轿车前门内板焊装夹具设计.doc

本科学生毕业设计 轿车前门内板焊装夹具设计 系部名称 汽车与交通工程学院 专业班级 车辆工程 B07 2 班 学生姓名 姜岩 指导教师 石美玉 职 称 教授 黑黑 龙龙 江江 工工 程程 学学 院院 二 一一年六月 The Graduation Design for Bachelor s Degree Design of Automobile s Front Door Inner Panel Welding Installation Fixtures Candidate Jiang Yan Specialty Vehicle Engineering Class B07 2 Supervisor professor Shi Meiyu Heilongjiang Institute of Technology 2011 06 Harbin I 摘 要 焊装是汽车制造的四大工艺之一 焊装生产系统的快速高效建造是汽车制造业快 速响应市场需求的重要条件之一 夹具在汽车焊装线上占有相当大的比例 它的设计 制造精度和进度直接影响汽车的制造精度和生产周期 以车门为例 车门内板的焊装质量更直接地影响整个车身的装配精度 这只能用 合格的焊装夹具来解决 针对轿车前车门内板焊装夹具的设计任务书 研究了车门的 结构和装配特点 制定了焊装生产系统的工艺流程 根据汽车焊装夹具的设计原理及 焊装精度控制方法 系统的进行了轿车前门内板焊装夹具的设计 通过对车门内板焊 装工艺的分析 设计了基板 安装板 连接板 定位元件 夹紧机构 旋转机构 合 理的选配了气缸 L 型板 圆柱销与菱形销 利用零件本身冲压出来的凸台和凹坑进 行定位 气动夹紧机构进行夹紧 完成了门窗加强板 防撞杆 车门内板三个件焊装 夹具的总体设计 关键词关键词 车门内板 焊装夹具 连接板 夹紧机构 防撞杆 II ABSTRACT Welding assembly is one of the four techniques used by automotive manufacturing industry Effective and rapid development of its production system means one of important conditions for the industry s quick satisfaction to market demand Clamps are extensively used in the welding assembly its precision and progress can directly affect automotive manufacturing precision and production period The door for example the welding quality of inner door panels directly affects the entire body s assembly accuracy which only can be resolved by qualified welding fixture Based on the assignment of the design of automobile s front door inner panel welding installation I researched the vehicle structure and assembly characteristics and established welding installation production system s process According to the principle of designing automobile and the method of controlling welding assembling accuracy automobile s front door inner panel welding installation was systematically designed After analyzing the