汽車車身柔性焊裝夾具設計特點

作者：本站　來源：本站　日期：2018-09-10 17:45:30　人氣：157

　　汽車車身焊接夾具的設計是一門經驗性很強的綜合性技術，在設計時首先要確定生產綱領，熟悉產品結構，了解變形特點，把握制件及裝配精度，通曉工藝要求。只有做到這些，才能對焊接夾具進行全方位的設計。 

　　一、生產綱領 

　　生產綱領決定焊接夾具的自動化水平及焊接工位的配置，是通過生產節拍體現的。生產節拍由夾具動作時間、裝配時間、焊接時間、搬運時間等組成。夾具動作時間主要取決于夾具的自動化程度；裝配時間主要取決于沖壓件精度、工序件精度、操作者的熟練程序；焊接時間主要取決于焊接工藝水平、焊接設備的自動化程度、焊鉗選型的合理化程度等；搬運時間主要取決于搬運的自動化程度、物流的合理化程度等。只要把握住以上幾點，就能合理地解決焊接夾具的自動化水平及制造成本這對矛盾。 

　　二、汽車車身的結構特點 

　　汽車車身一般由外覆蓋件、內覆蓋件和骨架件組成，覆蓋件的鋼板厚度一般為0.8-1.2mm，骨架件的鋼板厚度多為1.2-2.5mm，也就是說它們大都為薄板件。對焊接夾具設計來說，有以下特點： 

　　1、結構形狀復雜，構圖困難 

　　汽車車身都是由薄板沖壓件裝焊而成的空間殼體，為了造型美觀和殼體具有一定的剛性，組成本身的零件通常是經過拉延成型的空間曲面體，結構形狀較為復雜。 

　　2、剛性差、易變形 

　　經過成型的薄板沖壓件有一定的剛性，但和機械加工件相比，剛性要差得多，而且單個的大型沖壓件容易變形，只有焊接成車身殼體后，才具有較強的剛性。 

　　3、以空間三維坐標標注尺寸 

　　汽車車身產品圖以空間三維坐標來標注尺寸。為了表示覆蓋件在汽車上的位置和便于標注尺寸，汽車車身一般每隔200mm或400mm劃一坐標網線。三個坐標的基準是：前后方向(Y向)———以汽車前輪中心為0，往前為負值，往后為正值；上下方向(Z向)———以縱梁上平面為0，往上為正值，往下為負值；左右方向(X向)———以汽車對稱中心為0，左右為正負。 

　　三、裝配精度 

　　裝配精度包括兩方面內容：外觀精度與骨架精度，外觀精度指車門裝配后的間隙面差，骨架精度指三維坐標值。貨車車向的裝配精度一般控制在2mm內，轎車控制在1mm內。焊接夾具的設計既要保證工序件之間的焊裝要求，又要保證總體的焊接精度，通過調整工序件之間的匹配狀態來滿足整體的裝配要求。 

　　四、6點定則在車身焊裝夾具上的應用 

　　6點定則指限制’個方向運動的自由度，在設計車身焊裝夾具時，常有兩種誤解，一是認為6點定位則對薄板焊裝夾具不適用；二是看到薄板焊裝夾具上有超定位現象，產生這種誤解的原因是把限制6個方向運動的自由度理解為限制6個方向的自由度，焊接夾具設計的宗旨是限制6個方向運動的自由度，這種限制不僅依靠夾具的定位夾緊裝置，而且依靠制件之間的相互制約關系。只有正確認識了薄板沖壓件焊裝生產的特點，同時又正確理解了6點定則，才能正確應用這個原則。 

　　從定位原則看，支承對薄板來說是必不可少的，可消除由于工件受夾緊力作用而引起的變形。超定位使接觸點不穩定，產生裝配位置上的干涉，但在調整夾具時只要認真修磨支承面，其超定位引起的不良后果是可以控制在允許范圍內的。 80年代，車身焊接使用的大量夾具其型式是從沖壓模具的定位面截切而來，即在車身沖壓零件的型腔上定位，它被稱為“定位塊”，其特點是定位面積大，據統計投影面積在50×100以上。定位塊是加工件，其余支撐部分為鑄鐵件，定位塊在裝配調整后再配作定位銷。在外觀上它有兩種式樣：大面積的定位塊，小面積的氣動或手動壓頭；大面積的定位塊，大面積的氣動或手動壓頭。前者造成定位塊加工復雜，產生車身零件壓緊力不夠，后者干涉焊鉗的點焊操作及裝件困難。在生產中使用的夾具，其精度必須保證產品總成的要求；其選擇定位面的數量也是比較保守的，寧多勿少。另外，每個定位塊的裝配全部是用四個螺釘在沉孔中固定在焊接支承底板上，因焊渣飛濺的填充，造成返修更換的困難。因此這種整體為鑄件的“定位塊”式夾具是耗能耗材的，其設計、制造周期和成本都比較高。 

