汽车车身焊装夹具的设计探索

汽车车身焊装夹具的设计探索2011-03-3016:55:58|分类：焊接机器人工作站|标签：夹具焊装冲压焊接装焊|字号订阅一、汽车车身的结构特点汽车车身所用钢板大都为薄板件。从焊接焊装夹具设计角度来说，汽车车身有以下特点：1、结构形状复杂，构图困难汽车车身都是由薄板冲压件装焊而成的空间壳体，为了造型美观和壳体具有一定的刚性，零件表面（特别是轿车）均为三维空间曲面，结构形状较为复杂。@gJPMgF$F2、刚性差、易变形经过成型的薄板冲压件有一定的刚性，但和机械加工件相比，刚性要差得多，而且单个的大型冲压件容易变形，只有焊接成车身壳体后，才具有较强的刚性。3、以空间三维坐标标注尺寸汽车车身产品图以空间三维坐标来标注尺寸。为了表示覆盖件在汽车上的位置和便于标注尺寸，汽车车身一般每隔200mm或400mm划一坐标网线。坐标的基准是：左右方向（即X向）—以汽车对称中心为0，往左为正值，往右为负值；前后方向（即Y向）—以汽车前轮中心为0，往前为负值，往后为正值；上下方向（即Z向）—以纵梁上平面为0，往上为正值，往下为负值。二、汽车车身焊装夹具的设计要点汽车车身夹具是用来把所需车身冲压件按要求定形、定位并夹紧，组合成车身组件、合件、分总成及总成，同时利用合适的焊接方法使其形成各自焊合件整体。焊接夹具属于焊接工艺过程的辅助装置，但在汽车车身大批量生产过程中，该装置是必不可少的。它不仅可以提高焊接生产率，而且也是保证焊接产品的尺寸精度及外观要求的重要手段。而装焊夹具没有统一规格和标准化，属于非标准设计和制造的工艺装备，是根据具体车型的结构特点、生产条件和实际需求来自行设计与制造的。因此，汽车车身夹具的设计是一项非常复杂的技术工作。1、采用合适的夹具设计工具。WAVE（What—ifAlternativeValueEngineering）是美国UGS公司核心产品Unigraphics（简称UG）中有关装配模型关联设计的有力工具，是一种基于装配建模的相关性参数化设计技术，利用它可以在不同部件之间建立参数之间的相关关系，即所谓“部件间关联”关系，实现部件之间的几何对象的相关复制口。该工具能对汽车车身焊装夹具总装配设计、相关零部件结构设计进行有效的控制。通过WAVE工具，可以严格控制总装配与单元装配及零部件中车身数据的传递，同时也能保证装配零件之间的装配数据传递，从而避免了零部件重复设计的浪费，使得后续零部件的细节设计得到有效的管理和再利用，大大缩短了产品的开发周期，提高了设计效率。2、合理分解汽车车身焊合件，确定所需夹具的种类。两种或两种以上的冲压件经装焊工序后得到的部件即为焊合件，几种相关的小焊合件组成大的焊合件，再形成以下四种焊合件：前围焊合件、后侧围焊合件、地板焊合件以及顶盖焊合件，这四种焊合件最终组成了汽车驾驶室总成。因此，要根据上述驾驶室总成形成过程进行各种焊合件正确合理地分割，并在此基础上进行相应焊合件夹具的设计。这样，不仅有利于保证产品质量，还可以提高焊接生产率。-C6b(\#g(3、确定装焊夹具自动化程度的高低。年产量决定装焊夹具的自动化水平及焊接工位的配置。生产节拍主要由夹具动作时间、装配时间、焊接时间以及搬运时间等组成。其中，夹具动作时间主要取决于夹具的自动化程度。为提高生产率，可以考虑夹具的夹紧和松开动作由汽缸一次性完成，且工位和工位之间采用自动化运输。但这就提高了夹具的制造成本。因此，设计夹具要能合理地平衡焊接夹具的自动化水平及制造成本之间的矛盾。9M-/{D^+4、对于大型焊装夹具，首先必须确定夹具的设计基准，它与汽车车身的设计基准一致。夹具上全部元件的位置都是直接根据设计基准确定的，最终保证制造出合格的焊接工装结构。