welding process of door inner plate designing substrate install board connection board positioning original clamping institution rotating mechanism I choosed the appropriate cylinder L board cylindrical pin and diamond pin Positioned by pits and bosses on the parts stamped by their own and clamped by pneumatic clamping mechanism the designs of welding assembling fixture of windows reinforcing plate impact proof stem automobile inner door panel were completed Key Words Inner Door Welding Fixture Connection Board Clamping Institution Impact Proof Stem 目 录 摘要 I Abstract II 第 1 章 绪论 1 1 1 目的及意义 1 1 2 汽车制造业与车身制造的关系 1 1 3 汽车焊装夹具在汽车车身制造中的发展 2 1 4 国内外汽车焊装夹具的发展现状 3 1 5 车门内板焊装夹具的技术要求及设计内容 3 第 2 章 汽车车身焊装技术 4 2 1 白车身的概念 4 2 2 车身尺寸偏差的形成 5 2 3 车身焊装工艺设计 6 2 3 1 流程图设计 7 2 3 2 焊点描述 8 2 3 3 焊钳的选型 8 2 3 4 焊装工艺卡 8 2 3 5 车身的工艺设计应该注意的一些问题 9 2 4 车身焊装夹具的结构 定位及夹紧的特点 9 2 4 1 车身焊装夹具的结构特点 9 2 4 2 车身焊装夹具的定位特点 9 2 4 3 车身焊装夹具的夹紧特点 10 2 5 车身焊装夹具的精度控制及设计的模块化 10 2 5 1 车身焊装夹具的精度控制 10 2 5 2 车身焊装夹具设计的模块化 11 2 6 本章小结 11 第 3 章 车门内板焊接设备 12 3 1 电阻焊的分类 12 3 1 1 点焊 12 3 1 2 缝焊 13 3 1 3 凸焊 14 3 1 4 对焊 14 3 2 电阻焊的优缺点 14 3 2 1 电阻焊的优点 14 3 2 2 电阻焊的缺点 15 3 3 电阻焊对金属材料焊接性的要求 15 3 3 1 金属材料点焊 缝焊的特点 15 3 3 2 低碳钢的焊接 16 3 4 电阻焊设备 18 3 4 1 焊机的分类与要求 18 3 4 2 点焊机 19 3 4 3 移动式点焊机 20 3 5 本章小结 22 第 4 章 轿车车门内板焊装工艺 23 4 1 前车门结构及其装配过程 23 4 1 1 前车门总成及其装配过程 23 4 1 2 前车门内板总成及其装配过程 23 4 2 前车门内板的材料 24 4 2 1 各汽车厂用钢板型号 24 4 2 2 车门内板材料 26 4 3 焊接接头的型式 26 4 4 焊点的布置原则 27 4 4 1 焊点的形状与尺寸 27 4 4 2 点焊的基本要求 27 4 4 3 焊点的布置 28 4 4 4 点焊的顺序 29 4 5 结构的开敞性 29 4 6 精度的合理性 29 4 7 本章小结 30 第 5 章 夹具的总体设计 31 5 1 焊接夹具的分类及设计要求 31 5 1 1 焊接夹具的分类 31 5 1 2 焊接夹具的设计要求 32 5 2 焊接夹具设计流程图 32 5 3 定位夹紧元件的设计 32 5 4 点焊钳的选择 34 5 5 主要零件设计说明 36 5 5 1 夹紧单元 POST 36 5 5 2 L 型板 36 5 5 3 支撑板 连接板 36 5 5 4 压头 37 5 5 5 夹紧块 37 5 5 6 调整垫片及限位板 37 5 5 7 定位销 38 5 5 8 基板 38 5 5 9 旋转机构 39 5 6 相关计算 39 5 6 1 压转臂张开角计算 