1-焊装工艺设计

车身焊装线工艺基础培训第三章焊装工艺设计在汽车厂中，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。在装焊线的总体设计时要考虑的因素很多，归纳起来主要有以下几个方面。1.生产能力根据产量大小，计算生产节拍，确定工位数量。一般产量越大，则节拍越短;工位越多，自动化程度越高。2.经济性焊装生产线的设计要符合投资效益规律。对焊接设备、焊接夹具、自动焊接装置、输送装置等影响投资额度和生产效率的关键设备要进行价值工程分析。必须通过最佳工艺方案和优化设计装备实现以最少的投资得到最大的效益。3.焊接工艺性焊接工艺的拟订对车身焊接质量起着决定作用。要避免由于焊接过程而导致的制造误差，除了要优化装备设计外，再就是采用容易实现机械化和自动化的焊接方法。4.车身总成的装配性车身总成是由若干个分总成组成。装配方案有两种:一种是集中装配，另一种是分散装配。必须合理确定装配方案和分散装配时的分散程度及装配顺序，既要考虑总成的焊接与装配，又要有利于分总成的焊接与输送。5.质量检测车身焊装质量包括形状、尺寸精度、焊接接头强度、密封性等方面。为了获得有互换性的车身总成，有效的控制误差分配，车身在制造过程中和成型后，均要进行检测。最常用的方法是通过检测夹具来检测关键部位及整车外型尺寸，可以有效的提高白车身质量，降低次品率。6.自动化程度自动化程度对生产线是一个重要的影响因素，在投资条件允许的情况下，尽可能提高自动化程度。这样可以稳定车身的焊接质量，提高生产效率，提高柔性程度，减轻工人的劳动强度。7.安全保证体系安全保证体系是汽车装焊线中不可缺少的部分。设备、产品、人员的安全都必须有精心的组织、严密的技术措施加以防范和保证，必须做到万无一失。工艺设计前提条件1.1产品资料a.产品的数模。一般情况下用UG、CATIA、PROE等三维软件均能打开数模，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。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。1.2工厂设计的参数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。生产纲领及节拍计算生产纲领决定焊装夹具的自动化水平及焊装夹具的配置，是通过生产节拍体现的。生产节拍由夹具动作时间、装配时间、焊接时间、搬运时间等组成。夹具动作时间主要取决于夹具的自动化程度；装配时间主要取决于冲压件精度、工序件精度、操作者的熟练程序；焊接时间主要取决于焊接工艺水平、焊接设备的自动化程度、焊钳选型的合理化程度等；搬运时间主要取决于搬运的自动化程度、物流的合理化程度等。已知厂方给的生产纲领，由以下公式算出整个白车身的生产节拍：生产节拍=工作制×工作时间×工作天数×工作效率×设备利用率年产量例如：年产量:5万台；工作制:双班；工作时间:8小时/班；工作天数:300天/年工作效率:85%；设备利用率:95%得出生产节拍＝210秒/台单工位节拍分析生产工时＝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。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。详细分析标准见公司的工时分析标准。a.手工焊钳点焊4S/点,难打焊点6S;b.机械手焊钳点焊4S/点，补焊3S/点;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.铜钎焊100mm/min;g.装取件：大/中/小：12S/8S/6S。单工位节拍分析就是给出工序的所需时间，甚至分每一工步给出。节拍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。节拍分析表格Flowchart装配流程及焊点分析1.1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。1.2焊点分析及定位焊点确定焊点的主要参数（焊点的数量、位置、幅度、重要程度）是产品设计时决定的。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。1.3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。1.4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焊钳库进行焊钳型号的选择，对于在焊钳库中找不到合适焊钳时，需要重新设计或修改焊钳与之匹配。夹具定位仕样根据客户提供的产品定位信息，结合装配关系和焊点位置制作夹具定位式样书和定位断面图来指导设计部门进行夹具设计。