毕业设计（论文）-汽车车身焊装夹具设计.doc

烟台大学毕业设计论文绪论摘要焊接是现代机械制造业中一种必要的工艺方法，在汽车制造中得到广泛的应用，由于点焊、气体保护焊、钎焊具有生产量大，自动化程度高，高速、低耗、焊接变形小、易操作的特点，所以对汽车车身薄板覆盖零部件特别适合，因此，在汽车生产中应用最多。在投资费用中点焊约占75，其他焊接方法只占25。随着汽车工业的发展，汽车车身焊装生产线也在逐渐向全自动化方向发展，为了赶上国际水平，在提高产量的同时，要求努力提高汽车制造质量。众所周知，实现自动化的前提是零件的制造精度要很高，希望焊接变形最小，焊接部位外观要清爽，故要求焊接技术越来越高。我国面临加入wto的机遇和挑战，焊接方面新技术的推广应用对汽车工业的品牌提升有极其重要的作用。关键字 焊接 ； 焊装生产线 ； 自动化summary the welding is in the modern machine manufacturing industry one essential necessity, getting the extensive application in the automobile manufacture, because of the spot welding , the shielded welding ,the rock drill welding has the product in a big way , the automation degree is high, high speed, low consumption, weld the characteristics of transform the small and easy operation, so overlay zero partses to the automobile carriage lamella special in keeping with, therefore, applied in automobile produce at most .the spot welding approximately composes 75，in the investment expenses ,other welding methods only account for 25.along with the development of the automobile industry, the automobile body welds installs the production line also at the time of gradually to full-automatically turning the direction development, for the sake of catching up the international level, at raising the yield, request to work hard to raise the automobile manufacturing quantity .it is known to all, the premise that carry out the automation is the manufacturing accuracy of the spare parts and want to be very high, hoping to weld to transform minimum, weld the part external appearance to want the clearness, so request to weld the technique more and more high .the our country faces the opportunity and challenges of join the wto, the welding aspect new technical expansion application to automobile industry of brand promote to have the very and important function.key word the weld ； the welding installs the production line ； automation第一章 汽车工业概况第一节 世界汽车工业发展概况从1886年德国人卡尔奔驰和戈特利布戴姆勒用四冲程汽油机制成汽车以来,已有一百多年的历史。一百多年来，汽车的发展给人类带了巨大而深刻地变化。汽车以其惊人的产量、卓越的性能和多样的用途渗透到人类活动的各个领域，并以它完美的造型艺术和舒适的内部设施而深受人们的喜爱。汽车已成为世界各国国民经济和社会生活中不可缺少的运输工具，成为二十一世纪改造世界的机器和现代文明的标志。现在全球拥有汽车约5亿辆，其中一亿辆为商用车，4亿辆为私人用车。目前，世界汽车的年产能力近6000万辆，实际年产量为5000万辆。