استاندارد فیکسچرهای جوشکاری

امروزه در دنیای قطعات پرسی، استفاده از ابزار با کیفیت برای تولید قطعات، مرغوبیت خطوط تغذیه تولید محصول را در کارخانه­های بزرگ تضمین می­کند و اعتبار زیادی برای سازندگان قطعات به ارمغان می­آورد. باتوجه به نرخ سریع­ پیشرفت در تولید محصولات صنعتی، استفاده از ابزار قدرتمند، دقیق و متنوع به‌عنوان راه­هایی برای رسیدن به موفقیت در دنیای رقابت جدی در بین تأمین­کنندگان قطعات خودرو به‌خصوص قطعات فلزی به‌شمار می­آید.
واحد قالب و ابزار شرکت ساپکو در ۱۳۷۷ با هدف ایجاد هماهنگی میان سازندگان و ساپکو در زمینه­های مربوط به قالب ابزار تولیدی، اعم‌از آنالیز قیمت، چک طرح، نظارت بر ساخت قالب تا مرحله تولید قطعه تأیید شده و بررسی مشکلات مربوط به قالب­ها و ابزار تولیدی شکل گرفت.
باتوجه به اینکه یکی از مهم­ترین وظایف این واحد، بررسی و تأیید طرح‌اولیه سازنده است، به‌منظور سهولت و یکنواختی عملکرد در بین سازندگان، استانداردهایی متفاوت در سیستم تهیه و جاری شد که یکی از آنها استاندارد جیگ و فیکسچرهای تولیدی است.
استفاده از جیگ و فیکسچرها علاوه‌بر لزوم وجود آنها در برخی فرایندهای تولیدی، مزایای فراوانی دارد که در ذیل به‌برخی از آنها اشاره شده­است:
۱) استفاده از جیگ و فیکسچر، نیاز به چک‌کردن مستمر تک­تک قطعات را برطرف ساخته و باعث کاهش زمان تولید و افزایش بازده تولید می­شود.
۲) جیگ و فیکسچرها یکنواختی کیفیت را در ساخت مجموعه‌هاتسهیل می­کند.
۳) با استفاده از جیگ و فیکسچرها، نیاز به مهارت فردی به‌منظور تنظیم قطعه کار و ابزار برای مونتاژ صحیح، برطرف شده و هر شخص عادی با یادگیری اصول‌اولیه، می­تواند مجموعه­ای از قطعات را با هم مونتاژ کند و این امر باعث صرفه­جویی هزینه­های استخدام کارگر ماهر خواهدشد.
۴) در مجموع، استفاده از این نوع ابزار با توجه به مواردی همچون تولید بیشتر، کاهش در میزان ضایعات، مونتاژ آسان­تر، صرفه­جویی در هزینه­های نیروی انسانی، کاهشی اساسی در هزینه­های تولید را در پی دارد.
اصولاً جیگ و فیکسچرها وسایل نگهدارنده­ای هستند که با به‌کارگیری آنها می­توان قطعاتی مشابه با دقت بالا تولید کرد. ممکن است جیگ و فیکسچرها در ظاهر شبیه یکدیگر باشند، اما تفاوت عمده آنها در نحوه هدایت ابزار برشی به طرف قطعه کار است.
جیگ، وسیله­ای است که قطعه­کار درون آن قرار می­گیرد تا عملیات ماشینکاری بر روی آن انجام گیرد و نه­تنها قطعه­کار را در جای خود مهار می­کند بلکه ابزار را نیز هنگام عملیات هدایت می­کند.
فیکسچر، وسیله­ای نگهدارنده است که فقط قطعه­کار بر روی آن محکم می­شود تا عملیات ماشین­کاری، جوشکاری و... روی آن انجام شود.
معمولاً جیگ­ها به دو دسته تقسیم می­شوند.
۱) سوراخکاری
۲) سوراخ­تراشی
فیکسچرها در عملیات تولیدی مختلفی نظیر: مونتاژ، جوشکاری، خان­کشی، فرزکاری و... استفاده می­شوند.
● فیکسچرهای جوشکاری و مونتاژ
جوشکاری و مونتاژ قطعات ورقی، یکی از عملیات همیشگی و روزمره در صنعت تلقی می­شود. این عملیات را می­توان با به‌کارگیری فیکسچرهای مناسب، بهتر و سریع­تر انجام داد.