夹具定位式样书夹具定位式断面图断面图是对夹具仕样的一个补充，详细说明该定位单位的形式。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（C型/X型）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。当夹具初版数据冻结时，联系焊钳厂家、客户共同确认焊枪型号、数量，焊钳厂家利用此版数据完成周期较长的零件制造，缩短交货周期。然后将焊钳模型针对每个焊点位置逐个进行模拟操作，随时修改焊钳细节参数直到焊钳能够把所有焊点模拟完成而不发生干涉为止。焊钳厂家根据焊接板厚、加压时间等条件选择电极加压力，从而选择气缸直径。L1是焊钳焊接时打开的距离，L2是焊钳最大打开的距离，L3是电极消耗时补偿距离，由焊钳行程选择气缸的长度。根据客户要求选择电缆联接方式。根据焊接条件来选择手柄型号。焊钳型号的确定要在焊装夹具总图设计完成之后，根据选定的焊钳制造商提供的实际型谱进行焊钳型号的编号。焊钳选型激光焊接激光焊接技术采用偏光镜反射激光，产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量。如果焦点靠近工件，工件就会在几毫秒内熔化和蒸发，将这一效应用于焊接工艺，即为激光焊接。激光焊接最重要的优势在于能够将非常高的能量聚焦于一点，激光束打在两个要焊接部分的边缘，输入能量把金属加热并将其融化。在激光束作用以后，融化的材料将迅速冷却。在这个过程中有一小部分的数量将进入被焊接的零件中。在焊接减少热变形的同时，也减少了输入的热能量，从而使得加工精度成倍提高。并且，激光束不会带来任何磨损，可以长时间稳定的工作。激光焊接运用于汽车可以降低车身重量、提高车身的装配精度、增加车身的刚度。目前的汽车工业中，激光技术主要用于车身焊接和零件焊接。激光焊接主要用于车身框架结构的焊接，例如顶盖与侧面车身的焊接。用激光焊接技术，工件连接之间的接合面宽度可以减少，既降低了板材使用量也提高了车体的刚度，极大提高了安全性。激光焊接零部件，零件焊接部位几乎没有变形，焊接速度快，而且不需要焊后热处理，常用于变速器齿轮、气门挺杆、车门铰链等。由于激光焊接对于工艺及能耗都有十分严格的要求，国内只有为数不多的高品质车型采用这项工艺。宝马最先将此工艺采用到了整车制造中。目前，国内最为广为周知的运用激光焊接技术的厂商也是来自德国大众，如一汽大众的速腾、宝来，上海大众的波罗、途安，福建戴姆勒的NCV3，神龙等。激光焊接与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点是：1、速度快、深度大、变形小。2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接获得更为广泛的推广和应用。7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。但是，激光焊接也存在着一定的局限性：1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显着偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。机器人光纤激光焊接系统激光焊接全自动化激光焊接系统工作流程如下：(1)雪橇载着车身总成进入激光焊工位，滚床上的夹紧器固定雪橇，升降机带动滚床和雪橇下降，使车身落在底部夹具上，车身总成通过底部工装夹具上的一个圆型定位销和一个棱形定位销以及基准面完成定位，同时激光房两侧滑动门关闭；(2)焊接工装夹具通过安装在搬运机器人法兰盘的气动夹紧器装载在机器人上，搬运机器人将其运送到位后，夹具上的4个V型块与定位支撑架上的定位V型块配合，形成定位，然后定位支承架上的旋转气缸翻转将夹具夹紧，机器人法兰盘的气动夹紧器通过气缸驱动松开顶盖夹具，搬运机器人空载离开返回待命位置；(3)焊接机器人持激光焊接头先后进行车身右侧围、左侧围与顶盖的激光钎焊；(4)焊接完毕后，焊接机器人复位，同时搬运机器人过来抓取焊接夹具，气动夹紧器抓紧焊接夹具后，定位支撑架上的旋转气缸打开，搬运机器人负载其返回至待命位置；同时激光房两侧滑动门开启；(5)升降机升起，带动滚床和雪橇上升到位后，滚床夹紧器松开雪橇，雪橇托住车身离开激光焊工位机器人滚边在车身制造中，包边工艺是连接车身封闭件最常用的一种成型工艺。与传统的压机包边相比，机器人滚边由于模具数量较少，包边单元的投资和维护费用都相对较低，且其开发时间和投入使用的准备时间比较短。另外，滚边系统具备极高的灵活性，不同的型号可以在同一个制造单元中生产，滚边机器人还可以在制造单元中进行其他的抓取或涂胶等任务，柔性较高。目前，国内外一些先进的汽车制造企业已将此项技术应用于制造外挂件，例如车门、后盖和发动机罩，以及其他应用领域如天窗开口、轮罩包边等。在