汽车工业已成为美国、日本等工业发达国家国民经济的支柱产业，成为机械工业的核心工业。汽车工业是一个技术密集型产业，也是一个综合性产业。汽车工业的技术状况，在某种程度上代表了一个国家的工业发展水平。一辆汽车约有1.7万个零部件，这些零部件涉及到各行各业。汽车工业的发展，促进了上述产业的发展。此外，汽车产业还促进了销售、金融、保险、维修、运输等第三产业的发展。世界汽车工业是在竞争中得到发展的，这种竞争说到底就是技术的竞争。所以，从事汽车工业的科技人员，要不断的攀登新的科技高峰，以适应这种竞争的环境，为在竞争中求得发展世界各大汽车公司都十分重视新产品的研制与开发，新技术的应用。为此都拥有庞大的技术中心。技术中心的科技人员，专门从事新产品的研制与开发工作。大多数人员负责远景产品的开发和基础技术研究，另一些技术人员则做近期产品的开发工作。目前，计算机技术在汽车设计、实验、和生产制造装配中得到广泛的应用。现在普遍用计算机进行汽车的总布置方案设计，确定整车性能并进行动态模拟实验。生产用图已用计算机绘制，且只需几个星期或稍长的时间，就能将设计意图实现，并提供多种生产用图纸。对汽车车身全盘实现计算机辅助设计和制造。即所谓的cad/cam，大大缩短了计算、绘图时间，提高了设计速度和质量。现代汽车产品还广泛应用电子控制技术，汽车上装配有复杂的机电液控制装置。目前电子控制技术已用于汽车上单个项目的有：电控防抱死控制系统（abs）、电控自动换档、电控无级传动（ectv）、发动机电控喷油系统、电控空调装置等。此外，一些大型的汽车公司还在研究智能汽车。用电脑控制汽车在道路上行驶的所有驾驶参数，实现不同的驾驶模式。同时，各大汽车公司还在进一步提高和改进汽车的性能，减轻汽车的自重，实现汽车小型化，使用新的材料、工艺制造汽车。研究新型发动机及燃料，减少资源的消耗，降低排放污染，研制开发零排放的电动汽车，并进一步提高汽车行驶的安全和可靠性。第二节 我国汽车工业发展我国的汽车工业已获得了飞速发展。解放前，我国没有汽车制造工业。1953年长春第一汽车制造厂动工兴建，1956年制造第一辆解放牌汽车。改革开放以前，我国汽车工业主要是生产制造中型载货汽车。改革开放以后，汽车工业有了一个突飞猛进的发展，逐渐改变了过去“缺轻少重无微”的、极不合理的汽车产品结构，并打破了汽车产量徘徊不前的局面，1993年汽车年产量首次突破百万大关，达到112.65万辆，一举跃入世界汽车年产量超百万辆的国家行列。产品结构也有了极大的变化，微、轻、重型货车、轿车、大客车、越野车、农用车等各种专用汽车也得到了很大的发展。在技术装备上也有较完备的生产制造、装配、焊接、冲压、电泳漆生产线，检测设备也较完备。但总的来说，我国汽车工业仍然存在着投资分散，生产规模小、产品落后的状态。为把我国汽车工业尽快建设成国民经济的支柱产业，需进一步增强企业开发能力，提高产品质量和技术装备水平，促进产业结构的合理化，实现规模经济。为此，1994年2月我国制定了“汽车工业产业政策”，通过对产业政策的事实，使我国汽车工业在上世纪末打下坚实的基础，并使我国汽车工业到2010年真正成为国产品的销售状况，产业政策还指出，要逐步改变行政机关、团体、事业单位及国有企业为主的公款购买、使用小汽车的消费结构，国家鼓励个人购买汽车。这对改变我国轿车消费结构和生产规模将起到重要的促进作用，从而使我国轿车工业出现生机勃勃的景象。第三节 我国汽车工业与发达国家的差距及对策我国汽车工业被确定为国民经济的支柱产业后，不断发展壮大，取得了很大的成绩，整体水平有了很大的提高，其产量2000年突破200万大关（206.91万辆）。2001年233.44万辆，2002年325万辆，超过韩国，已达到世界第五位。但同工业发达国家和我国经济发展对汽车工业的要求相比，仍有相当大的距离。突出表现为：1.产品技术水平不高，缺乏自主开发能力；2.投资较为分散，产值和劳动生产率低；3.制造工艺落后，成本高。昔日，轿车是企事业领导乘坐的公车。如今，轿车驶入寻常百姓家。据统计，截至2001年底，中国私有汽车保有量768.8万辆，私有汽车保有量占总保有量的42.66%。中国这个巨大的市场引得国外汽车厂商纷至沓来，到目前为止，世界前十位汽车巨头悉数到达中国市场。 就在8年前，人们还抱怨中国汽车工业厂点太多、批量太小，不符合汽车工业的效益规律。如今，汽车企业兼并重组如火如荼。一汽、东风、上汽三大集团生产集中度不断提高，2001年三大集团利润总额117.54亿元，占盈利企业盈利额的88.74%。是什么使中国汽车工业的变化如此之大？最重要的因素就是中国经济持续发展，汽车市场迅速扩张。近几年来，中国经济步入良性发展轨迹，gdp每年以7%以上的速度增长，经济的发展、生活的改善，使一部分消费者开始步入“汽车时代”，而汽车消费环境的逐步改善也无疑为汽车工业的飞速发展添了一把火。汽车工业的一些关键技术如车身开发设计、模具的开发制造、车身焊装生产线的开发及制造，还主要依赖进口，高附加值的关键设备还是由外商控制。80年代开始，在国家的支持下，我国汽车行业以极大的努力和巨额资金引进国外先进的设计制造技术和装备，使汽车工业已初具规模，产品的质量和水平有了很大的提高。