汽車白車身焊裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜述

王 維 丁 華 馮 波（吉利汽車研究院，杭州 蕭山 311228）

工 業(yè) 技 術(shù)

汽車白車身焊裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜述

王 維 丁 華 馮 波
（吉利汽車研究院，杭州 蕭山 311228）

本文在焊裝夾具設(shè)計(jì)的一般方法的基礎(chǔ)上，分析介紹了夾具設(shè)計(jì)所必需滿足的幾個(gè)基本要求，如零件定位準(zhǔn)確，易于焊接以及滿足生產(chǎn)規(guī)劃等，并對(duì)夾具設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素之一的定位元素進(jìn)行了分析和介紹。

焊裝；夾具設(shè)計(jì)；生產(chǎn)規(guī)劃；定位元素

1 白車身焊裝夾具設(shè)計(jì)一般方法

分析汽車焊裝工藝特點(diǎn)：

汽車車身的組成零件主要由外覆蓋件、內(nèi)覆蓋件和白車身整體骨架件組成。一般來(lái)說(shuō)，覆蓋件鈑金厚度在0.8～1.2mm以內(nèi),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(shè)計(jì)的角度來(lái)看，可以歸納出如下特點(diǎn)：

（1）鈑金件結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，三維設(shè)計(jì)有一定難度。

汽車白車身大部分是由薄板沖壓件經(jīng)過(guò)焊裝，最終形成的空間殼體,為了達(dá)到車身造型美觀的效果，同時(shí)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(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

（2）鈑金件剛度小，容易變形

雖然鈑金件在前期設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮過(guò)保證一定的剛度，但它相對(duì)機(jī)加工件來(lái)說(shuō)剛度受它的板材厚度，結(jié)構(gòu)形狀影響，相對(duì)就比較小。另外，單個(gè)的白車身件因?yàn)閯傂暂^差，在轉(zhuǎn)移，拿取，運(yùn)輸?shù)确矫婧苋菀鬃冃危挥薪?jīng)過(guò)焊裝總成后，整體剛度才會(huì)提高。所以總的來(lái)說(shuō)，鈑金件比較容易變形。

（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(lái)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,我國(guó)的汽車車身一般每隔200mm或400mm劃一坐標(biāo)網(wǎng)線（也簡(jiǎn)稱車線）,3個(gè)坐標(biāo)的基準(zhǔn)是:前后方向（x向）——以汽車前輪中心為0,往前為負(fù)值,向后為正值; 左右方向（y向）——以汽車對(duì)稱中心為原點(diǎn)，面向車行駛方向，向右為正，向左為負(fù)；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。車線圖及整車參考方向簡(jiǎn)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(hù)焊，針對(duì)具體的零件選擇合適的焊接方法。

1.3 選擇定位基準(zhǔn)

分析車身數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)中的相關(guān)基準(zhǔn)孔，定位夾緊信息，確定所要設(shè)計(jì)的焊裝夾具相關(guān)信息，確保夾具的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致，便于后續(xù)的檢驗(yàn)及分析改進(jìn)。

1.4 夾具結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式的選擇，以及結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性分析。

1.5 具體的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在確定了基準(zhǔn)以后，根據(jù)零件的焊接方法，及零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的夾具結(jié)構(gòu)，并對(duì)主要夾具零件加以設(shè)計(jì)。

2 焊接夾具設(shè)計(jì)必需滿足的要求

2.1 夾具設(shè)計(jì)要滿足定位和焊接的要求

對(duì)于焊接夾具的設(shè)計(jì)，首先必需滿足對(duì)零件定位的要求保證良好的焊接質(zhì)量。因而在設(shè)計(jì)的時(shí)候，就必需嚴(yán)格按照主機(jī)廠提供的數(shù)模及定位夾緊信息（RPS）去設(shè)計(jì)。其次要滿足焊接的要求。汽車白車身是經(jīng)過(guò)焊接，將各單件，總成通過(guò)焊裝后而形成。所以滿足焊接要求是夾具設(shè)計(jì)比較重要的要求。要達(dá)到這一要求也即是必需考慮焊接操作高度，焊鉗的通過(guò)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(huì)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(nèi)。焊鉗通過(guò)性主要是指焊鉗不能和夾具干涉，各壓緊塊要避開(kāi)焊鉗；操作者的位置主要取決于焊槍的分布，一般來(lái)說(shuō)，我們會(huì)根據(jù)零件結(jié)構(gòu)和RPS信息來(lái)設(shè)置操作位置實(shí)現(xiàn)焊接，在最利于焊接操作的位置設(shè)置操作者位置；當(dāng)一個(gè)零件需要實(shí)現(xiàn)兩側(cè)焊接時(shí)，我們有必要將夾具改為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，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(cuò)放問(wèn)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(tài)示意圖。如圖4所示，針對(duì)實(shí)際工作中遇見(jiàn)的某車型的后圍板焊接夾具，后保險(xiǎn)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(qū)別較小，這就造成工人操作上可能產(chǎn)生誤操作，將兩件放錯(cuò)，在量產(chǎn)的時(shí)候放錯(cuò)將造成后圍板大量報(bào)廢或是返修，經(jīng)濟(jì)損失較大，針對(duì)這一夾具問(wèn)題，我們判定夾具結(jié)構(gòu)必須加以改進(jìn)，在右件定位孔附近增加防錯(cuò)結(jié)構(gòu)，讓零件在放錯(cuò)的情況下無(wú)法夾緊，作為一種被動(dòng)保護(hù)，從而保證焊接工作的正確進(jìn)行。

