汽車白車身焊裝夾具結構設計綜述

王維　丁華　馮波

摘 要：本文在焊裝夾具設計的一般方法的基礎上，分析介紹了夾具設計所必需滿足的幾個基本要求，如零件定位準確，易于焊接以及滿足生產規劃等，并對夾具設計中的關鍵因素之一的定位元素進行了分析和介紹。

關鍵詞：焊裝；夾具設計；生產規劃；定位元素

中圖分類號：TG431 文獻標識碼：A

汽車工裝夾具是伴隨著汽車行業的興起而迅猛發展的一個新興行業。汽車的焊裝夾具是整車四大工藝之一焊裝工藝中的重要裝備，焊裝夾具的設計水平直接關系到白車身總成的焊接質量和生產節拍。另外據統計，在汽車焊接流水線上，真正用于焊接操作的工作量僅占30%～40%，而60%～70%為工件的上件夾緊工作。合理的設計焊裝夾具是保證焊接質量、提高勞動生產率、減輕工人勞動強度、降低車身制造成本的根本途徑。因此，提高焊裝夾具的設計質量，縮短設計周期，降低設計成本，對新車型的開發、提高流水線生產節拍都具有非常重要的意義。

1 白車身焊裝夾具設計一般方法

分析汽車焊裝工藝特點：

汽車車身的組成零件主要由外覆蓋件、內覆蓋件和白車身整體骨架件組成。一般來說，覆蓋件鈑金厚度在0.8～1.2mm以內，車身骨架件一般由1.2～2.5mm的鋼板材料制作而成，它們大多為薄板件，從焊裝夾具設計的角度來看，可以歸納出如下特點：

（1）鈑金件結構相對復雜，三維設計有一定難度。

汽車白車身大部分是由薄板沖壓件經過焊裝，最終形成的空間殼體，為了達到車身造型美觀的效果，同時又保證殼體具有符合要求的剛度，白車身零件大多采用拉延成型工藝，其空間結構比較復雜。

（2）鈑金件剛度小，容易變形

雖然鈑金件在前期設計的時候考慮過保證一定的剛度，但它相對機加工件來說剛度受它的板材厚度，結構形狀影響，相對就比較小。另外，單個的白車身件因為剛性較差，在轉移，拿取，運輸等方面很容易變形，只有經過焊裝總成后，整體剛度才會提高。所以總的來說，鈑金件比較容易變形。

（3）以空間三維坐標標注尺寸

汽車車身產品圖以空間三維坐標來標注尺寸，為了表示覆蓋件在汽車上的位置和便于標注尺寸，我國的汽車車身一般每隔200mm或400mm劃一坐標網線（也簡稱車線），3個坐標的基準是：前后方向（x向）——以汽車前輪中心為0，往前為負值，向后為正值； 左右方向（y向）——以汽車對稱中心為原點，面向車行駛方向，向右為正，向左為負；上下方向（Z向）——以縱梁上平面為0，往上為正值，往下為負值。車線圖及整車參考方向簡圖如圖1，圖2所示。

1.2 分析焊接方法

汽車白車身焊接中主要使用電阻焊和CO2保護焊，針對具體的零件選擇合適的焊接方法。

1.3 選擇定位基準

分析車身數據，根據數據中的相關基準孔，定位夾緊信息，確定所要設計的焊裝夾具相關信息，確保夾具的設計基準與零件的設計基準一致，便于后續的檢驗及分析改進。

1.4 夾具結構方案選擇

這一部分主要包括定位方案選擇，確定輔助支撐方式，夾緊方案選擇，其他部分結構形式的選擇，以及結構經濟性分析。

1.5 具體的夾具結構設計

在確定了基準以后，根據零件的焊接方法，及零件結構特點選擇合適的夾具結構，并對主要夾具零件加以設計。

2 焊接夾具設計必需滿足的要求

2.1 夾具設計要滿足定位和焊接的要求

對于焊接夾具的設計，首先必需滿足對零件定位的要求保證良好的焊接質量。因而在設計的時候，就必需嚴格按照主機廠提供的數模及定位夾緊信息（RPS）去設計。其次要滿足焊接的要求。汽車白車身是經過焊接，將各單件，總成通過焊裝后而形成。所以滿足焊接要求是夾具設計比較重要的要求。要達到這一要求也即是必需考慮焊接操作高度，焊鉗的通過性以及操作者位置等因素的要求。焊接操作高度是指工人站立位置到焊槍操作把手的高度。考慮到操作者高度會有不同，我們一般取操作者身高為175cm，焊鉗立放的操作在200-1500mm范圍內。焊鉗通過性主要是指焊鉗不能和夾具干涉，各壓緊塊要避開焊鉗；操作者的位置主要取決于焊槍的分布，一般來說，我們會根據零件結構和RPS信息來設置操作位置實現焊接，在最利于焊接操作的位置設置操作者位置；當一個零件需要實現兩側焊接時，我們有必要將夾具改為旋轉結構，這樣就便于操作者更快更方便地焊接。滿足焊接必需考慮防止零部件錯放問題。具體的如圖3后圍板，及圖4后圍板在夾具上的夾緊狀態示意圖。