根据作业高度可初步决定夹具底板的高度，即夹具固定位置的高度；其次绘制出装焊工件图，它包括在此工位上需要装焊的冲压件外形以及要求的焊点位置，以此作为夹具设置的基础；下一步是夹具位置的合理布置，为此必须清楚地把握冲压件的空间形状、组合关系、装焊顺序以及焊点布置，合理设计夹具的安放位置和大致结构；最后绘出总体方案设计草图。yAVt[+05、合理地选择夹具的定位。由于汽车车身形状复杂、刚性差、易变形，夹具定位上大量采用过定位方式，以增强焊接件刚性，减少焊接变形。焊接夹具的定位一般包括孔定位和面定位两种方法。用孔定位时要优先考虑用冲压工序的定位孔，这些孔的尺寸和位置一般是准确可靠的；尽量用下道工序的装配孔，因为这些孔的尺寸有误差会影响下道工序的装配。因此，设计夹具用孔定位时不仅要了解冲压工序，还要考虑下道装配工序的关键尺寸。定位孔尽可能选用较大的孔，这样定位销可以有足够的强度，否则定位销容易折断。用面定位时，要优选冲压件上形状可靠、稳定的面作为定位面，尽可能地采用平面做定位面，但车身冲压件大多为空间曲面，这就要求夹具定位元件的工作表面必须与车身上相应的定位表面形状保持一致，这样才能在装焊过程中保证车身的形状。用面定位的部件要保证一定精度，靠调整定位块的位置属于粗调，要精确调节较为复杂，为此可以在定位块上增加细调功能，即给定位块上增加很薄的垫片，而垫片的厚度就是可以调整的精度。另外，设置定位时还要考虑焊接位置和所用焊接设备，既不能影响最终焊合件的取出，也可以让焊钳或者焊枪到达焊接位置。对于确实有影响的定位销等要考虑采用可以活动的定位销。gJBk&SDgtP6、正确设计夹紧机构。当冲压件在夹具上正确定位后，为保持焊接过程中各工件的装配位置以及克服工件的弹性变形，通常需要一定的加紧机构。利用该装置，可以使工件和支承面、工件和定位面以及工件和工件之间紧密贴合。对于1.2mm厚度以下的钢板，每个夹紧点的夹紧力一般在300~750N范围内；对于1.5~2.5mm之间的冲压件，每个夹紧点的夹紧力在500~3000N顿范围内。为减少装卸工件的辅助时间，夹紧装置应采用高效快速装置和多点联动机构。对于薄板冲压件，夹紧力作用点应作用在支承面上，只有对刚性很好的工件才允许作用在几个支承点所组成的平面内，以免夹紧力使工件弯曲或脱离定位基准。另外设计时要防止在夹紧机构由夹紧到打开时夹住手。a^&3?37、其他设计要点。由于冲压件质量检查属于抽检，容易出现问题。4:v{\R如果可能，可以在有些焊接夹具上增加一些辅助装置，起到检查冲压件关键尺寸的功能。另外，装焊夹具结构应具有操作方便、省力、安全以及工件装卸方便等特点。SkAMhX三、汽车车身焊装夹具的调试在使用新的焊装夹具时，首先要对其进行充分的调试和验证，只有调试验证合格的夹具才能投入正常生产。冲压件的回弹以及焊接件焊后变形等多种因素的影响，使得焊装夹具的调试较为复杂，操作人员也必须具有好的技术和丰富的经验。下面是笔者多年调试夹具工作的一些经验：ZsYT&P21、首先对装焊夹具本身进行测量，以保证夹具实物和图纸尺寸一致。如果条件允许，对于大焊合件的装焊夹具要用三坐标仪进行测量。jl4rEzVu汽车大型夹具（比如前围夹具、驾驶室总成夹具）上的空间尺寸较多，用常规的测量仪器一般很难测量准确。因此，对于大型夹具图纸上的关键尺寸要用三坐标仪测量并调准。但该仪器的测量比较麻烦，成本较高，对于夹具上的一般尺寸，可以用其他方法测量验证。夹具尺寸和图纸符合是下一步夹具调整的基础。oZ+=&BZ@a2、以上是在没有产品样件的情况进行的焊装夹具测量，如果有样件，可以先用样件来验证焊接夹具。