但大多数情况下，企业引进设备后，注重的是利用、生产，创造效益；即使是合资公司，关键技术和主要利润大多数掌握在外资方，长期以来，汽车国产化方面强调的是汽车零部件的国产化。这种技术引进有利也有弊。首先，技术受到限制。知识产权是人家的，产品开发受人控制，难以形成自主开发能力，要提高产品的档次和水平，就要不断的引进，耗费大量的资金还是外国的汽车占据了国内市场。但引进技术的同时，必须进行消化吸收。要赶上当代世界先进水平，必须走自主开发、自主销售、自主发展的道路。第二章 汽车车身焊接基础第一节 车身焊接原理焊接和实质焊接是两个或两个以上的金属零件之间不可拆卸的联接方法之一，其实质是利用局部加热或加压的办法，使被连接处的金属熔化，促成两金属的原子相互渗合并接近到0.30.5nm的金属晶格距离，完全依靠原子间的结合力把两个分离的金属构件连接起来。在焊接过程中,一般都是把局部加热到熔化温度以上然后冷却结晶凝固，它经历加热 熔化 金属冶金反应 结晶 固态相变 形成接头等几个过程，又是一个复杂的冶金反应、材料热处理及变形应力的产生过程。第二节 焊接应力与变形的预防与矫正影响焊接应力与变形的因素，主要是两个方面：第一是焊缝附近不均匀加热的范围和程度，也是产生热变形的范围和程度。第二是焊件本身的刚度以及受到周围边界约束的焊接，即阻止焊缝及其附近加热所产生热变形的程度。这两方面作用的结果决定了焊缝附近塑性变形区的大小和分布，也决定了残余应力与残余变形的大小。人们可以从设计和工艺两方面来采取减小焊接应力与变形的措施。一、设计措施（一）尽可能减少焊缝的数量，避免不必要的焊缝；（二）选择合理的焊缝尺寸和形状；（三）合理选择结构形式和安排焊缝位置；（四）避免焊缝布置得过分集中。二、工艺措施（一）焊前将结构或部件装配成具有与焊接变形相反方向的预先反变形，反变形应该能抵消焊后形成的变形；（二）对于刚性小的结构，可以采用夹具支承夹紧的方法，增加结构要焊接时的刚性，达到减小焊接变形的目的；（三）选用合理的焊接方法和规范，可以减小变形量；（四）选择合理的装配焊接顺序，即把结构适当地分成部件，分别装焊接，使不对称的焊缝或收缩量较大的焊缝在焊接过程中能比较自由地收缩而不影响整体结构，然后再拼焊成整体，这样有利于控制变形。采用机械或加热的预拉伸，使薄板预先得到拉伸，然后在张紧的薄板上装配焊接骨架，可有效防止变形。第三节 汽车车身常用焊接方法车身焊装过程中应用最多的是电阻焊，一般占整个焊接工作量的60以上，有的轿车车身几乎全部采用电阻焊，高级轿车还采用粘接点焊方法。电阻焊是所有焊接方法中焊接效率最高的一种，适用于大量生产，在薄板焊接方面使用最广。在汽车后轮罩的焊接中焊接方法用的最多的是点焊和螺柱焊，下面就主要介绍一下这几种焊接方法。一、点焊点焊是一种高速、经济的连接方法，它适用于焊接搭接头、接头气密性要求低、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板件，因此广泛用于汽车车身的焊接。（一）点焊方法：点焊按一次形成的焊点数，可分为单点焊和多点焊：按对焊件的供方向，可分为单面点焊和双面点焊。典型的点焊方法如图2-1。最常见的点焊方法是双面点焊（电极从工件两侧供电），尤其是双面点焊，在车身焊接中运用最多，这时工件的两侧均有电极压痕。单面点主要用于电极难以从两侧接近工件或工件一侧要求压痕较浅的场合，如汽车车身外表面或装饰面板的点焊，此时，一侧是电极，另一侧是接触面积较大的导电板，可以消除或减轻下面的压痕，在汽车车身大量生产中，单面多点焊也获得广泛应用，图3-3c所示为使用一个变压器将各电极并联进行双面多点焊，为了保证通过各焊点的电流基本一致，要求所有电流通路的阻抗基本相等，且每一接部位的表面状态、材料厚度和电极压力都须相同。为了避免各焊点处因阻抗不等使焊接质量不良，常采用各电极变压器分离式。图2-1 典型的点焊方法（二）焊点质量的一般要求焊点质量不仅取决于焊点尺寸，还与焊点表面与内部质量有关。焊点在外观上要求表面压坑线，平滑呈均匀过渡，无明显凸或局部挤压的表面鼓起，外表面没有环状或径向裂纹；表面不得有熔化或粘附的铜合金。从内部看，焊点形状应规则、均匀，焊点尺寸应满足结构强度的要求；内部无超标的裂纹和缩孔；焊点核心周围无严重过热组织。焊点尺寸主要焊点直径，焊透率和表面压坑深度等。如表2-1表2-1 焊点尺寸其中，焊点直径d是影响焊点强度的主要因素，它与焊点强度近似成正比关系，d的大小可根据焊件厚度和对应接头强度的要求选取。例如:点焊0.81mm厚的覆盖件时，焊点直径可取4-6mm；焊透率a表示焊点高度，可在20%-80%范围内，当焊透率过小，强度也低，熔核接近焊件表面，易出现飞溅，裂纹。压痕深度c不仅影响接头强度，而且影响表面外观质量，一般不得超过板厚的15%20%。焊点间距e的选择要考虑分流的影响以及保证得到足够高的强度。搭接量是边距与点距之和，即e+2s，它取决于被焊接金属的种类、厚度和焊接条件。常用于车身冲压件材料和低碳钢的焊接接头最小搭接量及最小点距。