车身焊装工艺设计

1汽车车身焊装工艺汽车车身装配主要采用焊接方式，在汽车车身结构设计时就必须考虑零部件的装配工艺性。焊装工艺设计与车身产品设计及冲压工艺设计是互相联系、互相制约的，必须进行综合考虑，它是影响车身制造质量的重要因素。第一节焊装工艺分析工艺性好坏的客观评价标准就是在一定的生产条件和规模下，能否保证以最少的原材料和加工劳动量，最经济地获得高质量的产品。影响车身焊装工艺性的主要因素有生产批量、车身产品分块、焊接结构、焊点布置等。一．生产批量车身的焊装工艺主要由生产批量的大小确定的。一般来说，批量越小，夹具的数量越少，自动化程度越低，每台夹具上所焊的车身产品件数量越多；反之，批量越大，焊装工位越多，夹具数量越多，自动化程度越高，每台夹具上所焊的车身产品件数量越少。1．生产节拍的计算生产节拍是指设备正常运行过程中，单位产品生产所需要的时间。假设某车年生产纲领是30000辆份/年工作制：双班，250个工作日，每个工作日时间为8小时2设备开工率：85％则生产节拍的计算为：2．时序图设计时序图（TIMECHART）是指一个工位从零部件上料到焊好后合件取料的整个过程中所有动作顺序、时间分配以及相互间互锁关系，这些动作包括上下料（手动或自动），夹具夹紧松开，自动焊枪到位、焊接、退回以及传送装置的运动等。生产线上每个工位的时序图设计总时间以满足生产节拍为依据，同时时序图也是焊装线电气控制设计的技术文件和依据，是机电的交互接口。如图4－1所示为一张时序图，它的内容包括：（1）设备名称，它是以完成动作的单元来划分。例如移动装置，夹具单元1，焊接，车身零部件名称等。其中车身零件名称表示上料动作，组件名称表示取料动作。2）相应设备的动作名称，它是以动力源的动作来划分的。例如移动装置是由气缸驱动上下运动和电机驱动工位间前后运动组成，它的动作名称分别为上升，下降，前进，后退；再例如夹具是由夹紧气缸驱动夹紧，它的动作名称分为夹紧，打开等。（3）各动作顺序及时间分配，动作时间表分配是以坐标网格的形式标记，每格单位为5秒，一个循环总时间为生产节拍，各动作之间的前后顺序关系图用箭头线标识。一般气缸3夹紧动作时间为2～3秒；焊接时间与焊点的数量有关，常以一个焊点3秒的时间估算。合理分配调整各个动作的时间，满足生产节拍要求是车身焊装工艺设计的关键。（4）行程开关（L/S）和电磁控制阀（V/V）编号，它标明了各个动作之间的顺序及互锁关系，其编号与相应气路控制图上的编号应该一致。时序图的设计在工艺方案总设计完成后就可以进行，通过计算各动作的顺序时间，可以得出本工位的时间节奏，比较能否满足生产节拍和生产纲领要求，并作相应调整，甚至改变工艺设计。由于每个车身装焊的零部件数量一定，焊点数量一定，焊接时间一定，要达到一定生产节拍内完成所有焊接，就必须将工序分开，分工位上料、焊接。二．车身产品分块分块是将车身外壳体分成若干块便于冲压和焊装的零部件、组合件、分总成和总成。合理的分块不仅有利于形成良好的装配质量，并可有效地简化和优化制造工艺。汽车白车身是一个尺寸很大的复杂的焊接结构件，设计制造时常常是将车身总成合理地划分为若干个部件和组合件，分别进行装配焊接成分总成件，然后再装配焊接成总成结构，这样化复杂为简单，化大为小，可以大大提高劳动生产率，改善结构的焊接工艺性。1．结构分离面4将白车身总成分解为若干个分总成，相邻两个分总成的结合面称为分离面。分离面可以分为两类：（1）设计分离面根据使用上和构造上的特点，将汽车车身分成为可以单独进行装配的分总成，如发动机罩、行李厢盖、车门、车身本体等，这些分总成之间的结合面，称为设计分离面。设计分离面一般采用可拆卸的连接，如铰链连接，以便在使用和维修过程中迅速拆卸和重新安装，而不损坏整体结构。（2）工艺分离面在生产制造过程中，为了适应制造装配的工艺要求，需要进一步将上级分总成分解为下一级分总成，甚至小组件，进行单独装配焊接，这些下一级分总成或组件之间的结合面，称为工艺分离面。