论文部分内容阅读
摘 要：焊装技术是汽车生产过程中重要的一环，也是保证汽车生产质量指标之一。在汽车工业迅速发展的时期，用户对汽车焊接技术也提出更高的要求。主要阐述了汽车车身焊装的工艺设计内容和工装设计的基本原则，供行业参考，以提高汽车焊接技术。文章对汽车车身焊装夹具的三维设计进行了研究分析，以供参考。
关键词：汽车车身；焊装夹具；三维设计
1 前言
焊装是汽车生产中重要的基本过程之一。焊装工艺的质量对汽车的外形和整体美感有直接影响。近几来，随着汽车工业的发展，对车身技术的需求不断增加。因此，制造商有必要在焊装车身的过程中不断提高设计水平和焊装水平，以满足现代人的需求。
2 车身焊装的工艺设计
在汽车制造的四大工艺（冲压工艺、焊装工艺、涂装工艺、总装工艺）中，每一道工艺都汽车制造质量产生重要的影响。而其中焊装工艺对于汽车产品的外观美观与否有着直接关联，这也是用户接触汽车产品最直接的印象。因此，必须重视车身焊装工艺的合理性与科学性，在有限的资源背景下，提高焊接工作质量，提升焊接工作效率。这就需要工艺设计人员熟悉和了解不同车体车身特性，加强与车身设计人员、内饰设计人员、焊接生产人员的多方沟通，为车身焊装工艺设计科学的可行性方案，保证焊装工艺设计的科学性与先进性。车身的焊装过程实际上是零件的组合或部件组装，然后几个组件或零件形成一个整体。在焊装工作之前，应有详细焊装工艺文件来指导焊装工艺开展，保证每一批次焊装工艺质量，提高焊装效率。焊装工艺设计的焊装工艺卡，是指导焊装工艺装配与焊接的工作依据，同时，针对不同零部件焊装衔接工作，就根据焊装工艺要求、生产设备自动化程度、输送距离等，确定焊接每一道工序的生产时间，从而确保焊接工序科学有序地开展。汽车车身焊装工艺设计的要点主要有：一是焊装工序卡制定：根据车身设计要求，对焊装工艺的每一道工序提出详细要求，并对整个工艺流程中每个部件的装配与焊接顺序提出要求。二是提出满足一中规定的工序内容所需的通用焊接设备清单，清单应包含设备规格、型号和台数等。三是为完成满足产品特殊要求的工序、工步，确定专用设备仪器清单及其规格型号，提出相应的技术条件。四是为了保证焊装工艺满足要求，需重视监督检查，通常情况下，应设立首末件检验，检查和验证焊装工作质量，保证下一工艺或生产工序顺利进行。五是基于上述工艺设计的内容，可绘制出装焊车间的初步平面布局规划。
3 焊装夹具三维结构设计
3.1 车身焊接夹具的设计要求
焊装夹具的基本组成包括定位块、夹紧块、连接块以及支撑座等部分。在进行设计焊接夹具之前，应全面了解被焊接件位于车身的位置所起的作用，车身的焊接过程、焊接夹具的设计注意事项以及其结构特点。车身焊接夹具相关设计要求为：a.根据车间的具体情况，生产设备和工艺以及生产纲领的需求，确定相关焊接夹具的自动化水平以及其复杂程度。b.确保车身各零件有正确的几何形状和相互间的位置关系。c.确保待焊工件在装配焊接过程中可以正常运行，避免发生待焊工件与夹具之间、夹具与夹具之间，夹具与焊钳之间干涉现象的出现。d.结构简单、良好的可加工性与可装配性，制造周期短，成本低。
3.2 焊装夹具的三维结构设计
在具体的结构设计任务开始之前，应该做好充分的准备与调研工作，了解待焊工件在车身中的具体位置、主要作用。
3.2.1基准面高度的确定
在了解被焊工件的位置与作用之后，可以开始这一具体工位焊装夹具的三维数字化结构设计任务。首先应确定基准面的高度，其高度应符合人机工程学，方便操作工人的操作，确保焊钳顺利进出。因此，基准面应处于待焊工件下方，使焊点距地面的高度为750～850mm。工位基准面位于距车身坐标系X平面1145mm的位置。
3.2.2三维结构设计