二、螺柱焊螺柱焊是金属螺柱等紧固件焊于工件上的焊接方法，它是焊接紧固件的一种快速方法，不仅效率高，而且可以通过专用设备对接头质量进行有效的控制，能够得到全断面熔合的焊接接头，从而保证接头的导热性、导电性和接头强度。在汽车车身零件组焊过程中，常常种用螺柱焊在一些小零件上焊接安装汽车附件用的紧固件。广泛使用的螺柱焊方法主要有电弧螺柱焊和电容螺柱焊，它们都是利用直流焊接电源来产生电弧。由于电容放电螺柱焊焊接熔深小，比较适用于焊接汽车仪表板等薄板上的紧固件，为了获得最佳焊接质量，设置与零件曲面相适应的导向保护套圈对焊枪进行导向。电容放电螺柱焊是利用一组储能电容器的直流焊接电源不产生电弧。焊接时，首先要螺柱与工件之间引燃电弧，使螺柱端面和相应的工件表面被加热到熔化状态，达到适宜的温度时，将螺柱挤压到熔池中去，使两者融合形成焊缝。为了减少熔融金属被氧化的程度和防止螺柱插入前焊缝金属发生凝固，应调好定时使螺柱在电容器能量未全部放完和电弧仍在燃烧时插入熔池，以确保接头质量。预留间隙式电容放完电螺柱焊的焊接过程是在焊接前将螺柱从工件表面提起一定距离时就开始按下启动焊接开关，螺柱与工件间加上了放电电压后，在焊枪加压机构作用下螺柱开始向工件运动。当它们接触时电容放电将小凸端熔化从而产生电弧。由于预留间隙法的螺柱下降运动早在小凸端熔化前开始，因而它的焊接时是更短。三、电阻焊（一）点焊 主要用于车身总成、地板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等。（二）多点焊 用于车身底板、载货车车厢、车门、发动机盖和行李箱盖等 。（三）凸焊及滚凸焊 用于车身零部件、减震器阀杆、制动蹄、螺钉、螺帽和小支架等。（四）缝焊 用于车身顶盖雨檐、减震器封头、油箱、消声器和面油盖等。（五）对焊 用于钢圈、排进气阀杆、刀具等。四、电弧焊（一）co2保护焊 用于车箱、后桥、车架、减震器阀杆、栋横梁、后桥壳管、传动轴、液压缸和千斤顶等的焊接。（二）氩弧焊 用于机油盘、铝合金零部件的焊接和补焊。（三）焊条电弧焊 用于厚板零部件如支架、备胎架、车架等。（四）埋弧焊 用于半桥套管、法兰、天然气汽车和压力容等。五、特种焊（一）摩擦焊 用于汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆和随车工具等。（二）电子束焊 用于齿轮、后桥等。（三）激光焊割 用于车身底板、齿轮、零件下料及修边等。六、氧乙炔焊用于车身总成的补焊。七、钎焊用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接。第三章 设计平台简介本次设计用的是三维设计软件ug，该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能，而且，在设计过程中可进行有限元分析、动力学分析和仿形模拟，提高设计的可靠性。同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品和加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。具体来说，该软件具有以下特点：具有统一的数据库，真正实现了cad、cam、cae等各模块之间的无数据交换的自由切换，可实施并行工程。采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。用基于特征（如孔、凸台、型胶、槽沟、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，类似于工程师传统的设计方法，并能用参数驱动。曲面设计采用非均匀有理b样条作为基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型。出图功能强，可十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。能按iso标准和国标标出尺寸、形位公差和汉字就明等。并能直接对实体做旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切生成各种剖视图，增强了绘制工程图的实用性。第一节、 ug的功能模块ug 的各项功能是通过各项功能模块来实现的，用不同的功能进入模块，来实现不同的用途，从而支持其强大的unigraphics三维软件。一、ug/gateway （入口）本模块是ug个模块的入口,打开ug软件是系统自动进入本模块.本模块支持一些关键性操作,如打开存在的ug文件、创建新的文件、保存文件、绘制工程图、导入导出不同格式的文件等.应用application 菜单可以进入其他模块,也可通过菜单退回到入口模块。二 、cad模块本模块包括了ug/solid modeling(实体建模)、ug/features modeling (特征建模) 、ug/freefrom modeling (自由形状建模) 、ug/assembly modeling (装配建模)等基本模块,这些模块一起构成了ug软件的强大的计算机辅助设计功能。