　　隨著工裝制造水平與檢測手段的提高，車身焊接夾具的定位轉化為定位板定位，板的厚度在16、19、25幾檔中選用。整個夾具本體改為焊接合件，在制造、裝配上都縮短了周期，相對降低了成本。定位板與角支座、角支座與底板各定位銷孔均采用鏜孔，孔間距偏差為,L±0.02。這種在加工上采用此方式，在調試中若車身產品尺寸略有變化(如沖壓件常有的尺寸誤差)，機加中保證的尺寸精度就浪費掉了。要想使車身幾何精度在夾具上一次裝調成功，沖壓件就不能有較大的尺寸偏差，而且定位點的數量也比較多。用直角塊可調定位方式與上相同，只是定位板、壓頭用直角塊加墊片過渡。它的優點是定位板、壓頭用損后修復、裝調比較方便；也比較容易形成標準化設計、制造(除定位塊、壓頭上壓塊外，其余零件均可制成標準件)。但設計人員要解決鏜出的定位銷孔與墊片的關系，不能讓定位板無公差加工。也延長了裝配周期，從定位型面到檢測銷孔等尺寸鏈增多，累計誤差上升。如平頭車身左/右側圍夾具，僅直角塊就有900個左右。可想裝配調整工作量之大，它同樣是以提高加工精度為代價換來的。夾具從整體外形看0有章法、但不美觀。 采用三個圓柱銷定位各零、部件，它把以上兩種定位法加工精度從,L±0.02降到,L±0.05，就使夾具在生產使用中加工、裝配上使車身裝焊精度得到了保證。但在設計、裝配中，要考慮定位部件的使用狀況，否則精度就會隨磕碰等不良因素走失掉。 

　　五、車身分塊和定位基準的選擇 

　　車身焊接總成一般由底板、前圍、后圍、側圍和頂蓋幾大部分組成，不同的車型分塊方式不同，在選擇定位基準時，一般應做到： 

　　1、保證門洞的裝配尺寸 

　　當總成焊接無側圍分塊時，門洞必須作為主要的定位基準，在分裝夾具中，凡與前后立柱有關的分總成裝焊都必須直接用前后立柱定位，而且從分裝到總裝定位基準應統一；當總成焊接有側圍分塊時，則門洞應在側圍焊接夾具上形成，總裝焊時以門洞及工藝孔定位，且從分裝到總裝定位基準也應統一。 

　　2、保證前后懸置孔的位置準確度 

　　車身底板上的懸置孔一般沖壓在底板加強梁上，裝焊時要保證懸置孔的相對位置，以便使車身順利地下落到車架上。 

　　3、保證前后風窗口的裝配尺寸 

　　前后風窗口一般由外覆蓋件和內覆蓋件組成，有的是在前后圍總成上形成，在分裝夾具上要注意解決其定位，有的在總裝夾具上形成，一般在專門的窗口定位裝置對窗口精確定位，以保證風窗玻璃的裝配。 

　　六、車身焊接夾具的結構及定位夾緊特點 

　　1、車身焊裝夾具的結構特點 

　　車身焊裝夾具體積龐大，結構復雜，為了便于制造、裝配、檢測和維修，必須對夾具結構進行分解，否則，無法進行測量。車身總裝夾具有3個裝配基準：底板、左側圍和右側圍，在它們的平面上都加工有基準槽和坐標線，定位夾緊組合單元按各自的基準槽進行裝配、檢測，最后將3大部分組合起來，成為一套完整的夾具。