39 5 6 2 气缸夹紧力计算 40 5 7 本章小结 42 结论 43 参考文献 44 致谢 46 附录 47 1 第 1 章 绪 论 1 1 目的及意义 汽车焊装夹具多用于焊接薄板 对于薄板冲压件 夹紧力作用点要作用在支承点 上 只有对刚性很好的工件才允许作用在几个支承点所组成的平面内 以免夹紧力使 工件弯曲或脱离定位基准 夹紧力主要用于保持工件装配的相对位置 克服工件的弹 性变形 使其与定位支承或导电电极贴合 对于 1 2mm 厚度以下的钢板 贴合间隙不 大于 0 8mm 每个夹紧点的夹紧力一般在 300 750N 范围内 对于 1 5 2 5mm 之间的 冲压件 贴合间隙不大于 1 5mm 每个夹紧点的夹紧力在 500 3000N 范围内 因装夹 是在焊装夹具上完成的 所以夹具在整个焊接流程中起着重要作用 在焊接过程中 合理的夹具结构 有利于合理安排流水线生产 便于平衡工位时间 降低非生产用时 对具有多种车型的企业 如能科学地考虑共用或混合型夹具 还有利于建造混合型流 水线 提高生产效率 汽车焊装夹具是对车身冲压零件进行装配焊接的专用工艺装置 是汽车制造过程中直接影响产量 质量的关键设备 合理的设计焊装夹具是保证焊接 质量 提高劳动生产率 减轻工人劳动强度 降低车身制造成本的根本途径 汽车焊 装夹具可以保证和提高汽车产品质量 提高劳动生产率 提高装焊自动化程度 因此 汽车焊装夹具设计水平的提高成为一个提高汽车制造业水平的有效途径 受到国内外 汽车行业的的广泛关注 保证焊件质量 生产效率高 使用安全可靠 制造成本低等 这些要求 在夹具设计时应尽可能的促其实现 实际上这些要求已经成为评定夹具设 计优劣的标准 总而言之 汽车装焊夹具在汽车制造技术中处着举足轻重的地位 因 此设计出合理而先进的焊装夹具对汽车工业的发展有着实际的意义 1 2 汽车制造业与车身制造的关系 随着国民经济的蓬勃发展 汽车已一跃成为当前极为重要的交通工具 从全世界 范围来看 目前还找不出一个无汽车的现代化社会的先例 改革开放以来 我国的汽 车工业得到较快的发展 产量 品种 型号日益增多 但由于我国的汽车工业起步较 晚 集团化程度不高 其产量 质量与发达国家相比还存在较大的差距 因此面临着 国际汽车发展浪潮的机遇和压力 汽车生产制造水平对汽车工业的发展起着至关重要 的作用 而汽车产量和质量的提高又涉及到众多的方面 包括原材料 工艺 工装设 备和管理水平等等 就我国目前汽车生产水平而言 除某些生产厂或合资厂从国外引 进一部分先进技术和工装设备外 不少生产厂生产制造水平很低 较为突出的是在汽 2 车大型覆盖件的冲压工艺及模具 汽车装焊设备及夹具和胎具 汽车涂装等生产技术 方面还很落后 它直接影响着生产规模 生产效率和生产质量 尤其是汽车装焊工艺 方面自动化程度很低 专业人才紧缺 汽车工业在带动其他各行各业的发展中 已日 益显示出极为重要支柱产业的作用 汽车制造水平对汽车工业的发展起着至关重要的 作用 就我国目前的汽车生产水平而言 除了从国外引进的一部分先进技术和工装设 备外 整体水平还很低 其中较为突出的是在汽车装焊工艺方面自动化程度比较低 1 3 汽车焊装夹具在汽车车身制造中的发展 汽车车身是汽车的重要组成部分 是整个汽车零部件的载体 它的重量和制造成 本占整车的 40 60 它通常是由 300 500 多个具有复杂空间曲面的薄板冲压 通过装焊 铆接和机械联接等方法而构成一个完整的车体 其中焊接是最主要的联接 方法 它直接影响着车身质量 生产率和经济性 在生产线上有 200 个左右的装配工 作站进行大批量 快节奏的焊装生产 焊装夹具 welding fixture 就是为保证焊件尺寸 提高装配效率 防止焊接变形所采用的工艺装备 汽车焊装结构生产中装配和焊接是 两个重要的生产环节 完成这两个环节的工艺过程离不开装配夹具和焊装夹具 焊装 夹具的种类繁多 因而提高装配精度焊接质量是车身制造的核心工作 在装焊过程中 特别是对于具有基准孔的部分 应使用专用夹具或样板来确定车身的形状 尺寸和相 互位置 以保证装配精度 一个完整的轿车装夹定位点达 1700 2500 个 焊点多达 3000 4000 个 其中夹具的定位部分需用车身产品的 CAD 数模进行数控加工 使冲 压件在装配时很好地与夹具定位面相吻合 