浅析汽车车身的焊接工艺设计

第1页共8页浅析汽车车身的焊接工艺设计长城汽车股份有限公司蒋俊飞简介：在汽车厂中，焊接生产线相对于涂装线和总装线来说，刚性强，多品种车型的通用性差，每更新换代一种车型，均需要更新车间大量专用设备和生产工艺。焊接工艺设计可以称得上是焊接生产线的“灵魂”。在汽车厂中，焊接生产线相对于涂装线和总装线来说，刚性强，多品种车型的通用性差，每更新换代一种车型，均需要更新车间大量专用设备和生产工艺。焊接工艺设计可以称得上是焊接生产线的“灵魂”，涉及的专业知识较多，如机械化、电控、非标设备、建筑、结构、水道、暖通、动力、电气、计算机、环保和通讯等，从宏观上决定车间的工艺水平、物流、投资和预留发展，具体决定着生产线的工艺设备种类和数量、夹具形式、物流工位器具形式、机械化输送方式及控制模式等。因此，焊接工艺设计在焊接生产线的开发中占有举足轻重的地位，是产生高性价比焊接生产线的关键。1、车身焊接工艺设计的前提条件1.1产品资料a.产品的数学模型（简称数模）。在汽车制造行业中，一般情况下用UG,Catia,ProE等三维软件均能打开数模（如图1），并在其中获取数据或进行深人的工作。在工艺设计过程中，将所有数模装配在一起就构成了一个整车数模，从数模中可以获得零部件的结构尺寸、位置关系。由数模还可以生成整车、分总成、冲压件的各种视图（包括轴测图），以及可以输出剖面图。b.全套产品图纸。c.样车、样件（包括整车车身总成、各大总成、分总成和冲压件）。d.产品零部件明细表（包括各部件的名称、编号，冲压件的名称、编号、数量，标准件的规格、数量）。工艺设计时，业主必须提供上述a、b、c中至少1项，d项可以从前3项中分析出来，正常状态下d项（如图2）早在汽车设计结束时就已经确定了。如果仅提供b项，那么需要增加大量的车身拆解、分析工作。第2页共8页1.2工厂设计的参数工厂设计的参数包括以下几方面：a.生产纲领即年产量；b.年时基数即生产班次、生产线的利用率等；c.生产线的自动化程度（机器人＋自动焊钳焊点数／全车身焊点数x100%=自动化率）；d.生产线的工艺水平要求（如主要设备选用原则、生产线的输送方式，电气控制水平等）；e.各种材料、外购件的选用原则（如型材、控制元件、气动元件、电机、减速器）；f.各种公用动力介质的供应方式、能力、品质等参数，建厂所在地的环境状况如温度、湿度等；g.当生产线布置在原有厂房内时，应收集原有房的土建、公用有关资料，如厂房柱顶标高、屋架承载能力、电力和动力介质的余富程度等。2、工艺分析2.1工艺线路分析根据业主提供的产品资料进行产品工艺线路分析（如业主仅提供样车及样件则需经过样车分析→样车拆解第3页共8页→样车测量→样车再装配过程），完成装焊工艺线路图或爆炸图设计。2.1.1产品分块同类型车身的分块基本相同（一般车身均由地板、侧围、前／后围、门、顶盖等大总成组成），但各总成之间的连接方式及顺序往往有较大区别，合理的分块才能保证车身的装配和焊接。例如，解放平头驾驶室的装配顺序就比较特殊，先形成侧后围焊接总成（左／右侧围与后围形成焊接总成），而后形成驾驶室总成。2.1.2确定基准整个车身的设计、制造、检验均建立在同一坐标系上，在车身设计时一般已经考虑到装配、焊接、总装配和搬运过程中所需的基准（孔、面），车身装焊的整个过程必须建立在一定的基准上才能保证整车的几何形状和尺寸，同时这些基准也是夹具设计、制造、调整、检测和维修的基准。确定基准时应注意以下几个方面：a.基准的统一性，在焊接过程中基准是逐步传递的；b.基准应便于测量；c.基准应保证零件的准确定位；d.基准应考虑便于焊接操作。2.1.3确定车身装配的几何精度及检测的基准面几何基准是零件或部件的某个明显部位，用来确定该零部件在X,Y,Z坐标系统内的理论位置；准确的部件基准位置用以保证装配的几何形状的准确性，因此基准位置对装配工作非常重要，在研究焊接过程之前需要仔细分析部件的基准，必须与用户一起完成几何形状的分析，由用户确定其基准位置、或由设计人员确定后再取得用户同意。