例如车身本体总成分解为前围、后围、地板、左/右侧围、顶盖六大分总成，这六大分总成分别平行进行单独装焊，而后总装在一起进行焊接，这些分总成之间的结合面就是工艺分离面。工艺分离面一般采用不可拆卸的连接方法，如焊接、铆接等。它们最终构成一个统一的刚性整体。2．装配焊接方法根据工艺分离面的划分情况，将汽车车身装配焊接方法分为两类：（1）集中装配焊接法5将车身产品的装配焊接工作集中在较少的工位上，使用较少的工装夹具来完成装焊工作，称为集中装配焊接法2）分散装配焊接法将车身产品的装配焊接工作，分散在较多的工位和工装夹具上来完成，称为分散装配焊接法。它分散的依据是工艺分离面的确定。如表4－1为某一轿车车身侧围总成分散焊装流程图。3．分散装配焊接法的优越性在车身制造中，要根据生产纲领、工厂的设备情况和技术水平，合理地划分组合件，分总成进行装配焊接，这种方法有很多优点：（1）可以提高焊装质量，改善工人的劳动条件把整体车身结构划分成若干组合件、分总成后，它们就变得重量较轻、尺寸较小、形状结构简单，容易保证焊装精度。因为有很多尺寸、形状和技术要求等在部件上保证比在整车上保证要容易的多。例如侧围窗框尺寸及外轮廓曲线的形状等都是在侧围总成的焊装线上得到保证。从焊接角度来讲，分散装配焊接可以把一些需要全位置操作的工序改变为在正常位置的操作，使焊点尽量处于有利于焊接的位置,可尽量避免立焊、仰焊、横焊，这样有利于提高装配焊接质量，改善劳动条件，也提高了劳动生产率。例如车身的顶盖、侧围及前、后围在整车总成焊装中分别为仰焊和6立焊，而在分总成焊装中可变成俯焊。随着零件分散程度提高，操作工人分工更加细化和专一，更容易掌握操作技术和提高技术的熟练程度，从而迅速提高劳动生产率和焊装质量（2）缩短产品的制造周期组合件、分总成的焊装生产可以并行进行，扩大了工作面，增加了同时工作的人数，避免各工序之间的相互影响和等待。有的组合件或分总成具有相同或相似的形状和尺寸，可以组织连续性流水作业以缩短制造时间。例如车身左右侧围焊装线的布置。（3）容易控制和减少焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形与焊缝在结构中所处的位置及数量有着密切的关系。在划分组合件时，要充分地考虑到将组合件的焊接应力与焊接变形控制到最小，使总成装配时的焊接量减少到最小，以减少可能引起的焊接变形。而且，在组合件焊装时，结构刚性降低，可以比较容易地采用夹具或其他措施来防止变形。即使已经产生了较大的变形，也比较容易修整和矫正。（4）可以降低焊装夹具的成本分组件装配焊接法以后可以大大简化焊装夹具的复杂程度，有利于夹具的设计和制造，从而使焊装夹具的成本降低。7（5）可以提高生产面积的利用率分组件装配焊接可以减少和简化总装时的工位数，增加平行进行作业的地点，大大扩大了装配焊接的工作面，提高了生产面积的利用率。4．工艺分离面确定原则工艺分离面的合理确定是发挥上述优越性的关键。划分组件进行装配焊接时应从以下几个方面来综合考虑：（1）尽可能使各组件本身的结构形式是一个完整的构件要考虑到结构特点，便于组件、分总成的最后总装和结构尺寸精度的保证。工艺分离面要避开结构上应力最大的地方，保证不因划分工艺组件而损害结构的强度。（2）保证组件的强度和刚度所划分的组件、分总成结构要有一定的刚度和强度，即在白车身重量的作用下，不能产生永久性变形，同时也要考虑吊装方便。（3）工艺上的合理性工艺上主要考虑划分组件后焊点数量和位置的合理布置，要有利于采用自动化和机械化设备，也有利于减小焊接变形，可以提高产品质量和劳动生产率。（4）现场生产能力和条件的限制分组件装配焊接中，由于采用较多的专用夹具，生产准备周8期较长，各工序之间的协调关系复杂，给生产管理带来困难。同时随着焊装工位数量的增加，要求有较大的生产面积和较多的技术工人。（5）生产节拍的要求在大批量的生产中，采用分组件装配焊接法进行生产，能显著地提高劳动生产率和产品质量，缩短生产周期，降低产品成本。