汽車車身柔性焊裝夾具設(shè)計(jì)特點(diǎn)

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(shè)計(jì)是一門經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定生產(chǎn)綱領(lǐng)，熟悉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，了解變形特點(diǎn)，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(jìn)行全方位的設(shè)計(jì)。 

　　一、生產(chǎn)綱領(lǐng) 

　　生產(chǎn)綱領(lǐng)決定焊接夾具的自動(dòng)化水平及焊接工位的配置，是通過生產(chǎn)節(jié)拍體現(xiàn)的。生產(chǎn)節(jié)拍由夾具動(dòng)作時(shí)間、裝配時(shí)間、焊接時(shí)間、搬運(yùn)時(shí)間等組成。夾具動(dòng)作時(shí)間主要取決于夾具的自動(dòng)化程度；裝配時(shí)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(shí)間主要取決于焊接工藝水平、焊接設(shè)備的自動(dòng)化程度、焊鉗選型的合理化程度等；搬運(yùn)時(shí)間主要取決于搬運(yùn)的自動(dòng)化程度、物流的合理化程度等。只要把握住以上幾點(diǎn)，就能合理地解決焊接夾具的自動(dòng)化水平及制造成本這對矛盾。 

　　二、汽車車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 

　　汽車車身一般由外覆蓋件、內(nèi)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(shè)計(jì)來說，有以下特點(diǎn)： 

　　1、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，構(gòu)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(jīng)過拉延成型的空間曲面體，結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜。 

　　2、剛性差、易變形 

　　經(jīng)過成型的薄板沖壓件有一定的剛性，但和機(jī)械加工件相比，剛性要差得多，而且單個(gè)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(qiáng)的剛性。 

　　3、以空間三維坐標(biāo)標(biāo)注尺寸 

　　汽車車身產(chǎn)品圖以空間三維坐標(biāo)來標(biāo)注尺寸。為了表示覆蓋件在汽車上的位置和便于標(biāo)注尺寸，汽車車身一般每隔200mm或400mm劃一坐標(biāo)網(wǎng)線。三個(gè)坐標(biāo)的基準(zhǔn)是：前后方向(Y向)———以汽車前輪中心為0，往前為負(fù)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(fù)值；左右方向(X向)———以汽車對稱中心為0，左右為正負(fù)。 

　　三、裝配精度 

　　裝配精度包括兩方面內(nèi)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(biāo)值。貨車車向的裝配精度一般控制在2mm內(nèi)，轎車控制在1mm內(nèi)。焊接夾具的設(shè)計(jì)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(diào)整工序件之間的匹配狀態(tài)來滿足整體的裝配要求。 

　　四、6點(diǎn)定則在車身焊裝夾具上的應(yīng)用 

　　6點(diǎn)定則指限制’個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度，在設(shè)計(jì)車身焊裝夾具時(shí)，常有兩種誤解，一是認(rèn)為6點(diǎn)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(xiàn)象，產(chǎn)生這種誤解的原因是把限制6個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度理解為限制6個(gè)方向的自由度，焊接夾具設(shè)計(jì)的宗旨是限制6個(gè)方向運(yùn)動(dòng)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(guān)系。只有正確認(rèn)識了薄板沖壓件焊裝生產(chǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)又正確理解了6點(diǎn)定則，才能正確應(yīng)用這個(gè)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(diǎn)不穩(wěn)定，產(chǎn)生裝配位置上的干涉，但在調(diào)整夾具時(shí)只要認(rèn)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(nèi)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(diǎn)是定位面積大，據(jù)統(tǒng)計(jì)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(diào)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(dòng)或手動(dòng)壓頭；大面積的定位塊，大面積的氣動(dòng)或手動(dòng)壓頭。前者造成定位塊加工復(fù)雜，產(chǎn)生車身零件壓緊力不夠，后者干涉焊鉗的點(diǎn)焊操作及裝件困難。在生產(chǎn)中使用的夾具，其精度必須保證產(chǎn)品總成的要求；其選擇定位面的數(shù)量也是比較保守的，寧多勿少。另外，每個(gè)定位塊的裝配全部是用四個(gè)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(shè)計(jì)、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(zhuǎn)化為定位板定位，板的厚度在16、19、25幾檔中選用。整個(gè)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(diào)試中若車身產(chǎn)品尺寸略有變化(如沖壓件常有的尺寸誤差)，機(jī)加中保證的尺寸精度就浪費(fèi)掉了。要想使車身幾何精度在夾具上一次裝調(diào)成功，沖壓件就不能有較大的尺寸偏差，而且定位點(diǎn)的數(shù)量也比較多。用直角塊可調(diào)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(yōu)點(diǎn)是定位板、壓頭用損后修復(fù)、裝調(diào)比較方便；也比較容易形成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、制造(除定位塊、壓頭上壓塊外，其余零件均可制成標(biāo)準(zhǔn)件)。但設(shè)計(jì)人員要解決鏜出的定位銷孔與墊片的關(guān)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(jì)誤差上升。如平頭車身左/右側(cè)圍夾具，僅直角塊就有900個(gè)左右?？上胙b配調(diào)整工作量之大，它同樣是以提高加工精度為代價(jià)換來的。夾具從整體外形看0有章法、但不美觀。 采用三個(gè)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(chǎn)使用中加工、裝配上使車身裝焊精度得到了保證。但在設(shè)計(jì)、裝配中，要考慮定位部件的使用狀況，否則精度就會(huì)隨磕碰等不良因素走失掉。 

　　五、車身分塊和定位基準(zhǔn)的選擇 

　　車身焊接總成一般由底板、前圍、后圍、側(cè)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(zhǔn)時(shí)，一般應(yīng)做到： 