为了使这些基准能一直保持准确，在夹具制造与安装调试过程中必须严格控制以下几方面。a.在制造焊装夹具时进行调整（检测）；b.在生产时，对装配好的部件的最后几何尺寸进行校核；C．在维修装焊夹具时进行检测。2.1.4确定装配顺序车身的每个冲压件、分总成和总成都是按照严格的顺序进行组装、焊接从而完成整个车身焊接的，每个零件的装配顺序必须保证能完成全部焊接工作且便于焊接。2.1.5焊点分析表明焊点的主要参数（焊点的数量、位置、幅度、重要程度）是产品设计时决定的，但目前部分业主仅提供产品数模而没有产品图纸。这时，焊点的主要参数需要工艺设计人员确定。2.1.5.1定形焊点的确定第4页共8页相对复杂的工件之间的焊接，往往需经过组装、补焊的过程完成。在组装工位，由于生产节拍限制、设备数量布置空间需要和夹具有效空间占用等原因，不可能完成全部焊接工作，但必须完成部分焊点，这些焊点应能保证工件离开夹具时的形状尺寸，这部分焊点称为定形焊点，一般情况下定形焊点占总焊接点数的1/3左右。2.1.5.2焊点分组车身每个总成上都要完成许多焊点，在编制工艺时必须对焊点进行分组，即将1把焊钳在1个工作节拍内完成的焊点分为1个焊点组。2.1.5.3焊钳初步选型焊点分组工作完成后即可进行焊钳选型，确定焊点组的数量即焊钳的最小数量，根据工件的形状及尺寸确定焊钳的形式（X形,C形）及喉深、开档、行程、电极形状，焊钳的吊挂形式（横吊、纵吊、转环）根据焊点位置和操作位置确定。焊钳型号的确定要在夹具总图设计完成之后，根据选定的焊钳制造商提供的型谱进行焊钳型号的选择，对于在型谱中找不到合适焊钳焊接的焊点，需要重新设计焊钳与之匹配。2.2编制工艺过程卡在具备前提条件下，经过工艺分析，就可以开始编制装焊工艺过程卡。工艺过程卡是装焊线设计、制造和调试整个过程的指导性文件，是装焊线全部工作的基础，装焊工艺过程卡的编制深度和质量对装焊线设计、制造。调试整个过程的质量甚至成败起决定性作用。2.2.1生产节拍一般生产节拍可按式（1)计算：T节＝全年工作日x每日班次x每班工时xK1xK2/年纲领（1）式中，K1为工时利用率，一般取0.9；K2为设备利用率，一般取0.8-0.9。2.2.2工位设置及工位生产周期工位是构成生产线的基本单元，工位生产周期必须小于或等于生产线节拍。工位生产周期是从待焊接零部件上料（装件）开始到完成本工位全部作业并将工件取出的整个过程时间，同时应考虑工时利用率及设备利用率。工位生产周期与操作工人的熟练程度有很大关系，一般准确的工位生产周期需由实测确定，工艺设计旧寸应使所有工位的工位生产周期尽可能相等并接近生产节拍。2.2.3工作密度工作密度是指一个工位上设置的焊接设备数量及操作工人数量，主要由工件外形尺寸、焊接工艺方法和焊接工作量决定。a.按工件外形尺寸决定工作密度。外形尺寸小于1000mmxl500mm，工作密度取1；外形尺寸小于2000mmxl500mm，工作密度取1-2；外形尺寸小于3000mmx1500mm，工作密度取2-3；外形尺寸小于6000mmx1500mm，工作密度第5页共8页取3-4.b.按照焊接工作量和生产节拍确定工作密度。2.2.4工时定额估算工时定额＝焊接工作时间＋辅助工作时间每一工位或工序的时间定额一般由装件、夹具动作夹紧、焊接、松开夹具和将工件送至下一工位的时间累计构成，也可用焊接时间放大而得出，即概算定额，工序时间定额（工时）＝焊接工作量÷焊接速度xK。以下是几种焊接方法焊接速度的一般状况估算值，其焊接速度与焊点及焊缝的间距、分布、焊钳及焊枪的接近性、工人操作难易程度等有一定的关系，故仅供工艺编制参考。a.手工焊钳点焊15点/min;b．机械手焊钳点焊20点/min;c.C02半自动焊300mm/min;d.机械手C02自动焊400mm/min;e.螺柱焊（手工8个/min;f.凸焊螺母（手工）3个/min;g.铜钎焊100mm/min。