2.2 夾具設(shè)計(jì)要滿足汽車生產(chǎn)的規(guī)劃要求

夾具的設(shè)計(jì)要滿足汽車生產(chǎn)的規(guī)劃要求。生產(chǎn)的節(jié)拍，焊點(diǎn)的分配，車身各零部件的焊接工藝流程，夾具在生產(chǎn)車間的位置分布，這些對(duì)生產(chǎn)規(guī)劃來(lái)說(shuō)都比較重要。因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)的夾具是為了最終的汽車生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的，無(wú)論是試制還是量產(chǎn)，它都必需滿足生產(chǎn)規(guī)劃的要求。當(dāng)夾具設(shè)計(jì)與規(guī)劃的中的一些因素有沖突的時(shí)候，我們要能夠及時(shí)地同他們部門溝通，在條件允許的情況下，各自做出適當(dāng)?shù)母囊詽M足夾具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)規(guī)劃的要求，從而最終將工作干好。

3 夾具設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)車身零件的焊接夾具時(shí)，通常我們會(huì)設(shè)計(jì)一組由一個(gè)圓形定位銷和菱形銷組成的定位銷組來(lái)進(jìn)行定位，保證在焊接過(guò)程中零件定位的精度，和放取件的方便性。定位銷我們根據(jù)使用形式可分為固定銷，伸縮銷，和擺動(dòng)銷。我們將使用方式為固定安裝的銷稱為固定銷。因?yàn)楣潭ㄤN易于安裝，并且制造加工比較方便所以在夾具設(shè)計(jì)時(shí)常常會(huì)使用到。但它的數(shù)量也不能太多。因?yàn)槲覀冎溃悴考际峭ㄟ^(guò)銷孔和定位銷的銷體接觸，形成定位。當(dāng)一個(gè)零部件上的固定銷太多時(shí)，雖然在短期內(nèi)易于保證精度，但是由于定位銷太多，鈑金件加工質(zhì)量一致性難于保證，而設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)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(jīng)過(guò)多次的拿取操作后會(huì)造成定位銷的磨損，定位銷的剛度也會(huì)受一定影響，從而影響定位精度。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候，一套夾具的固定銷數(shù)量一般不超過(guò)兩個(gè)。伸縮銷和擺動(dòng)銷也是用的比較多的一種定位銷。當(dāng)一套夾具需要多個(gè)定位銷時(shí)，而固定銷的數(shù)量又受到限制，我們就考慮設(shè)計(jì)時(shí)增加伸縮銷或者擺動(dòng)銷。當(dāng)然，改變銷的結(jié)構(gòu)形式也需考慮零件的結(jié)構(gòu)，和預(yù)留的操作空間，不能與零件有干涉。當(dāng)定位銷由于受到零件結(jié)構(gòu)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(yīng)將定位銷設(shè)計(jì)成擺動(dòng)或伸縮的。

3.2 定位塊及壓塊

定位塊和壓塊在夾具設(shè)計(jì)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(duì)面的定位，它能保證一些重要的型面和功能面的尺寸。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們要根據(jù)工藝上要求的RPS并結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)定位塊的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行定位塊的設(shè)計(jì)。壓塊主要是用于保證零件的壓緊。它的設(shè)計(jì)主要考慮因素是能不能在保證壓緊零件的同時(shí)，又能保證焊槍良好的操作性。它的結(jié)構(gòu)形式因而也會(huì)因?yàn)榱慵推渌麏A具結(jié)構(gòu)體的形式而不同。

結(jié)語(yǔ)

汽車白車身焊裝夾具設(shè)計(jì)不僅涉及到夾具設(shè)計(jì)的基本理論和方法，他同時(shí)與車輛工程，車輛理論的相關(guān)知識(shí)密切相關(guān)。我們?cè)谠O(shè)計(jì)焊裝夾具的時(shí)候，不僅要考慮夾具結(jié)構(gòu)是否能滿足準(zhǔn)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(yōu)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(diǎn)，我們就需要了解RPS的設(shè)置經(jīng)驗(yàn)，白車身零件的總裝相關(guān)用途。另外，對(duì)于在夾具設(shè)計(jì)中使用的定位銷，定位塊和壓緊塊等元素也必需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類選取和設(shè)計(jì)，保證零部件的質(zhì)量要求，保證最大程度地滿足生產(chǎn)要求。

[1] 楊握拴.汽車裝焊技術(shù)及夾具設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社出版社, 1997.

[2] 李麗霞.LG-1汽車車身焊裝系統(tǒng)夾具的開(kāi)發(fā)[D].天津：天津大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007（07）.

[3] 李坤宏. 基于CATIA的汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)方法應(yīng)用研究[D].重慶：重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007（10）.

TG431

A汽車工裝夾具是伴隨著汽車行業(yè)的興起而迅猛發(fā)展的一個(gè)新興行業(yè)。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(shè)計(jì)水平直接關(guān)系到白車身總成的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)節(jié)拍。另外據(jù)統(tǒng)計(jì)，在汽車焊接流水線上，真正用于焊接操作的工作量?jī)H占30%～40%，而60%～70%為工件的上件夾緊工作。合理的設(shè)計(jì)焊裝夾具是保證焊接質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、降低車身制造成本的根本途徑。因此，提高焊裝夾具的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，對(duì)新車型的開(kāi)發(fā)、提高流水線生產(chǎn)節(jié)拍都具有非常重要的意義。

王維（1988.05-）,男，碩士研究生，工程師，研究方向：汽車焊接技術(shù)及夾具設(shè)計(jì)。