淺談汽車車身件焊接工裝的應用

謝江 羅歡

摘 要：當前汽車焊接工裝在構造上存在較大差別，屬于非標準設計與制造的工藝裝備，但其功用、基本結構以及維護管理具有共性。本文結合筆者的實踐工作經驗，對車身焊接工裝應用進行一些總結分析，供有益參考。

關鍵詞：焊接工裝;工裝結構;工裝開發;工裝維護管理

術語：SGMW-上汽通用五菱汽車股份有限公司;N111-五菱之光車型;TPM-全員生產維護;PM-預防性維護;CMM-三坐標測量儀

1 引言和概述

隨著汽車工業的不斷發展，人們起來越注重汽車車身外形和尺寸，這對車身件的焊接尺寸、精度、質量要求越來越高，而焊接工裝在車身制造過程中尤其重要。對于汽車、摩托車和飛機等制造業，可以毫不夸張的說，沒有焊接工裝就沒有產品。

工裝指在機械加工、產品檢驗、裝配和焊接等工藝過程中，使用著大量的工藝裝備簡稱。車身焊接工裝指車身零件裝配與焊接過程中起配合及輔助作用的夾具、機械裝置或設備的總稱，其中夾具包括定位器、夾緊機構、夾具體三部分，機械裝置或設備包括焊件變位機、焊接操作機、焊工升降臺等。

2 車身焊接工裝簡介

2.1 分類

焊接工裝（如圖1）有幾種分類方式：

（1）按應用范圍分：通用、專用、柔性焊接工裝等。（2）按動力源分：手動、氣動、液壓、電動、磁力、真空、混全式焊接工裝等。（3）按焊接方法分：電弧焊、電阻點焊、釬焊、特種焊工裝等。

2.2 結構與組成

SGMW某車型零部件焊接工裝夾具（如圖2），主要由定位器、夾緊機構、夾具體三大部分組成，有夾緊塊、夾緊臂、定位塊（銷）、連接板、支座、氣缸（根據動力源方式而定）、導向、鉸鏈等8種基本功能部件，復雜定位單元的夾具還需要增加限位塊、導軌、二層支座等功能件。現實中會根據各種綜合因素，單獨或組合使用不同焊接工裝夾具結構來實現白車身/零部件焊接作業。

2.3 特點

焊接工裝的特點，是由裝配焊接工藝和焊接結構決定的：

（1）類型和數量根據白車身/焊合件的生產綱領、生產節拍、自動化程度決定。（2）按生產工藝過程布置，要符合人機工種要求。（3）裝配和焊接的零件有多個，需按一定順序進行，動作次序和功能要與制造工藝過程相符合。（4）焊接件多為薄板沖壓件，其剛性比較差，極易變形，因而通常采用工件表面或形面過定位方式定位。（5）車身是一個具有空間曲面，外形復雜的結構件，定位件的定位表面大多是型面，定位元件的布置具有空間位置特點。（6）采用電阻點焊的裝焊夾具，要求焊鉗和電極具有良好的可達性及夾具的開敞性。

2.4 作用

提高焊接件的產品質量，保證焊件的幾何形狀和尺寸精度符合圖紙和技術要求;提高制造生產率，降低制造成本;減輕勞動強度，使用安全可靠，保障安全生產;便于施工和操作等等。

3 車身焊接工裝開發

3.1 六點定位原理

任何剛性工件在空間具有六個自由度（如圖3），即沿x、y、z三個直角坐標軸方向的移動自由度和繞這三個坐標軸的轉動自由度，要完全確定工件的位置，就必須消除這六個自由度，通常用六個支承點（即定位元件）來限制工件的六個自由度。這就是六點定位/3-2-1定位原理（如圖4）。

實現中對于汽車車身用的薄板沖壓件，定位夾具除了限制零件剛體運動的基本功能外，還必須限制過多的零件變形，需采用N-2-1、3-2-2過定位方式。例如SGMW N111車型發動機蓋板的焊接工裝夾具就用了8個定位面（如圖5）。

3.2 工裝開發過程簡述

工裝開發流程主要有：項目規劃、數據輸入、方案/結構設計、采購定點、制造/安裝/驗收移交、售后服務等階段。如下為開發流程簡圖（如圖6）。

其中，我們簡單列舉制造/安裝/調試/驗收階段的幾個關注項進行說明。

（1）焊接工裝夾具的測量。在焊接工裝組裝制造完成后，需要對其制造狀態進行必要的CMM檢測，以判斷制造是否符合設計要求。測量過程：分析→測頭校準→建立坐標系→測量特征元素→構造/評價特征元素→生成測量報告→評估測量結果。

（2）同心孔實驗（如圖7）。夾具裝上工件，夾緊后在工件的搭接處進行鉆孔及測量，觀測鉆孔在夾緊和松開狀態的尺寸變化，分析夾具在工作條件下的定位可靠性和重復性。實驗過程一般為：裝夾零件→鉆孔→取出零件/測量→重復上一步→零件拿出/模擬焊接→測量鉆孔實際尺寸→重復上一步驟5次→焊接零件/測量→評判。

（3）工藝工裝驗證。通過對其合理性和適用性的檢查，驗證工藝和工裝是否符合生產綱領/節拍、產品質量及安全環保的要求，是否可以進入批量生產。

4 車身焊接工裝維護管理

工裝的維護管理是指對工裝的保養及維修。采用日常維護為主-TPM、預防性維護為輔-PM相結合的方式。TPM：通過日常維護，檢查工裝的異常，及時維修，使工裝處于良好狀態，有日/周/月檢。PM：按照工藝設備制訂的周期維護計劃進行計劃維護，達到排除隱患，保證工裝穩定、有效的維護方法。

常見的焊接工裝維護要點：

（1）各定位點、緊固件應定期檢查是否磨損、松動。（2）各軸承、運動機構鉸鏈應定期加潤滑脂。（3）檢查氣路系統、管路，不得有滲漏。（4）夾具底板面定期刷防銹油，隨時檢查氣路系統有無漏氣等現象。（5）維修時，必需使用拼臺安全銷，防止誤操作，側框的移動。

5 結語

對于汽車四大工藝之一的車身焊裝制造而言，無論是主機廠的白車身焊接工裝還是供應商零部件的焊接工裝都是極其重要的組成部分。筆者相信，隨著我國汽車行業的不斷發展，車身焊接工裝將會為更多的汽車生產線建設助力，并得到廣泛應用，為中國汽車品牌發展貢獻力量。

參考文獻：

[1]王政.焊接工裝夾具及變位機械.北京：機械工業出版社，2001.

[2]陳煥明.焊接工裝設計基礎.北京：航空工業出版社，2004.

[3]中國機械工種學會焊接學會.焊接手冊（第2版）.北京：機械工業出版社，2001.