主要方法是将样件按几个定位放到焊接夹具上，看其他定位销、定位块和样件的贴合程度，然后再夹紧观察，这一切正常后，再用冲压件来调试。通过样件，可以增加夹具测量的针对性，缩短夹具的测量周期。ZCVN+::Y3、检查各冲压件是否合格，检查项目主要有：定位面的形状和尺寸，夹具所用冲压件上的定位面应该是表面光滑、成形到位；定位孔位置和尺寸；下道工序所用到的装配孔；冲压件之间的搭接和对接部位。hC==4-4、在不用夹紧装置的情况下，观察定位块和冲压件的定位面的贴合情况，如果间隙过大，说明有可能是冲压件不合格，或者定位块尺寸、形状不合适；其次观察定位销和定位孔的配合情况，定位销应该位于孔的中心，不应该有过大的偏差。}'-t*BaU5、合上夹紧机构，焊合件形状已经基本确定，在没有焊合的情况下，首先观察各冲压件之间的搭边及贴合处自然均匀，对于1.2mm厚度以下的钢板，贴合间隙不大于0.8mm，对于1.5-2.5mm之间的冲压件，贴合间隙不大于0.15mm；其次按产品图测量各个关键尺寸，对于不容易测量的尺寸和位置要事先做好样板。如果有偏差，检查定位块的强度是否足够，是否发生了变形；再者检查夹紧后的定位块和零件外形是否完全贴合。j$CM:w6、对于大型夹具，比如：前围夹具、后围夹具以及总成夹具等，在夹紧机构夹紧后，首先要测量和控制整个产品对角线是否在误差范围之内。对于前风窗、后风窗尺寸，要先做出合格样板，用样板去判断该孔是否合格；其次对于左右对称的焊接件，可以利用其对称性来判定夹具左右的定位夹紧状态是否处于良好一致的对称状态。判定标准是左右夹具的定位基准精度是否一致，左右焊合件与左右夹具的贴合间隙及搭边状态是否均匀一致。];go?.*C7、按要求焊好以后，要能很自然地把焊合件从焊装夹具上取下。因为存在焊接变形，即使在夹具上测量合格的尺寸，当工件离开夹具后也可能会出现较大的偏差，还有些尺寸在夹具上可能测量不到。因此，焊合件在下夹具以后，重新测量尺寸很重要，对于因为焊接变形造成的误差要在夹具上采取措施。其次，要检查与夹具接触的定位面以及定位孔的外观是否完好，定位面不应该有明显的压痕，定位孔不应该有凹凸不平。WChJ[]W四、汽车夹具的发展由于汽车市场的竞争激烈，汽车发展的趋势由大批量生产向多品种小批量生产转化，汽车生产厂家必须不断缩短车型变化周期、加快车型的更新，这给焊装夹具的设计制造提出了更高的要求。`4A%BKYB1、提高焊装夹具的通用性及经济性夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用。%/&?t`%H对于焊接夹具中出现频率很高，形状、结构、功能非常典型的结构，可以对其进行标准化处理，实现夹具部分结构的通用化和系列化，从而有利于夹具适应不同的产品。这些结构包括定位销、支架、挡块以及套筒等。标准化工作可以为焊装夹具的设计、制造和维修带来很大的经济效益。~(`iRxK2、设计柔性化的焊装夹具柔性焊装夹具是能适应不同产品或同一产品不同型号规格的一类焊装夹具。它能根据新产品或新型号对夹具的要求迅速地在原有夹具的基础上，经过少量零部件的结构调整、更换就可满足新产品的生产要求。采用柔性夹具结构，结合现代先进制造技术，有利于实现汽车车身焊装制造的柔性化，适应汽车产品市场的快速多变。五、结论汽车车身是汽车重要的零部件之一，其制造质量是提高汽车整体竞争力的非常重要的一个方面。汽车车身焊装夹具是保证其制造质量、缩短其制造周期的重要手段。因此，正确理解焊装夹具设计要点，改善和提高焊装夹具的设计手段和设计水平，并提高夹具的调整和验证水平等三方面都是必不可少的，也是汽车制造公司在激烈的竞争中得以生存所必须解决的问题。