如圖4所示，針對實際工作中遇見的某車型的后圍板焊接夾具，后保險杠安裝支架其左右兩件在夾具上的定位孔位置及大小完全一致，而上件的左右兩件區別較小，這就造成工人操作上可能產生誤操作，將兩件放錯，在量產的時候放錯將造成后圍板大量報廢或是返修，經濟損失較大，針對這一夾具問題，我們判定夾具結構必須加以改進，在右件定位孔附近增加防錯結構，讓零件在放錯的情況下無法夾緊，作為一種被動保護，從而保證焊接工作的正確進行。

2.2 夾具設計要滿足汽車生產的規劃要求

夾具的設計要滿足汽車生產的規劃要求。生產的節拍，焊點的分配，車身各零部件的焊接工藝流程，夾具在生產車間的位置分布，這些對生產規劃來說都比較重要。因為我們設計的夾具是為了最終的汽車生產而設計的，無論是試制還是量產，它都必需滿足生產規劃的要求。當夾具設計與規劃的中的一些因素有沖突的時候，我們要能夠及時地同他們部門溝通，在條件允許的情況下，各自做出適當的更改以滿足夾具設計和生產規劃的要求，從而最終將工作干好。

3 夾具設計的定位元素

3.1 定位銷

定位銷是用于零部件定位的重要元素。在設計車身零件的焊接夾具時，通常我們會設計一組由一個圓形定位銷和菱形銷組成的定位銷組來進行定位，保證在焊接過程中零件定位的精度，和放取件的方便性。定位銷我們根據使用形式可分為固定銷，伸縮銷，和擺動銷。我們將使用方式為固定安裝的銷稱為固定銷。因為固定銷易于安裝，并且制造加工比較方便所以在夾具設計時常常會使用到。但它的數量也不能太多。因為我們知道，零部件都是通過銷孔和定位銷的銷體接觸，形成定位。當一個零部件上的固定銷太多時，雖然在短期內易于保證精度，但是由于定位銷太多，鈑金件加工質量一致性難于保證，而設計時設計的定位孔和銷的公差范圍比較小，造成工人焊接上件，和焊接完取件不方便，經過多次的拿取操作后會造成定位銷的磨損，定位銷的剛度也會受一定影響，從而影響定位精度。因此，我們設計的時候，一套夾具的固定銷數量一般不超過兩個。伸縮銷和擺動銷也是用的比較多的一種定位銷。當一套夾具需要多個定位銷時，而固定銷的數量又受到限制，我們就考慮設計時增加伸縮銷或者擺動銷。當然，改變銷的結構形式也需考慮零件的結構，和預留的操作空間，不能與零件有干涉。當定位銷由于受到零件結構限制而不是水平的，而是帶有一定角度或者垂直于BASE板，考慮到取放件的便易性，我們也應將定位銷設計成擺動或伸縮的。

3.2 定位塊及壓塊

定位塊和壓塊在夾具設計中也用的比較多，他們分別起定位和壓緊作用。定位塊主要用于對面的定位，它能保證一些重要的型面和功能面的尺寸。在設計的時候，我們要根據工藝上要求的RPS并結合自己的經驗來設計定位塊的結構形式進行定位塊的設計。壓塊主要是用于保證零件的壓緊。它的設計主要考慮因素是能不能在保證壓緊零件的同時，又能保證焊槍良好的操作性。它的結構形式因而也會因為零件和其他夾具結構體的形式而不同。

結語

汽車白車身焊裝夾具設計不僅涉及到夾具設計的基本理論和方法，他同時與車輛工程，車輛理論的相關知識密切相關。我們在設計焊裝夾具的時候，不僅要考慮夾具結構是否能滿足準確定位零件，我們還得考慮我們的夾具是否能保證重要功能尺寸，在優先保證我們需要控制的尺寸的情況下，滿足其他的定位精度。要做到這一點，我們就需要了解RPS的設置經驗，白車身零件的總裝相關用途。另外，對于在夾具設計中使用的定位銷，定位塊和壓緊塊等元素也必需根據經驗和相關標準進行分類選取和設計，保證零部件的質量要求，保證最大程度地滿足生產要求。

參考文獻

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[3] 李坤宏. 基于CATIA的汽車焊裝夾具設計方法應用研究[D].重慶：重慶大學碩士學位論文，2007（10）.

作者簡介：王維（1988.05-），男，碩士研究生，工程師，研究方向：汽車焊接技術及夾具設計。