三、ug/solid modeling (实体建模)本模块将基于约束的特征建模和显示几何建模方法结合起来，并提供了强大的“复合建模工具”，用户可以建立传统的圆柱、立方体等实体，也可以建立面、曲线等二维对象，同进还可以进行拉伸、旋转以及布尔运算等操作。通过各对象搭建成结果实体。（一）ug/features（特征建模）本模块提供了基于约束的特征建模方式，利用工程 特征定义设计信息提供了，多种设计特征，如孔、槽、型腔、凸台等。所建立的实体特征可以参数化定义，其尺寸大小和位置都可以编辑，大大方便了用户的操作，特别是对所建立的实体进行修改的时候。（二）ug/freeform modeling (自由形状建模)本模块用于建立复杂的曲面模型，提供了沿 曲面扫描、蒙皮、将两个曲面光滑的连接、利用点 或网格构造曲面等功能，利用这些可以建立如机翼、直气道等复杂的工业产品。（三）ug/assembly modeling （装配建模）本模块模拟实际的机械装配过程，利用约束将各零件图装配成一个完整的机械结构。本模块提供了并行的、自上而下和自下而上的装配方法。在装配过程 中还可以进行零部件的设计和编辑。同时装配以后各零件之间还保持知联性，这种体系结构和装配方法，允许构件非常庞大的产品结构。四、cam 模块本模块包括ug/cam base(cam基础模块) 、ug/postprocessing(后处理模块) 、ug/lathe (车加工模块) 、ug/core & cavtiy milling（芯和型腔模块）、ug/fixes-axis milling (固定轴铣模块) 、ug/flow cut (顺序铣模块) 、ug/wire edm (线切割模块)等基本模块，这些模块构成了本软件的计算机辅助制造功能。五、cae模块本模块包括了ug/mechanism (机构学) 、ug/scenario for structure (有限元分析)等基本模块，这些模块构成了ug软件的计算机辅助工程功能。六、 ug的其他模块除了以上介绍的常用模块外，ug还有其他一些功能模块。如、用于钣金设计的板金模块（ug/sheet metal design）、用于管路设计的管道与布线模块（ug/routing、ug/harness）、供用户进行二次开发的，有ug/open grip、ug/open api和 ug/open+组成的ug开发模块(ug/ppen)等等。以上各种模块构成了ug的强大功能。第二节、草图功能设计中应用最多的还是ug的二维草图特征。草图是与实体建模相关联的二维图形，一般作为三维实体模型的基础。该功能可以在三维空间的任何一个平面内建立草图平面，并在该平面内绘制草图。草图中提出了“约束”的概念，可以通过几何约束与尺寸约束控制草图中的图形，可以实现与特征建模模块同样的尺寸驱动，并可以方便的实现参数化建模。应用草图工具，我们可以绘制近似的曲线轮廓，在添加精确的约束定义后，就可以完整表达设计的意图。建立的草图还可用实体造型工具进行拉伸、旋转等操作，生成与草图相关联的实体模型。修改草图时，关联的实体模型也会自动更新。采用草图可以很方便的修改设计，因为草图特征就像三维特征一样，是参数化可以修改的。在以下情况之下我们就可以使用草图设计二维轮廓：截面线形状复杂，但又需要参数化。截面曲线和引导线具有潜在的修改性，例如截面曲线可能在设计中修改截面曲线的参数化定位，曲线相对于零件可能需要重新定位。体素特征和成形特征不能满足设计要求时。第三节、装配功能ug装配过程指是在装配过程中建立部件之间的链接关系.它是通过关联条件在部件间建立约束关系来确定部件在产品中的位置.在装配中,部件的几何体是被装配引用,而不是复制到装配中.不管如何编辑部件在何处编辑部件整个装配部件保持关联性,如果某部件修改,则引用它的装配部件自动更新,反映部件的最新变化.一、 装配的概念ug装配模块不仅能将零部件快速组合为产品,而且在装配中,可参照其他部件进行部件关联设计,并可对装配模型进行间隙分析、重量管理等操作.生成装配模型后,可建立爆炸视图,并可将其引入到装配工程 图中,同时,在装配工程图中可自动生成装配明细表,并能对轴测图进行局部挖切.零件之间的引用和链接关系，形成装配模型。虚拟装配采用了很多的先进技术：将零件放在不同的文件中以减少装配存储量；以主模型为基础保持几何相关性和零件的自动更新；采用引用集简化显示模型信息；参数化约束零件之间的定位关系；建立装配结构树便于装配的各种操作。装配设计方法分为3种：（一）自底向上方法：从底层逐步向上装配，将每个零件加入到装配体中，这些零件已经设计完成，例如标准件，已储存的零件等。（二） 自顶向下方法：在顶层产生一个装配，建立装配结构，逐步向下添加零件或设计几何，产生子装配或部件，这种设计方法更符合设计人员的习惯，即从装配到零件的设计。（三） 设计方法：在装配结构中，利用装配树中其他部件的信息设计零件几何。零件设计好后必须装配才能形成产品，建立装配结构是将零件按一定的层次结构组织在一起。建立装配结构，选择applicationassemblies,定制子菜单。常用的子菜单有：加入存在的零件，生成新部件，生成阵列，替换部件，部件重定位等等。