车身焊装夹具的设计工作属于典型的非标结构设计，但是随着焊装夹具的不断发展，其标准化程度也在不断地提升，大大缩短了产品的设计时间。车身焊装夹具的主要构成元件包括定位块、夹紧块、定位销、压紧臂、支座和夹紧气缸等。a.定位块。定位块和产品数模紧密贴合，为了防止磨损，其材料为45号钢，表面淬火至HRC40-45，发蓝。定位块的压紧面与产品数模完全一致，采用数控加工，压紧面表面粗糙度为Ra1.6，其宽度公差为±0.05，其长度要规范化（两销一钉或两销两钉），在压紧方向上需要加调整垫片。压紧块的设计要求、材料、加工要求、热处理、装配要求等与定位块完全一致。b.定位销。定位销的作用是孔定位，用来保证车身零件在夹具中的空间位置。一个车身零件上要有2个定位销，1个圆形销，1个菱形销。定位销现在已经满足标准化。其材料通常为40Cr，淬火至HRC40-45，定位销的公称直径公差为0/-0.05mm，表面粗糙度为Ra1.6。在设计夹具时，保证定位销超出零件5～7mm，并设计防转卡。在车身焊装过程中，若销的固定位置妨碍了工件的装卸，就必须将销设计成移动式结构，因此，设计中将销全部设计为可移动式的结构。c.压紧臂。压紧臂与压紧块相连，在气缸的压紧作用力下压紧零件。压紧臂板厚为16mm或20mm，上下偏差为+0.1/0mm。压紧臂的形状不固定，视具体位置的情况而定。d.支座。夹具中使用的固定支座与BASE板和定位块等元件相连，是焊接夹具中的基础元件。其主要作用是把焊装夹具按照其车线的空间位置固定在基座上。连接座的底面与立面的垂直度公差为0.05mm/1 000mm，为定位元件的装配准确提供了保证。
3.3 焊钳的选择及姿态模拟
焊接夹具设计完成后，必须能够保证焊接工作的顺利进行。因此，正确的选择焊枪型号，对焊接姿态进行模拟，也是焊装夹具设计工作的重要内容。首先做一条垂直于焊接表面并经过焊点中心的直线，采用CATIA中的捕捉命令，令焊枪的基准轴与所做的直线重合，再调整焊钳的姿态，将其摆放至最合理的位置。
4 結束语
车身焊装夹具的三维结构数字化设计，利用现代CAD/CAM技术，使产品设计走向模块化，标准化，提高了白车身焊装夹具的自动化、柔性化水平，大幅度的减少了新产品上市的周期及制造成本，对于提高国内制造业的竞争力具有举足轻重的现实意义。
参考文献
[1]闫淑亮.当前汽车车身焊装的工艺设计及工装设计探析[J].中国设备工程，2019（01）：152-153.
[2]江志元.汽车车身焊装的工艺设计与工装设计[J].企业技术开发，2017，36（07）：50-51，54.
[3]蔡江.汽车后侧围零件的焊装线设计研究[D].西华大学，2017.
关键词：汽车车身；焊装夹具；三维设计
1 前言
焊装是汽车生产中重要的基本过程之一。焊装工艺的质量对汽车的外形和整体美感有直接影响。近几来，随着汽车工业的发展，对车身技术的需求不断增加。因此，制造商有必要在焊装车身的过程中不断提高设计水平和焊装水平，以满足现代人的需求。
2 车身焊装的工艺设计
在汽车制造的四大工艺（冲压工艺、焊装工艺、涂装工艺、总装工艺）中，每一道工艺都汽车制造质量产生重要的影响。而其中焊装工艺对于汽车产品的外观美观与否有着直接关联，这也是用户接触汽车产品最直接的印象。因此，必须重视车身焊装工艺的合理性与科学性，在有限的资源背景下，提高焊接工作质量，提升焊接工作效率。这就需要工艺设计人员熟悉和了解不同车体车身特性，加强与车身设计人员、内饰设计人员、焊接生产人员的多方沟通，为车身焊装工艺设计科学的可行性方案，保证焊装工艺设计的科学性与先进性。车身的焊装过程实际上是零件的组合或部件组装，然后几个组件或零件形成一个整体。在焊装工作之前，应有详细焊装工艺文件来指导焊装工艺开展，保证每一批次焊装工艺质量，提高焊装效率。焊装工艺设计的焊装工艺卡，是指导焊装工艺装配与焊接的工作依据，同时，针对不同零部件焊装衔接工作，就根据焊装工艺要求、生产设备自动化程度、输送距离等，确定焊接每一道工序的生产时间，从而确保焊接工序科学有序地开展。汽车车身焊装工艺设计的要点主要有：一是焊装工序卡制定：根据车身设计要求，对焊装工艺的每一道工序提出详细要求，并对整个工艺流程中每个部件的装配与焊接顺序提出要求。二是提出满足一中规定的工序内容所需的通用焊接设备清单，清单应包含设备规格、型号和台数等。三是为完成满足产品特殊要求的工序、工步，确定专用设备仪器清单及其规格型号，提出相应的技术条件。四是为了保证焊装工艺满足要求，需重视监督检查，通常情况下，应设立首末件检验，检查和验证焊装工作质量，保证下一工艺或生产工序顺利进行。五是基于上述工艺设计的内容，可绘制出装焊车间的初步平面布局规划。