　　1、保證門洞的裝配尺寸 

　　當(dāng)總成焊接無側(cè)圍分塊時(shí)，門洞必須作為主要的定位基準(zhǔn)，在分裝夾具中，凡與前后立柱有關(guān)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(zhǔn)應(yīng)統(tǒng)一；當(dāng)總成焊接有側(cè)圍分塊時(shí)，則門洞應(yīng)在側(cè)圍焊接夾具上形成，總裝焊時(shí)以門洞及工藝孔定位，且從分裝到總裝定位基準(zhǔn)也應(yīng)統(tǒng)一。 

　　2、保證前后懸置孔的位置準(zhǔn)確度 

　　車身底板上的懸置孔一般沖壓在底板加強(qiáng)梁上，裝焊時(shí)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(fēng)窗口的裝配尺寸 

　　前后風(fēng)窗口一般由外覆蓋件和內(nèi)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(fēng)窗玻璃的裝配。 

　　六、車身焊接夾具的結(jié)構(gòu)及定位夾緊特點(diǎn) 

　　1、車身焊裝夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 

　　車身焊裝夾具體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了便于制造、裝配、檢測和維修，必須對夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，否則，無法進(jìn)行測量。車身總裝夾具有3個(gè)裝配基準(zhǔn)：底板、左側(cè)圍和右側(cè)圍，在它們的平面上都加工有基準(zhǔn)槽和坐標(biāo)線，定位夾緊組合單元按各自的基準(zhǔn)槽進(jìn)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(diǎn) 

　　車身焊裝夾具大都以沖壓件的曲面外型、在曲面上經(jīng)過整形的平臺(tái)、拉延和壓彎成型的臺(tái)階，經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)元件。焊接夾具上要分別對各被焊工件進(jìn)行定位，并使其不互相干涉，在設(shè)計(jì)定位元件時(shí)要充分利用工件裝配的相互依賴關(guān)系作為自然的定位支承。有的工件焊接成封閉體，無法設(shè)置定位支承，可要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)沖平臺(tái)、翻邊作為定位控制點(diǎn)，總之，對于要求不嚴(yán)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(biāo)標(biāo)注尺寸，不注公差。 

　　3、車身焊裝夾具的夾緊特點(diǎn) 

　　車身沖壓件裝配后，多使用電阻焊接，工件不受扭轉(zhuǎn)力矩，當(dāng)工件的重力與點(diǎn)焊時(shí)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(zhǔn)確的裝配位置與定位基準(zhǔn)貼合，此時(shí)可以省去夾緊機(jī)構(gòu)。 

　　焊接通常在兩個(gè)工件間進(jìn)行，夾緊點(diǎn)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(shí)間，夾緊應(yīng)采用高效快速裝置和多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 

　　對于薄板沖壓件，夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)作用在支承點(diǎn)上，只有對剛性很好的工作才允許作用在幾個(gè)支承點(diǎn)所組成的平面內(nèi)，以免夾緊力使工件彎曲或脫離定位基準(zhǔn)。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?qū)щ婋姌O貼合，對于1.2mm厚度以下的鋼板，貼合間隙不大于0.8mm，每個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力一般在300-750N.范圍內(nèi)；對于1.5-2.5mm之間的沖壓件，貼合間隙不大于1.5mm每個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力在500-3000N.范圍內(nèi)。 

　　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(dòng)或液壓。其中帶補(bǔ)償?shù)穆菪龏A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(shí)的側(cè)向分力，以補(bǔ)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(diǎn)、三點(diǎn)夾緊橋，可以同時(shí)夾緊不同高度的兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn)由設(shè)計(jì)單位制定，其中規(guī)定了底板基準(zhǔn)槽和坐線的形態(tài)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(jìn)行檢測、判斷并進(jìn)行調(diào)整，合格后就固定定位銷。隨著機(jī)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(dá)0.01mm/±5um，夾具支承面的垂直度達(dá)到0.01mm/300mm，平行度高達(dá)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(tái)，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(nèi)；夾具重復(fù)安裝的定位精度高達(dá)±5um；瑞士EROEA柔性夾具的重復(fù)定位精度高達(dá)2-5um。機(jī)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(jī)械制造企業(yè)。誠然，為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟(jì)性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。 

　　八、模塊、組合 

　　夾具元件模塊化是實(shí)現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計(jì)的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開發(fā)的基點(diǎn)。省工、省時(shí)，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進(jìn)夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計(jì)為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD;技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，為用戶三維實(shí)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(jīng)驗(yàn)，了解市場需求，不斷地改進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會(huì)與華中科技大學(xué)合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺(tái)，爭取實(shí)現(xiàn)夾具設(shè)計(jì)與服務(wù)的通用化、遠(yuǎn)程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。 

　　九、通用、經(jīng)濟(jì) 

　　夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)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(guī)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(qiáng)，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 

　　專家們建議組合夾具行業(yè)加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研協(xié)作的力度，加快用高新技術(shù)改造和提升夾具技術(shù)水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，充分利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與時(shí)俱進(jìn)地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術(shù)。主動(dòng)與國外夾具廠商聯(lián)系，爭取合資與合作，引進(jìn)技術(shù)，這是改造和發(fā)展我國組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑。 

　　結(jié)束語 

　　汽車車身焊接夾具的設(shè)計(jì)與沖壓件、工序件結(jié)構(gòu)及精度關(guān)系極為密切，充滿了豐富的特殊性，在設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮遵循一般的規(guī)律外，還必須具體問題具體對待。