设计中用到的是自底向上的设计：加入存在的零件。这种方法是先设计好零件几何，再将零件加入到装配体中，实际上是建立装配体与零件的一个引用关系，即将该零件作为一个节点链接到装配体上。在装配过程中用户可以预览要装入的部件是否是所需的部件，系统会在屏幕的右上角开一个预览窗口，在这个窗口中，用户可以像图形区的窗口一样观察部件。在装配中，两个零件之间的位置关系可以分为约束和非约束关系。约束关系实现了装配级参数化，部件之间有关联关系，当一个部件移动时，有约束关系的所有部件随之移动，始终保持相对位置，约束的尺寸还可以灵活改动。非约束关系仅仅是将部件放置在某个位置，当一个部件移动时，其他部件并不随之移动。装配约束菜单为assembliescomponentsmake component。第四章、汽车身焊装夹具设计第一节 焊装夹具简介一、焊装夹具的分类（一）装配用夹具这类夹具主要是按车身图纸和工艺上的要求，把焊件中各零件或组件的相互位置能准确地固定下来，工件只在它上面进行点固，而不完成整个焊接工作。（二）焊接用夹具这类夹具专门用来焊接焊件，即将已经点固好的焊件放在它上面完成所有焊缝的焊接。它的主要任务是防止焊接变形，并使处在各种位置的焊缝都尽可能地调整到最的利于施焊和位置。一般这类夹具用于焊件重量大或采用自动焊进行焊接的情况，在手工操作小件焊接时，除有特殊质量要求外，一般不采用这类夹具。二、焊装夹具的功用（一）提高了产品装配精度，优化产品质量采用焊装夹具可以精确地对零件进行定位并牢固的夹紧，保证装配件的相对位置，减少了由于人工划线的误差带来的定位不精确。同时焊装夹具在焊接过程中使零件的变形受到一定的限制，可以大大减少焊接变形，使焊接后零件的结构尺寸容易达到图纸要求。（二）缩短焊装时间，能够批量生产，减少加工费，降低产品成本采用了焊接夹具，零件由定位元件定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，加快了装配作业的进程。另外焊装正副代表夹具上备有扩力机构牢固夹紧，可减轻工人的体力劳动，提高装配效率，夹具可强行夹固焊件或预先给予反变形，能控制和消除焊接变形，提高焊接质量，减少或取消焊后矫正变形或修补工艺缺陷的工序，使整个主品的生产周期缩短。虽然制作焊装夹具增加了产品成本，但焊装夹具的使用减少了装配和焊接工时的消耗，提高了产量，易形成大批量生产，从而减少加工费用，使产品总成本降低。（三）增加了产品的均匀性，能得到具有互换性的产品采用焊装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，使焊接质量稳定，所以可提高焊件的互换性能。（四）减轻了工人劳动强度，使不熟练工人操作也成为可能如果不使用夹具，在装配定位焊接时，要求工人在生产节拍时间内划线来保证装配焊接零件的相互位置是不可能的。在焊接时，装配钳工要始终扶持住工件，保证其位置在焊接过程中不发生变动，这项工作也非常困难和疲劳。焊装夹具的使用降低了对工人的技术要求，也减少了工人的劳动强度。三、焊装夹具设计要求（一）焊装夹具必须保证焊件焊接后能获得正确的几何形状和尺寸，尤其是保证车身上门窗等孔洞的尺寸和形状。在装配时，夹具必须使被装配的元件获得正确的位置和可靠的夹紧，并且在焊接时能阻止焊件产生变形。（二）焊装夹具应动作迅速，操作方便。操作位置要处于工人容易接近最容宜操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设计在工人最易用力的部位。当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。（三）焊装夹具的设置应便于施工，有足够的装配焊接空间，不能影响间接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊点保持适当距离，或布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够或转位。（四）夹紧可靠，刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，以及焊件的表面质量。夹紧力适当，使夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束过大而产生较大的应力。（五）为了保证使用安全，应设置必要的安全互锁保护装置。（六）用于大型零件焊接的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具的刚度，对结构的形状精度尺寸精度影响较大。（七）在同一个夹具上，定位元件和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。（八）焊装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率，尽量使制作时投资少成本低。（九）尽量选用已通用化标准化的夹紧机构及标准零部件来设计制造焊装夹具。