉孔，使定位销圆角部分沉入孔内而不影响定位。大批量生产时，为了便于更换定位销，可设计配有衬的结构，便于更换。为了便于工件顺利安装，定位销的头部应有15度倒角。

定位销工作部分的直径，可根据工件的加工要求和安装方便，按g5\g6\f6\f7精度等级制造.定位销可用H7/r6或H7/n6配合压入夹具体孔内.定位销的材料一般选用工具钢T7,热处理淬火HRC53~58,或用普通结构钢20,渗碳淬火,渗碳深0.8~1.2,淬火硬度HRC53~58.定位销结构已标准公,也可设计特殊定位销.

动力部分（气路及原理）：

使用人力通过各种传动机构对工件进行夹紧，称为手动夹紧。而现代高效率的夹具，大多采用机动夹紧方式。在机动夹紧中，一般都有设有产生夹紧力的动力系统，常用的动力系统有：气动、液压、气液联合、电动、磁力、真空动力系统等。机动夹紧可以大幅度缩减装夹工件的辅助时间，提高生产率和减轻工人劳动强度。

气动夹紧是机动夹紧中应用最广泛的一种，目前不仅在大批量生产中已普遍采用，而且已逐步推广到成批和小批量生产。

1、主气路：空气由空压站压缩后，再经过冷却、过滤等向各用气部门供气，经过分流后到焊装车间给车间夹具、设备等提供气源。虽然空压站送出的空气以过滤，但由于又经过长距离的输送，有很多固态灰尘、液态水、油等杂质；所以当主气路送给夹具时，为了保护气动元件，又安装了过滤器；再经过调压阀选定工艺需要的压力，通过油雾器来润滑各气动元件。主气路上的三通为了便于分流气源，球阀为了切断夹具的气源。主气路再经过一般型号为PL10-04S的快换接头向其它气动元件送气。