虽然此时由于分组件装配焊接增加了工序及专用夹具的数量，使其费用增多，但产量大而分摊到每个产品上的费用不会增加，仍然可以得到显著的经济效果。当单件生产、试制和少量生产时，为了缩短生产准备周期，减少专用夹具费用，减少工件在夹具上的装卸次数，减少辅助工时，宜采用集中装配焊接的方法。三．焊接结构由于汽车车身除某些加强构件外，主要都是由低碳钢薄板冲压零件焊接而成，其厚度在0.6mm～1.5mm范围之内。采用最多的焊接方法是电阻点焊，它将工件(PANEL)以200～300kgf程度加压至焊枪的铜电极，并瞬间（0.16～0.2秒）通过大约1万安培的高电流，以电极接触点发生的电阻热熔融结合的焊接方法。在一辆小车的车体中大约有3000个焊点，其大部分为两层焊，根据结构也有3～4层焊。当生产批量不大和具有密封要求的连接处，以及开敞性差的9焊缝，一般采用二氧化碳气体保护焊。1．焊接接头型式焊接连接处称为焊接接头。因电阻点焊的要求，车身结构的基本焊接接头型式主要是搭接接头和弯边接头，如图4-2所示。其中4-2(a)(b)为搭接接头，4-2(c)(d)(e)为弯边角接，4-2(f)为弯边对接。弯边接头的焊点操作性优于搭接接头，因为弯边接头焊点直接暴露在操作台面一侧，选用小型“X”(a)(d)型焊钳就能很方便地进行焊接。考虑焊接强度，弯边接头起到相当于加强梁的作用，可增大结构强度，但翻边因受冲压工艺的限制，导致贴合不理想，易产生焊接缺陷，而且弯边接头的(b)(e)焊点抗正应力能力比抗剪切能力差，总的对焊接强度增大不大。考虑焊接精度，搭接接头焊点质量主要决定于工(c)(f)装的精度。而弯边接头焊接质量除了与工装精度有关图4－2焊接接头型式外，还与零件翻边精度有关，而受冲压工艺和储运方式的影响，翻边是零件质量最不稳定的地方，它容易导致两零件因10贴合不好产生焊接变形，而且弯边接头的零件不利于利用工艺孔对零件作精确定位。2．接头开敞性封闭接头是不可能用作点焊的，半封闭接头如车身底部和内部接头也会给制造带来一定麻烦。如图4-2(b)所示为封闭断面结构，不易直接采用点焊。因为下电极无法设置，需要采取间接导电型式或改用其它焊接方法来解决。由于车身各连接部位不同，组成零件的形状不一样，虽然都采用搭接或弯边接头，但其结构的断面形状有很大差别。如图4-3为车身侧围典型断面示意图。其中(a)与(e)中焊点A的开敞性差，结构设计不合理，如果将(a)断面形状改为图(b)的型式，就大大提高了焊点的可达性；同样(e)结构也是如此。若在结构设计上不能避免封闭式断面，则可以通过结构分解来实现焊点的焊接，如将(a)中结构分解为件1和件2的组合件，先焊完点A后，再装焊件3，这样不仅达到了结构设计要求，而且改善了结构的开敞性。同样(e)中也可以先将件2和件3在A点焊好后再装焊件1。冲压件结构型式要考虑点焊工艺性。由于电阻点焊方法本身可达性11差，在车身结构设计时，应尽量避免采用狭窄而深的或上、下电极难以接近的焊接结构和焊接接头。如图4－4所示,(a)中由于上电极伸入深窄的焊件中，增加了点焊机的二次回路的感抗，使焊接电流不稳定而降低焊点强度和质量；图4－4(b)结构中必须采用特殊弯电极，这种电极的冷却条件不好，降低了焊接表面质量和电极的使用寿命。(a)(b)3．接头的强度图4－4不合理的点焊结构点焊焊缝适宜在剪切力下工作，而不适宜在拉伸力下工作。设计汽车车身点焊焊接结构时，应尽量使焊缝在剪切力而不是在拉力下工作。如图4-5所示，(a)为焊点受拉伸力状态，(b)为焊点受剪切力状态。点焊焊缝的强度与母材的种类及焊接工艺有关。例如，低碳钢的剪切容许应力可取为母材的65％，而拉伸容许应力可取为母材的40％，焊点布置方案(a)(b)不同，焊点中所受应力的种类也不相同。另外，要图4－5焊点受力状态12尽量避免焊点密集布置或交汇在一起，否则金属易由于过热而产生严重应力集中及变形，影响焊接质量。车身外板的焊接，由于焊接热应力会使表面局部变形而影响外观质量，这时可通过改变车身零件形状来消除或减轻这类缺陷。如图4-6(a)是轻型汽车