第二节 焊装夹具机构分析由于汽车产品的形式和种类繁多，在焊装过程中使用的夹具种类和要求也不一样，因而各种夹具在构造上有着很大的差别。目前，汽车焊装夹具还没有统一的规格和标准化，均属于非标设计与制造的工艺装备，是根据具体车型的结构特、生产条件和实际需要来进行设计与制造的，但其功用要求以及基本结构的组成上还是具有共性。由于车身形状复杂，大多是曲面结构，刚性差，易变形，因而车身焊装夹具在结构上有别于其它夹具，其主要特点如下：一、车身焊装夹具设计采用过定位原则因为车身零件一般为弹性体，刚性差，易变形。尤其是当零件尺寸较大时，刚性更差，这些零件在其自身重量作用下都难以保证其准确的形状，单纯采用六点定位原则定位，无法保证其位置和形状，因而需要采用工件表面或型面进行定位的方式定位，即在焊点附近均需设置定位面，增加其刚性，其定位点的数量和位置会影响夹具的功能和焊件的质量。车身焊装夹具的六点定位原理加过定位原则是区别于其他夹具的最主要特点。二、焊装夹具定位面的形状复杂，精度要求高，设计制造难度大因为车身冲压件大多为空间曲面，这就要求夹具定位元件的工作表面必须与车身上相应的定位表面保持一致，这样才能在焊装进程中保证车身的外形。因而定位件的定位表面大多是型面，而且其布置亦具有空间位置特点。在夹具中定位的表面往往是取车身各重要部位的断面，因而焊装夹具定位件的工作表面只有用仿形或数控设备加工，才能使其获得准确的形状。焊装夹具结构应尽量小巧，具有良好的开放性，由于整个焊装过程是把许多个小零件按顺序逐个在夹具上定位和夹紧，待定位焊接完后形成一个整体，这时从夹具中取出的是已经连成整体的车身焊接件，其形状复杂，尺寸增大，重量增加，从焊装夹具上卸下的给难度也增加。因此焊装夹具的结构应使工件装卸方便，使工人操作方便，焊枪容易接近工作处，同时又要防止各相邻夹具之间发生干涉。装配调整工作量大由于车身零件外形尺寸大，定位元件很难做成整体结，都是由一个个定位板构成车身表面的空间形状，这就是使得装配时的调整工作量增大。车身焊装夹具的定位尺寸是否正确，要以焊件脱离夹具后，即在无拘束条件下的检验尺寸是否合格为依据。也就是说，焊接夹具的定位是由产品图纸尺寸和相应的焊接变形收缩量共同决定。这就必须经过检验时接样件，多次反复精调夹具，使定位尺寸达到稳定。三、定位基准的选择由于车身焊装夹具主要用来保证车身各零件的相对位置精度和整体车身结构的形状精度，其定位基准尽量采用图纸上已有的孔，或者在设计时已考虑工艺由于车身焊装夹具主要用来保证车身各零件的相对位置精度和整体车身结构的形状精度，其定位基准尽量采用图纸上已有的孔，或者在设计时已考虑工艺的需要而事先确定的定位孔或定位面。原则上优先选择平面，尽量避免选择曲面，降低其制造难度和成本。由于生产批量大，分散装配程度高，为了保证互换性，要求同一构件的组合件、分总成，直至总成的装配基准一致，并与设计基准重合。定位基面的加工精度为了使零件可靠定位，夹具中的主要定位件装配基面必须经过较精确的加工，并在一定时期内保持其尺寸精度，严重磨损后应及时更换或调修。四、定位元件与夹紧元件的合理匹配在焊装夹具中的定位件与夹紧件分工明确，定位件提供相应的装配基准并与被定位的零件的定位面相匹配。件的设置仅仅提供了可靠定位的必须条件，而被定位的零件能否真正可靠的实现空间定位，往往要有夹紧元件的有力配合。但是，夹紧元件本身在夹紧操作过程中是运动的，其工作面并不是定位装配基准，所以夹紧元件应该与定位元件配 使用，组成定位夹紧元件。58- 58 -第三节 焊装夹具工艺方案设计轿车车身是由上千个冲压件、近5000个焊点焊装成一个整体，每个零件之间的连接必须在三维空间中依靠焊装夹具定位，零件与零件连接形成一个整体车身。每一个零件的连接精度，都是由焊装夹具来保证，它是直接影响到功能部件，如发动机、转向器、变速器等的安装精度和性能。重要的外形部件，如保险杠、车门、发动机盖、后箱盖、前后灯等的安装平顺性，都与车身沓装形位精度有直接的关系。在进焊装夹具设计之前，首先需要根据车身零件的形状、焊装工艺、焊点位置及数量来设计夹具的工艺方案，即设定焊装过程中夹具的定位基准信定位基准的形态。定位基准：基准是指某些点、线、面的组合，借以确定零部件中相关点、线、面的位置。夹具的定位基准是为了使焊好的车身组件、分总成件、总成件的位置与车身产品设计图纸、冲压成形零件的形状尺寸、车身测量数据在、方向上一致，所设定的焊装夹具的位置。合理选择夹具的定位基准，可以简化焊装工艺和夹具结构，并且容易保证车身零 件的装配焊接精度和质量。选择夹具定位基准时，应尽量使其与车身零件设计基准相统一，减少因基准不重合带来的误差。一、定位基准的种类和功能(一)定位基准面定位基准面有主基准面和副基准面两种。主基准面是为了保证被焊件的准确定位。主基准面应该尽量设定在保证零件形状精度和刚怕的位置上，而且数量尽可能少，一般主基准面为不可调整的形式，用表示。副基准面是为了校正零件、辅助焊接过程或辅助焊接设备而设定的，它能约束零件的扭曲和回弹、使零件保持形状不变、校正和约束焊接变形，是焊接工装结构上必要的基准，它设计成可调整的形状。（二）定位基准孔定位基准孔也有主基准和副基准两种。主基准孔的作用是固定被焊零件，它用圆柱销约束零件的两个方向，在保证可靠定位的前提下主基准孔的数量应尽可能少。