　　2、車身焊裝夾具的定位特點 

　　車身焊裝夾具大都以沖壓件的曲面外型、在曲面上經過整形的平臺、拉延和壓彎成型的臺階，經過修邊的窗口和外部邊緣、裝配用孔和工藝孔定位，這就在很大程度上決定了它的定位元件形狀比較特殊，很少能用標準元件。焊接夾具上要分別對各被焊工件進行定位，并使其不互相干涉，在設計定位元件時要充分利用工件裝配的相互依賴關系作為自然的定位支承。有的工件焊接成封閉體，無法設置定位支承，可要求產品設計時預沖平臺、翻邊作為定位控制點，總之，對于要求不嚴格的裝配，盡量不使用焊接夾具。車身焊裝夾具上，板狀定位較多，定位板一般用A3、A5號鋼板，厚度為12-20mm。定位塊間距既要保證定位精度，又要保證焊鉗伸入的方便性。定位件按坐標標注尺寸，不注公差。 

　　3、車身焊裝夾具的夾緊特點 

　　車身沖壓件裝配后，多使用電阻焊接，工件不受扭轉力矩，當工件的重力與點焊時加壓方向一致，焊接壓力足以克服工件的彈性變形，并仍能保持準確的裝配位置與定位基準貼合，此時可以省去夾緊機構。 

　　焊接通常在兩個工件間進行，夾緊點一般都比較多，電阻焊是一種高效焊接工藝，為減少裝卸工人的輔助時間，夾緊應采用高效快速裝置和多點聯動機構。 

　　對于薄板沖壓件，夾緊力作用點應作用在支承點上，只有對剛性很好的工作才允許作用在幾個支承點所組成的平面內，以免夾緊力使工件彎曲或脫離定位基準。夾緊力主要用于保持工件裝配的相對位置，克服工件的彈性變形，使其與定位支承或導電電極貼合，對于1.2mm厚度以下的鋼板，貼合間隙不大于0.8mm，每個夾緊點的夾緊力一般在300-750N.范圍內；對于1.5-2.5mm之間的沖壓件，貼合間隙不大于1.5mm每個夾緊點的夾緊力在500-3000N.范圍內。 

　　夾緊器按照夾緊方向有平面、垂直、45度夾緊器；按照操作方式有螺栓夾緊、快速夾緊、手柄螺旋夾緊；還有手工、氣動或液壓。其中帶補償的螺旋夾緊器最為常用。這種夾緊器在懸臂中增加了彈性伸縮，抵消夾緊時的側向分力，以補償夾具本身的變形和插入過程中的間隙，保證夾緊力與受力面垂直。夾緊頭部一般由碳鋼、不銹鋼、尼龍材料制成，以適合不同的工件要求。如果配備兩點、三點夾緊橋，可以同時夾緊不同高度的兩個位置的工件。另外也可以按照夾緊的型面加工特殊的夾緊頭。 

　　七、焊接夾具的精度控制 

　　焊接夾具精度標準由設計單位制定，其中規定了底板基準槽和坐線的形態和精度要求；定位銷和其他定位支承件的尺寸和形位公差要求，承制單位按要求進行檢測、判斷并進行調整，合格后就固定定位銷。隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達0.01mm/±5um，夾具支承面的垂直度達到0.01mm/300mm，平行度高達0.01mm/500mm。德國demmeler(戴美樂),公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5um以內；夾具重復安裝的定位精度高達±5um；瑞士EROEA柔性夾具的重復定位精度高達2-5um。機床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業。誠然，為了適應不同行業的需求和經濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標準供選擇。 

　　八、模塊、組合 

　　夾具元件模塊化是實現組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發的基點。省工、省時，節材、節能，體現在各種先進夾具系統的創新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用CAD;技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創建夾具專業技術網站，為夾具行業提供信息交流、夾具產品咨詢與開發的公共平臺，爭取實現夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經營電子商務化。 

　　九、通用、經濟 

　　夾具的通用性直接影響其經濟性。采用模塊、組合式的夾具系統，一次性投資比較大，只有夾具系統的可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現出經濟性好。德國demmeler(戴美樂),公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費用低，經濟實用。 

　　專家們建議組合夾具行業加強產、學、研協作的力度，加快用高新技術改造和提升夾具技術水平的步伐，創建夾具專業技術網站，充分利用現代信息和網絡技術，與時俱進地創新和發展夾具技術。主動與國外夾具廠商聯系，爭取合資與合作，引進技術，這是改造和發展我國組合夾具行業較為行之有效的途徑。 

　　結束語 

　　汽車車身焊接夾具的設計與沖壓件、工序件結構及精度關系極為密切，充滿了豐富的特殊性，在設計時，除了考慮遵循一般的規律外，還必須具體問題具體對待。