3 焊装夹具三维结构设计
3.1 车身焊接夹具的设计要求
焊装夹具的基本组成包括定位块、夹紧块、连接块以及支撑座等部分。在进行设计焊接夹具之前，应全面了解被焊接件位于车身的位置所起的作用，车身的焊接过程、焊接夹具的设计注意事项以及其结构特点。车身焊接夹具相关设计要求为：a.根据车间的具体情况，生产设备和工艺以及生产纲领的需求，确定相关焊接夹具的自动化水平以及其复杂程度。b.确保车身各零件有正确的几何形状和相互间的位置关系。c.确保待焊工件在装配焊接过程中可以正常运行，避免发生待焊工件与夹具之间、夹具与夹具之间，夹具与焊钳之间干涉现象的出现。d.结构简单、良好的可加工性与可装配性，制造周期短，成本低。
3.2 焊装夹具的三维结构设计
在具体的结构设计任务开始之前，应该做好充分的准备与调研工作，了解待焊工件在车身中的具体位置、主要作用。
3.2.1基准面高度的确定
在了解被焊工件的位置与作用之后，可以开始这一具体工位焊装夹具的三维数字化结构设计任务。首先应确定基准面的高度，其高度应符合人机工程学，方便操作工人的操作，确保焊钳顺利进出。因此，基准面应处于待焊工件下方，使焊点距地面的高度为750～850mm。工位基准面位于距车身坐标系X平面1145mm的位置。
3.2.2三维结构设计
车身焊装夹具的设计工作属于典型的非标结构设计，但是随着焊装夹具的不断发展，其标准化程度也在不断地提升，大大缩短了产品的设计时间。车身焊装夹具的主要构成元件包括定位块、夹紧块、定位销、压紧臂、支座和夹紧气缸等。a.定位块。定位块和产品数模紧密贴合，为了防止磨损，其材料为45号钢，表面淬火至HRC40-45，发蓝。定位块的压紧面与产品数模完全一致，采用数控加工，压紧面表面粗糙度为Ra1.6，其宽度公差为±0.05，其长度要规范化（两销一钉或两销两钉），在压紧方向上需要加调整垫片。压紧块的设计要求、材料、加工要求、热处理、装配要求等与定位块完全一致。b.定位销。定位销的作用是孔定位，用来保证车身零件在夹具中的空间位置。一个车身零件上要有2个定位销，1个圆形销，1个菱形销。定位销现在已经满足标准化。其材料通常为40Cr，淬火至HRC40-45，定位销的公称直径公差为0/-0.05mm，表面粗糙度为Ra1.6。在设计夹具时，保证定位销超出零件5～7mm，并设计防转卡。在车身焊装过程中，若销的固定位置妨碍了工件的装卸，就必须将销设计成移动式结构，因此，设计中将销全部设计为可移动式的结构。c.压紧臂。压紧臂与压紧块相连，在气缸的压紧作用力下压紧零件。压紧臂板厚为16mm或20mm，上下偏差为+0.1/0mm。压紧臂的形状不固定，视具体位置的情况而定。d.支座。夹具中使用的固定支座与BASE板和定位块等元件相连，是焊接夹具中的基础元件。其主要作用是把焊装夹具按照其车线的空间位置固定在基座上。连接座的底面与立面的垂直度公差为0.05mm/1 000mm，为定位元件的装配准确提供了保证。
3.3 焊钳的选择及姿态模拟
焊接夹具设计完成后，必须能够保证焊接工作的顺利进行。因此，正确的选择焊枪型号，对焊接姿态进行模拟，也是焊装夹具设计工作的重要内容。首先做一条垂直于焊接表面并经过焊点中心的直线，采用CATIA中的捕捉命令，令焊枪的基准轴与所做的直线重合，再调整焊钳的姿态，将其摆放至最合理的位置。
4 結束语
车身焊装夹具的三维结构数字化设计，利用现代CAD/CAM技术，使产品设计走向模块化，标准化，提高了白车身焊装夹具的自动化、柔性化水平，大幅度的减少了新产品上市的周期及制造成本，对于提高国内制造业的竞争力具有举足轻重的现实意义。
参考文献
[1]闫淑亮.当前汽车车身焊装的工艺设计及工装设计探析[J].中国设备工程，2019（01）：152-153.
[2]江志元.汽车车身焊装的工艺设计与工装设计[J].企业技术开发，2017，36（07）：50-51，54.
[3]蔡江.汽车后侧围零件的焊装线设计研究[D].西华大学，2017.