副基准孔的作用是防止被焊零件的回转，它可以用圆柱销或菱形销定位，一般选择零件上的长孔作为副基准孔，用菱形销约束零件的一个方向。（三）定位基准端定位基准端也有主基准和副基准两种。主基准端使被焊零件准确定位，它确定一个方向的位置，不可调整，用 表示。副基准端是为了辅助焊接过程或焊接设备而设定的，它是约束焊接变形和焊接时两个零件错位的基准，设计成可调整的形式。二、定位基准的优先顺序（一）车身零件的制造工艺，定位基准确定的先后顺序为总成分总成 组件 零件。因为如果装配件的定位基准不确定，则不可能正确评价和确定零部件的精度，也无法决定零部件的准确修正方向。同时为了使车揣零件在制造过程中的变化要素最小，需要把含有更多变化要素的装配件上的定位基准首先确定。（二）为了确定车身零部件的位置，需要基准孔、基准面和基准端的组合，但是在同一方向上约束时，采用基准面、孔、端的顺序不同，考虑车身零件的形状，定位基准选择的先后顺序为基准面 基准孔 基准端。这是因为冲压零件的成形顺序是先拉延后冲孔，先选基准面再选基孔定位与零件的成形顺序保持一致；优先选用基准面可以使相邻零件的贴合面累积误差最小，也容易补偿刚性不足的零件形状，而且如果基准孔的位置和孔间距不准确会造成被焊零件的位置不稳定。三、定位基准位置的选定方法夹具定位基准的选定必须以冲压件零件图、装配焊接后的给件图、车身焊装工艺流程和工艺方案、车身装配公差要求以及基本车型的有关资料为依据。其选用方法为：夹具定位基准面的厚度一般为16mm，只有地板框架处夹具定位基准面的厚度选用19mm。为了便于夹具设计与检测，定位基准面尽量选在与车线平行的位置，且与车线之间的距离为整数；若定位基准的位置与车线倾斜，则从车线处标注尺寸和角度。第四节 定位元件在装配焊接作业中，零按图纸要求，在夹具中得到确定位置的过程称为定位。定位元件是保证零件在夹具中获得正确装配位置的零件和部件。车身焊装夹具的定位元件主要由定位销、定位块和导向块三种结构组成。一、定位销它是靠圆柱面与工件的定位基准孔接触进行定位的 。在汽车车身装配焊接中，一般采用两个定位销限制零件的五个自由度，若零件是对称结构，由采用对称的两个孔定位。若零件外形尺寸较大，则采用件上对角两个孔定位。为定位方便，其中一个采用圆柱销，另一个采用菱形销。二、定位块定位块是焊装夹具中直接与零件表面接触的部件，也叫支承块。它的形状和尺寸精度直接影响了车身的焊接质量和装配精度。三、导向块导向块是一种辅助定位件，它主要用于限制大零件的外轮廓尺寸，设置在断面的末端，引导大型零件速准确定位，根据导向精度要求不同，可设计为精度导向块和一般导向杆。第五节 夹紧机构在焊接作业中，使零件一直保持确定位置的过程叫夹紧。使零件保持确定位置的各种机构，称为夹紧机构。夹紧机构对焊件起夹紧作用则夹具组成中最重要最核心的部分。一、夹紧力大小和方向的确定在进行焊装夹具设计计算时，首先要确定装配焊接时所需夹紧力，然后根据夹紧力的大小和方向、被焊接零件的结构、夹紧点的布置，安装空间的大小等来选择夹紧机构的类型和数量。夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面，以保证零件定位稳定，变形较小。当夹紧力的方向与重力方向一致时，可使夹紧力最小。选择夹紧力的作用点时，主要应当考虑工件夹紧时要稳定、变形最小。所以夹紧力的作用点应落在定位件上，应尽量选在零件刚性最好的部位上，以减少夹紧变形。二、夹紧机构（一）手动夹紧机构手动机构是以人力为动力源，通过手柄或脚踏板，靠人工操作用于焊装作业的机构。它结构简单，具有自锁和扩力性能，但工作效率较低，劳动度较大，一般在单件和小批量生产中应用较多。由于车身焊装夹具的夹紧点较多，为减少装卸工件的辅助时间，应采用高效快速或多点联动的夹紧机构，而且要求动作灵活，操作方便，体积小，行程大，夹紧时不损伤车身零件的外表面。在车身焊装夹具中使用的手动夹紧器主要有杠杆铰链式夹紧器，同时移动式的螺旋式夹紧器和大力钳也常应用在随处可夹的场合，它灵活、方便。下面就着重介绍一下杠杆铰链式夹紧器。1.杠杆铰链式夹紧器的特点是有一定的自锁性，夹紧力随铰链倾角的大小而变化，夹紧和松开动作迅速，压板开量大，它能方便地安装在夹具体的任何位置，其上连接夹紧头。2.杠杆铰链夹紧器的结构分析摇杆机构，双曲柄机构，双摇杆机构，或者基本型的演化型：曲柄滑块机构，杆obc在一条直线上，也就是铰支点o,a,b 共线时，夹紧杠杆oad将工件夹紧，此时机构处于自锁状态，只有对手柄杠杆obc施加外力产生力矩，才能破坏机构自锁，使夹紧机构oad松开。这种机构常用于车身焊夹具的手动定位夹紧单元中。直动滑杆机构。根据 机构学的运动分析得知，杠杆铰链式夹紧器机构出现自锁的位置是铰链四杆机构出现“死点”的位置，即从动点与连杆共线。（二）气动夹紧机构气动夹紧机构是以压缩空气为传力介质，推动气缸动作以实现夹紧作用的机构。由于气动夹紧机构的夹紧速度快，夹紧力比较稳定，操作简单，不污染环境，并可实现程序控制，容易实现机械化和自动化，在批量和大批量汽车焊装生产线上广为应用。通过气动回路控