جوشکاری یکی از روش­های مفید و باصرفه در اتصال قطعات فلزی به یکدیگر است. بنابراین، اولین روشی که در صنعت برای اتصالات ورق­ها مورد توجه قرار می­گیرد، جوشکاری است، اما به‌هنگام جوشکاری، حرارت نسبتاً زیادی تولید می­شود که این امر در بسیاری از موارد باعث اعوجاج و تاب برداشتن قطعات می­شود. یکی از نقش­های اصلی فیکسچرهای جوشکاری، علاوه‌بر جانمایی قطعات منفصل، مهار قطعه کار و جلوگیری از بروز عیب یادشده است.
فیکسچر جوشکاری، معمولاٌ ابزاری ثابت است، اما مطابق با شکل قطعه، می­توان آنها را به­طوری طراحی کرد که حول محورهای افقی و عمودی چرخاند.
فیکسچرهای جوشکاری عمدتاً برای سه­نوع عملیات طراحی می­شوند:
۱) خال جوش زدن
۲) جوشکاری کامل
۳) نگهداشتن قطعات جوش خورده
به‌دلیل اهمیت فیکسچرهای جوشکاری در مونتاژ نسبت به دیگر انواع آن، واحد قالب و ابزار شرکت ساپکو استانداردی را به‌منظور یکسان­سازی در مراحل طراحی و ساخت این تجهیزات در بین سازندگان تهیه و توزیع کرده­است که شرح مختصر بخش­هایی از آن عبارت است از:
علاوه‌بر قرارگیری و محکم کردن قطعه­کار در فیکسچر جوشکاری، باید عوامل دیگری نیز قبل از طراحی به‌شرح ذیل بررسی شوند.
۱) کنترل دفع حرارت یکی از مهم­ترین نکاتی است که در هر فیکسچر باید به آن توجه کرد. یعنی همواره باید از سردشدن سریع یا دیر هنگام منطقه جوشکاری شده، اجتناب کرد.
۲) پایه و روبندهای فیکسچر، باید از استحکام کافی برخوردار باشند تا از تاب­خوردگی و پیچیدگی قطعه­کار پیشگیری شود.
۳) پین­ها و پایه­های قرارهای جانبی را تا حد ممکن باید در مکان­هایی قرار داد که خلاف جهت تاب برداشتن قطعه­کار قرار گیرد.
● ساختار بدنه فیکسچرهای جوشکاری
۱) بدنه­های پیش­ساخته: شامل بدنه­ای از یک پایه و بلوک­هایی که محل قرارگیری کلمپ­ها و موقعیت­دهنده­هاست.
۲) بدنه­های چدنی: این نوع فیکسچر­ها، از فولاد یا آلومینیم ریخته­گری ساخته می­شوند. یکی از معایب آنها نیاز به ساختن مدل است که باعث تحمیل هزینه اضافی می­شود.
۳) بدنه­های جوشکاری شده: این نوع فیکسچرها از جوشکاری قطعات فلزی دارای جنس فولاد کم‌کربن به یکدیگر، ساخته می­شوند و تقریباً در هر اندازه­ای قابل تولید هستند.
● اصول قرارگیری قطعه بر روی فیکسچر
▪ پین قرار: برای کسب دقت مناسب، لازم است قطعه­کار در موقعیتی مناسب قرارگیرد. با به‌کارگیری پین­های قرار علاوه‌بر قرار گرفتن قطعه­کار به‌صورت مطلوب، بارگذاری و برداشتن آن نیز به‌سادگی انجام می­شود. پین­های قرار تا آنجا که ممکن است باید از هم دور قرار گیرند. با این کار از پین­های کمتری استفاده شده و این اطمینان حاصل می­شود که تماس کامل بین سطوح قطعه و پین­ها برقرار شده­است.
▪ تلرانس: به‌هنگام ساخت ابزار، طراح باید تلرانس ابعادی قطعه­کار را مدنظر داشته­باشد. به‌عنوان قاعده­ای کلی، تلرانس ساخت ابزار باید ۲۰ تا ۵۰ درصد تلرانس قطعه­کار باشد.
▪ تعیین وضعیت قطعه­کار: برای درست قرار گرفتن قطعه­کار برروی فیکسچر، می­بایستی وضعیت قطعه تعیین شود. معمولاً به‌وسیله قرار دادن یک پین اضافی، وضعیت صحیح قطعه کار تضمین می­شود.
▪ درجات آزادی: قطعه­ای که مهار نشود، آزاد است و می­تواند در جهات شش­گانه حرکت کند (یعنی در راستای سه محور مختصات و گردش حول این سه محور). برای قرار گرفتن دقیق یک قطعه­کار در فیکسچرها، باید از حرکت آن جلوگیری کرد. این کار توسط پین­ها و لبه­های قرار و روبند انجام می­شود.