2、系统的组成

气动系统一般由四部分组成：

1）气源部分——包括空气压缩机、冷却器、储气罐、过滤器，一般置于动力站内。

2）控制部分——如调压阀、节流阀、气或电控换向阀等。用于控制和调节压缩空气的压力、流量和方向，以满足夹具的动作和性能要求。

3）执行部分——能量输出装置，即气缸。与夹紧机构相连接。

4）辅助部分——包括管部、接头、压力表、分水滤气器、油雾器、消声器等。起连接、测量、过滤、润滑、减小噪音等作用。

3、气动夹紧的特点

5）压缩空气来源于大气，取之不尽，废气可排入大气中，处理方便。

6）压缩空气在管道中流动的压力损失小，因此，便于集中供应和实现远距离操纵，以提高处动化程度。

7）动作迅速，反应灵敏。可达到快速夹紧、方便操作。

8）夹紧力基本稳定，但由于空气有压缩性，夹紧刚度差，故在重加工或断续加工时，应设置自锁装置。

压缩空气的工作压力较小，因此，与液压夹紧装置相比，结构较庞大。

4、气控原理

最常用的气阀为手动式、按钮式、滚轮杠杆型、二位五通型等

手动式气阀：一般为三位四通；按钮阀、滚轮杠杆型：为二位三通阀；还有应用最广泛的气控阀为二位五通阀。位表示气阀内部气路的状态数；通表示进出气路的数量。

A、滚轮杠杆阀符号：

B、二位五通阀符号：

C、手动阀符号：

气路工作原理举例（单一气缸的夹紧、放松）

三、夹具的工艺要求

1夹具制造的一般要求：

1）保证产品的形状和尺寸精度符合图纸和技术要求，必须使被装配的零件或部件获得正确的位置和可靠的夹紧，并再焊接时它能防止焊件产生变形；2）夹具结构应开敞，工人操作方便，焊接易接近工作处，必要时可在夹具骨架上切去影响的部分；3）应使装配焊接工作在最有利的状态下进行，如焊接应在平焊位置等；4）夹具有足够的钢度，且重量要轻，凡是受力的各种器件，都应该有足够的强度和钢度；5）工件可靠定位、定位夹紧应迅速，从夹具上取出工件应方便；6）要降低夹具的制造成本，应尽量使用标准化夹具元件，易磨损件便于更换；7）由于焊接热的作用，夹具的定位件和夹紧等距焊缝应有一定的距离，以避免因受热产生变形，或将定位面、螺纹等夹具元件烧毁，同时为了工件加热量流失少，工件与定位件、夹紧件等夹具元件接触面应尽量小；8）对电阻焊夹具的选材，要求尽量使用非磁性物质材料。

2、什么是夹具的过定位

1）夹具的定位：任何刚体在空间都有6各自由度，零件定位是为了确定零件在夹具中的位置，也就是消除（或限制）零件相对相对夹具的6各自由度，消除（或限制）自由度的方法，便是定位的方法；2）夹具六点装置：夹具的定位一般是用适当的点、线、面的接触来达到的，即用夹具定位定位件上的点、线、面与工件接触来达到，三点的平面为基准面称为首要基准，二点所在的平面为导向面称为导向基准，一点所在的平面称为定程基准；3）过定位现象：夹具在对工件进行定位时，如果支撑点超过六个或物体某一自由度出现重复定位，这种现

象称为过定位；钢性大的了零件时不允许过定位的，过定位不仅不能得到准确一致的位置，反面会使零件的位置不稳定，正如四条腿的凳子不如三条腿的凳子稳定一样的道理。在汽车焊接结构中簿板零件很多，这些零件多为冲压件，钢性小，尤其是当零件尺寸较大时，刚性更小，这些零件在自身重量作用下，都难保证其准确的形状，对于这种零件，仅仅按六点定位规则定位，无法保证其要求的位置和形状，必须增加定位点的数量，也就是采取过定位的方法来定位。

3、夹具夹紧力的三要素

三要素是指力的大小、方向和着力点。A、夹紧力的大小要考虑以下要素：1）夹紧力应能够克服零件上的局部变形；2）当工件在夹具上实现翻转或回转时，夹紧力应克服重力和惯性力，把工件牢牢的夹持在夹具上；B、夹紧力的方向：夹紧力的方向一般要垂直首要定位基准，因为这一表面与夹具定位面的接触面积最大，故能使接触面单位压力减小，有利于减少零件因受夹紧力产生的局部变性，更重要的是不易使定位件产生位移，由于零件重力的方向永远是向下的，因此首要基准的位置最好是水平的；C、夹紧力的着力点：不能产生力矩，一般应使着力点正好位于定位支撑之上或尽量使着力点位于几个支撑所组成的定位面内，并应使夹紧力作用在零件钢度最大的位置。

四、夹具点检（依据点检表）

1、通过听觉或触觉来检查气路有无漏气现象；目视气压表是否在0.4MP～0.6MP之间，气管是否老化或被飞溅

烧穿等。

2、气动三联件的检查：A先将气压关闭，并放掉剩余气体；大拇指将黑色卡子向下拉，其它手握住滤清器稍用

力在旋转，即可把滤清器拆下；检查里面有无异物，滤心是否堵塞或已发黄有很多灰尘。B 打开起源，用力调压阀黑色旋扭下拉（看到有橘黄色），再旋转旋钮观察气压是否发生变化，如果有变化说明调压阀正常。

C 油雾器上下部都有一条暗黄色上下界线，目视油杯油量是否在上下限内即可。

3、气源打开后，用按钮阀或手动阀使夹具进行打开和关闭动怍，检查气缸是否自如，行程是否到位（能否夹紧），

有无异常声响和其它异常情况。

4、检查有无螺栓（夹爪上，固定铜块、气阀等）松动，定位销是否磨损、晃动和裂痕，夹钳有无晃动较大、裂

痕等

5、夹具各部位是否清洁，有无飞溅、杂物，用手检查铜块、塑料块有无伤痕

五、检查保养内容

目视

1）定位销无松动、磨损现象（一般磨损为0.5MM需更换），磨损时应及时报告巡检员。

2）定位面无凹坑、过度划伤等，如有此现象，及时报告巡检员，再有工装管理员处理。

3）铜板表面光滑,无明显凹坑和裂纹

动手

1 ）夹钳无晃动,轴承无异响、研磨,润滑良好;