2.2:5工艺卡的内容a.焊件（总成或合件）简图一般为轴测图（立体图），图中：应标出进入装配冲压零件的名称、图号及数量；同时要标出焊点的位置、数量，甚至施焊的顺序；各种标准件如螺母、螺柱、支架等位置、数量及焊接方法。b二工艺过程描述：从工件（零、合件）的装入、定位夹紧、焊接及焊后将合件送往下工序的整个过程，按先后顺序既简单又全面的描述。c.工序所采用的夹具、设备、辅具及工具的名称、编号及数量作定性及定量分析。d.给出工序的时间定额，甚至分每一工步给出，而工时的确定有如下几种方法：凭经验；采用人工模仿，秒表测定；计算机仿真。2.2.6工艺卡的格式工艺卡格式见焊接工艺卡附表（如表1）。第6页共8页2.2.7工艺卡编制的工作量以迪尔皮卡为例估算：简图约100张，工艺卡约200张，需要3个有经验的能够独立工作的技术人员花两个月的时间完成。3、工艺设计工艺设计是焊接生产线设计的基础，其他专业（机械化、非标设备、土建、公用、电控）设计均以工艺设计文件为指导，工艺设计文件的深度必须满足相关专业的设计需要。工艺设计文件一般包括以下内容。3.1工艺设备安装图标明工艺设备安装位置、设备外形、编号，原材料、半成品、成品存放地及通道，工人操作位置，预留面积（如果有），起重设备质量、跨度、轨道线，机械化运输悬链、单轨等的范围轨迹，水、电、气供应点及局部通风位置的坐标等。3.2设备明细表3.3焊机、时控箱布置图表示焊机、时控箱及相关设备的型号、数量、安装位置、安装方式、接管尺寸等内容，供公用各专业设计支管线和焊机、时控箱安装时使用。简单的装焊线可直接在车间工艺设备安装图中表示。3.4焊钳、平衡器布置图序号数量数量1112113141I(KA)10277.00~9.00287.00~9.0020自检130描图2100%描校3100%40底图号装订号标记处数签字日期标记处数签字日期工艺流程编号2.3δ0.8后围组焊胎030-300375601200-D01长城汽车股份有限公司焊接工艺卡片产品型号CC1021、1022、5020、5021系列D－2330－0181产品名称轻型客货汽车（出口车）共1页第1页组焊车间焊装线工序十七工序名称后围总成（后排三点式安全带）工序工时装配零部件工装及工具零部件编号零部件名称规格名称编号5601100-D01后围板总成后座椅锁扣总成δ1.2吸射式焊炬5601012-D01后围加强梁δ1.05601011-D01起重器固定座δ1.0工步工步内容设备编号工艺参数电极头型号T(周波)P(MPa)D(mm)上电极下电极备件并自检；将后围加强梁左侧用气焊割去25mm,右侧割去WYD-25X型点焊机9~140.40~0.55φ5.5~7.0φ12×45圆锥φ12×45圆锥30mm。WYD-25X型点焊机9~140.40~0.55φ5.5~7.0φ12×45圆锥φ12×45圆锥各件依形状定位，夹紧。序号控制特性技术要求检验频次重要度管理手段专检方法工具焊接强度焊接牢固，无虚焊、焊穿、漏焊。Ab破坏试验件1与件4焊点间距(60±5)mm，件1与件3点焊6点，件1与件2点焊4点。工件质量单件无变形,无锈蚀,无缺件，无毛刺；Cc后座椅锁扣位置锁扣位于后围板型腔中央，无歪斜，方向正确。Cc松开工装，取下工件，自检合格后摆放整齐。编制(日期)校对(日期)审核(日期)标准化(日期)批准(日期)更改文件号更改文件号备注：1、重要度：A、关键B、重要C、一般2、管理手段a、记录表b、测量c、目视第7页共8页表示焊钳、平衡器的型号、数量、安装位置、吊挂方式，供焊钳安装使用。简单的装焊线可直接在车间工艺平面图中表示。3.5滑轨、滑车布置图表示滑轨型号、长度位置，滑车形式、尺寸、位置、数量，供机械化专业设计滑轨、滑车安装图使用。简单的装焊线可直接在车间工艺设备安装图中表示。3.6标准设备订货任务书3.7非标设备设计任务书说明对机械化运输方式的要求，与机械化相关的吊挂要求，设备长、宽、高及其技术要求，工艺参数，最大工件尺寸、面积和