● اصول نگهداشتن و محکم کردن قطعه
▪ روبندها: نگهدارنده یا روبندها در طراحی جیگ و فیکسچر، معانی مشابه و در عین حال متفاوتی دارد. به‌بیانی کلی، جیگ و فیکسچرها خود به‌معنای نگهدارنده هستند، اما منظور از روبند، قطعاتی از جیگ و فیکسچر است که قطعه را روی آن نگه می­دارد. روبند می­بایستی قطعه کار را به­گونه­ای نگه دارد که در طول عملیات، قطعه دائماً به پایه­ها و پین­های قرار تکیه داشته­باشد.
● محل قرارگیری روبندها
به­عنوان یک اصل، روبندها باید در نقطه­ای به قطعه­کار نیرو وارد کنند که بیشترین صلبیت را داشته­باشد. به‌این‌ترتیب، با محکم کردن روبند، تغییر شکل در قطعه ایجاد نشده و امکان آسیب رسیدن به آن هنگام محکم­کردن روبند، به حداقل می­رسد.
● انواع روبندها
روش­های نگه داشتن قطعه­کار روی جیگ و فیکسچر متفاوت است. نوع روبندی که برای جیگ و فیکسچر انتخاب می­شود به شکل و اندازه قطعه­کار، نوع جیگ و فیکسچر و نوع عملیات تولیدی بستگی دارد. طراحی روبند می­بایستی به ساده­ترین شکل بوده و کارکردن با آن برای کاربر راحت باشد.
انواع مختلف روبندها عبارتند از:
۱) روبند­های انگشتی
۲) روبندهای پیچشی
۳) روبندهای چرخشی
۴) روبندهای ناخنی
۵) روبندهای مهره­دستی آزادشونده سریع
۶) روبندهای بادامکی
۷) روبندهای گوه­ای
۸) روبندهای زانویی
۹) روبندهای مکانیزه
● سیستم­های نگهدارنده مکانیزه
در مواردی که تعداد تولید زیاد مدنظر باشد، استفاده از روش مکانیزه نگه­داشتن قطعه­کار به­صورت پنوماتیکی و هیدرولیکی، مرسوم است. این سیستم شامل مدارهای هیدرولیکی و یا پنوماتیکی بوده که با اثر بر روی عمل کننده­ها می­تواند روبند­های یک جیگ یا فیکسچر را باز یا بسته کند.
● مزایای سیستم نگهدارنده مکانیزه
افزایش سرعت و بازدهی تولید در روش­های تولید کارخانه­های امروزی، تنها دلیل استفاده از سیستم­های مکانیزه نیست. از دیگر مزایای این سیستم، پایداری و دقت عملکرد در تولید تکراری با دفعات زیاد، اعمال نیروی قابل کنترل برای نگهداشتن قطعات سبک یا سنگین، ایجاد پایه­های تکیه­گاهی با ارتفاع تنظیم‌شونده و کنترل عملیات از راه‌دور و امکان عمل اتوماسیون عملیات تولیدی است.
● مواد مورد استفاده در ساخت جیگ و فیکسچرها
مواد موردنیاز برای ساخت یک نوع ابزار مشخص، با تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی موردنیاز برای ابزار موردنظر مشخص می­شود. این خواص، شامل وزن، رنگ، قابلیت هدایت حرارتی و الکتریکی، ضریب انبساط حرارتی، نقطه ذوب، استحکام، سختی، مقاومت فرسایشی، تردی، چقرمگی، چکش­خواری و مدول­الاسیسیته است. در بسیاری از موارد، استفاده از موادی گوناگون امکان­پذیر است، اما در نهایت، قابل دسترس‌بودن و به‌صرفه‌بودن مواد انتخاب آنها را محدود می­کند.
در پایان ذکر این نکته لازم است که قسمت قالب و ابزار شرکت ساپکو به‌منظور ایجاد هماهنگی در امر طراحی و ساخت فیکسچرهای جوشکاری و مونتاژ در بین سازندگان اقدام به تهیه و جمع­آوری استانداردی در این زمینه کرده­است.
امید است با تلاش و کوششی مضاعف، گام­های بزرگتری در جهت گسترش استانداردهای موجود برداشته شود.

نویسنده : مهرداد سپهر
منابع:
۱-طراحی جیگ وفیکسچر گام به گام(ترجمه اکبرشیرخورشیدیان)
۲-Hand book of jig and fixture Design(Willaim E.Boys

منبع : ماهنامه صنعت خودرو