2）打开气源检查气缸活动自如,活塞杆无打火、气缸表面无磨损现象;

3）打开气源检查各快速接头、气管无老化、松动、漏气现象;

保养

1）夹具表面清洁，无灰尘、杂物、焊渣等，夹具上各按钮无损坏、残缺

2）各附属装置（气管、三联件等）表面无灰尘、油污；气路完好，无老化、泄漏现象

3）气压表正常，气动三连件完好，即油杯中油量在正常指示范围内，油质正常，调压自如，滤清器无堵塞

4）夹具上各定位销、夹头、夹块、铜块完整，且润滑良好，无异常

5）各移动部件导轨间无异物，表面无研伤，且润滑良好，无异响

6）减速器工作正常，油量充足，无异响；各气缸、气阀等固定点无松动、串气现象

7）焊接辅具上没有焊渣、油污及其他对焊接质量有害的杂质

8）各装配夹具、样板定位准确，无变形且夹紧装置状态良好

9）夹具上定位块无变形，非金属压块无磨损、老化、变形

10）各气动及手动夹紧点在夹紧时必须在死点位置，并且无松动

11）夹具上的电极板无变形、坑包，厚度高度应符合工艺要求

12）工位器具表面无明显灰尘

13）夹具上不允许放劳保用品和过多板件。

六、夹具的正确操作与注意事项

1、穿戴好劳保用品，准备好工具，按照夹具点检表对夹具进行点检。

2、对点检存在的问题写在点检表上，如果定位销、定位面、夹钳等影响质量或不能正常生产的问题，应立即通知工装班人员进行维修。

3、操作时身体不超过夹具任何部分;

4、在操作中不得用锤子、扁錾或其它物品启动按钮和敲击夹具任何部位（夹具有塑料垫片的，工具可放在基准面上，但要轻拿轻放）。

5、焊接中焊钳应挂住，避免焊钳撞击夹具并产生打火来损坏夹具。

6、严禁在夹具上堆积过多板件，破坏气管或其它元件。

7、手不能放入气缸、平面直线导轨、夹爪等的活动部分

C、模具

组成

导柱、导套、定位销、定位块、气压表、气动开关、气缸、压料装置、送料架、凹模型面、凸模压边刀口、翻边刀口、翻边基座结构、所有弹簧和传动销、模腔等

模具一级保养：

一、目的：为规范压合模的使用、维修和保养，保证模具的正常使用，保障产品质量和生产的顺利进行。

二、范围：本规定适用于焊装压合模的使用和一级保养。

三、规定：

1、模具安装前必须要对模具的上表面和压机滑块进行清擦，保证各面的清洁度。

2、模具的安装槽应和压机的“T”型槽对齐，并且模具的安装槽要全部安装螺钉，以保证人身和工装的安

全。

3、操作人员应对模具作好生产前的擦拭、润滑和安全检查工作：将压机开到上死点，对模具的导向机构进

行清擦并涂润滑油，对模具的工作型面要求用粘性擦布进行清擦，以保证模具工作型面的清洁度，保证产品质量和模具使用状态。

4、首件生产前要检查模具内有无异物。

5、生产中要对模具定期进行检查和润滑，以保证产品质量和模具的使用状态。

6、生产班组在生产完毕后必须对模具进行全面清擦、检查和对杂物进行彻底的清理，并放好存放限制器，

才可卸下模具。

7、有较大的损坏必须立即通知工装人员，由工装人员进行进一步的处理。