淺析汽車車身焊裝夾具的定位

程 楠，潘啟斯

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心車身工程科，廣西柳州545007）

汽車車身焊接是汽車生產制造四大工藝之一。焊接生產線是車身焊接的基礎，焊裝夾具則是焊接生產線的前提。在車身焊接生產線上，真正用于焊接操作的工作量僅約占40%，而約60%的工作量為零件的定位和裝夾。所以，焊裝夾具在車身焊接線上起著重要的作用。在設計焊裝夾具時，不僅要考慮生產要求，還必須熟悉車身零件結構，了解薄板鈑金件易變形的特點等諸多內容。

1 車身鈑金件的特點及在焊裝夾具中的正確定位

汽車車身鈑金件在焊裝夾具中能否正確定位，是保證整車焊接精度的關鍵。

通常情況下，對于剛性較好的零件，采用典型的定位形式（一面兩銷、兩面一銷或面、面、面）即可以完全限制零件的6個方向運動的自由度，從而保證零件的質量及穩定的重復精度。

汽車車身一般由外覆蓋件、內覆蓋件和骨架件組成，覆蓋件的材料主要是低碳鋼的冷軋鋼板，鋼板厚度一般為0.7～1.2 mm，也就是說大都為薄板件。其特點為剛性差、易變形，某些型腔較深的沖壓件，還會存在回彈變形等。正是由于這些不足，車身焊裝夾具必須設置輔助定位和夾緊點，將被定位零件因回彈、剛性不足或焊后變形而導致的位置誤差，盡可能約束回復到理論位置，才能保證整個焊接總成的焊接質量和重復精度。

在設計車身焊裝夾具時，常對6點定位法則有兩種誤解：

一是認為6點定位原則對薄板焊接件定位不適用；

二是認為薄板焊接件上有過定位現象。

針對這種現象，我們進行了分析和探討。

2 焊接夾具的輔助定位和夾緊作用

現以汽車車架的焊接定位為例，來對焊接夾具的輔助定位、夾緊在車架焊接過程中所起的作用逐一分析。

圖1 車身大梁的定位夾緊

（1）汽車車架焊接的6點定位。圖1中圓柱定位銷1、菱形定位銷2及左、右大梁的翻邊，即構成兩面一銷定位系統。其中左、右大梁翻邊，作為主定位基準面，分別約束了Z方向、繞X軸旋轉、繞Y軸旋轉3個自由度；圓柱定位銷1分別約束了X方向、Y方向2個自由度；菱形定位銷2約束了繞Z軸旋轉的自由度。顯然，6個運動自由度均已被限制，按照6點定位法則，車架已完全處于全約束狀態，而無須再增加其他定位元件。

但事實上，這種定位系統無法滿足車架定位精度的要求。

（2）大梁撓曲度的影響。大梁Z方向的兩端支撐后，由于車架焊后的變形或車架本身總質量的重力作用，車架中部可能出現向上或向下的彎曲，δ為大梁的撓曲度（見圖2）。

圖2 大梁的撓曲度

顯然，無論出現向上還是向下彎曲，都會對車架上所拼焊零件的相互位置產生影響，以至于使車架焊接質量不合格。因此，在下車體焊接過程中，必須設法消除大梁在Z方向的彎曲。要想在焊接夾具上消除Z方向彎曲，只能在大梁中部區域的適當位置增加輔助定位和夾緊單元（見圖3）。

（3）增加輔助定位和夾緊單元的成功應用。通過輔助夾緊，將向上彎曲面壓回理論位置；或是通過輔助支承，將向下彎曲面頂回理論位置。當然，上述彎曲量δ值都必須是在允許范圍內，若彎曲量δ值過大，即便設置了輔助定位（支承）及夾緊，也無法使其回復到理論位置。顯然，由于設置了輔助支承，在夾具上就可發現零件是否已超出彎曲誤差允許的范圍，對零件焊接質量起到了間接檢測和控制的作用。該焊裝夾具已成功應用在某微車車身焊接拼臺上，并取得了很好的效果。

圖3 大梁中部區域增加輔助定位和夾緊單元

3 采用兩個圓柱銷定位的分析

通常理論上的定位元件，應該采用一個圓柱形定位銷（簡稱圓柱銷）和一個菱形銷（也稱削邊銷）來定位零件的，而實際上卻采用兩個圓柱銷進行定位，對其原因現分析如下。

（1）對于剛性較差的薄板鈑金件，若采用一個圓柱銷和一個菱形銷的一面兩銷定位形式對其定位時，鈑金件將會出現向下撓曲。此時，在其下方增加輔助定位支承，無疑是最好的解決辦法。但當下方空間不允許設置輔助定位支承時，若仍一味采用圓柱銷+菱形銷定位，將無法得到正確的定位狀態（見圖4）。圖中，

δ1為被定位零件中部下撓值；

δ2為被定位零件端部翹起值。

圖4 圓柱、菱形銷的定位狀態

圖5 A處放大圖

顯然，從圖5中不難看出，由于菱形銷的存在，菱形銷短邊無法阻止被定位零件向下撓曲過程中向定位孔邊的位移，以致于零件偏離正確位置，定位銷將失去其定位作用。

此時若采用兩個圓柱銷，并在圓柱銷旁邊輔予合理的定位面及夾緊點，定位效果就會得到極大改善（見圖6）。

（2）由于壓頭要將被定位零件壓至定位塊型面，從而導致了被定位零件上定位孔被強行拉入圓柱定位銷，圓柱定位銷與定位孔間間隙很小，可理解為兩中心距重合，使被定位零件向下撓曲量δ1將被最大限度的消除。

圖6 兩圓柱銷的定位狀態

典型的例子就是車門內外板總成的焊接。車門內板結構上盡管設計了一些加強筋，但由于支撐定位面均設置在周邊，門內板進入定位狀態時，仍將出現一些向下撓曲的狀況。由于拼臺中部布置有輸送提升裝置，無法在內板中下部設置輔助定位塊。因此，解決的方法只能采用兩個圓柱銷（見圖7）。該定位方式已成功應用在某微車五門一蓋內外板總成焊接拼臺上，效果很好。

圖7 某微型車發罩內板定位形式

4 對零件實現正確定位的認識

通過以上對車身焊接件定位的分析和研究，我們對輔助定位支承在焊裝夾具中的重要性有了更深刻的認識。限制6個方向運動的自由度，是焊接夾具設計的宗旨，但人們通常把限制6個方向運動的自由度，理解為限制6個方向的自由度。而且這種限制不僅依靠夾具的定位夾緊，還要依靠零件之間的相互關系。只有正確認識了薄板沖壓件焊接生產的特點，同時又正確理解了6點定位法則，才能實現對零件的正確定位。

5 結束語

如何在焊裝夾具中正確、合理的設置輔助定位支承，是一項極為復雜的系統問題，它涉及到如何準確分析、判斷被定位零件的剛性、回彈、焊后變形以及將其位置誤差約束到理論位置應施加多大的力等等。雖然我們已在這方面積累了一定經驗，但在該領域還有大量的知識有待去進一步地學習和研究，以便為焊裝夾具設計領域的不斷發展創新，提供新的理論支持。

[1]楊握銓.汽車焊接技術及夾具設計[M].北京：北京理工大學出版社，1996.

[2]王 政.焊接工裝夾具及變位機械：性能、設計、選用[M].北京：機械工業出版社，2001.

[3]鐘志華，等.薄板沖壓成型過程的機算計仿真與應用[M].北京：北京理工大學出版社，1998.