以利于焊后的车身符合主模型 因此装焊 的质量主要取决于冲压件的精度 夹具精度以及操作的正确与否 轿车车身装配的典 型特征之一是柔性薄板冲压件多工位焊装 冲压件偏差和焊装夹具是影响车身尺寸质 量的主要因素 在焊装过程中 由于薄板刚性差 易变形 为了保证零部件之间正确 的相对位置和焊接间隙 必须通过焊装夹具将其固定 为保证白车身装配尺寸的准确 性 最重要的手段就是正确的工装定位 汽车焊装夹具与其他夹具相比 定位单元型 面复杂 精度要求高 设计制造难度大 另外 由于汽车零件尺寸大 定位单元无法 做成整体结构 一般采用独立的定位板 安装在整体底板上 在夹具使用过程中 如 果发生偏移 磨损等现象 将导致零部件扭曲变形 出现定位偏差 引起焊接间隙的 变动 最终导致装配尺寸误差和构件受力状态的恶化 直接影响到白车身的质量 焊 装夹具的功能是为了实现车身零件的正确匹配 工程上通常从装配精度 缩短制造周 期和可调整性等方面来评价汽车焊装夹具设计的好坏 3 1 4 国内外汽车焊装夹具的发展现状 围绕着提高产品装配精度这个主题 国内外关于焊装夹具设计的研究主要集中在 工件定位的问题上 即选择最优定位点数并确定他们的最佳位置 以实现工件正确的 约束定位 另外在此基础上应考虑更多的实际因素 例如焊接偏差 工具磨损等 作 为新的约束条件来进行更深一步的研究 焊装夹具可以按照不同的方式来进行分类 按照设计内容包括硬件和软件的设计 其中硬件包括定位件 夹紧机构 导向装置和 夹具体 软件包括安装调试手册 调整图等 如果按照设计流程来分 又可以分为概 念设计阶段 结构设计阶段和详细优化设计阶段 在汽车焊接流水线上 真正用于焊 接操作的工作量仅占 30 40 而 60 70 的工作是辅助和装夹 焊装夹具的技 术水平往往代表着车身制造工艺水平 在现代制造业中 夹具已成为保证产品质量 实行全面质量管理的重要手段 在新产品的研制过程中 夹具对缩短研制周期起着重 要作用 夹具的标准化 精密化和柔性化是夹具发展的主要趋势 也是实现产品更新 换代和老产品改造的需要 目前 在汽车制造业中 车身制造质量最好的是日本 其 次是德国和美国 与他们相比 我国在这方面存在着较大差距 而工装设计制造水平 不高是其中重要的原因 因此提高工装设计与制造水平特别是焊装夹具设计与制造水 平是急需解决的问题 1 5 车门内板焊装夹具的技术要求及设计内容 技术要求 1 设计轿车前门内板焊装夹具 2 要求 保证加工质量 设计标准化 系列化 3 生产纲领 成批生产 设计内容 1 选题的背景 目的及意义 2 焊装夹具设计方法步骤研究 3 轿车前门内板焊装工艺分析 4 焊装夹具的夹紧位置及定位方式 5 焊装夹具结构设计 6 CAD 绘制夹具图纸 4 7 撰写设计说明书 5 第 2 章 汽车车身焊装技术 2 1 白车身的概念 车身是轿车的最大总成 各种车型车身占的比例不同 重量和制造成本约占整 车的 40 60 典型车身通常由 300 多个薄板冲压件在焊装夹具上焊接而成 其 中整个车身的装夹 定位点可达 1700 2500 个 焊点多达 3500 多个 图 2 1 所示是 车身装配的一种多层次体系结构 若干零件经过焊装成为分总成 分总成又成为上一 层装配中的零件 由于有多极的装配关系 导致最终的车身与理想的模型有一定的误 差 归结原因 车身的尺寸偏差主要来源如下 1 零部件间的干涉 2 工装 夹具定位的不稳定性 3 冲压件本身的偏差 4 焊 装变形 5 操作影响 图 2 1 车身装配的多层次体系机构 白车身 Body in White 的制造涉及薄板冲压成形 自动装配 焊接及检测多个 领域 其制造质量显著影响到整车的性能 并直接关系到汽车产品的市场竞争力 所 以在很大程度上代表了一个国家的制造水平 车身开发周期的长短是决定整车竞争力 的大小和成本高低的关键因素 国内外在汽车车身制造技术也存在着很大的差别 国 6 外领先汽车集团的车身开发周期在近 10 年来已大幅度缩短 从 20 世纪 90 年代初期 车身开发周期需要 3 4 年 近年已缩短为 1 5 3 年 10 年间缩短了近一半时间 分 析其原因 国外汽车企业在车身开发 制造方面广泛采用最先进的设计 制造技术 并对其再进行全新开发和超前开发 开发队伍及其组织机构的管理模式也发生了巨大 的变革 使得车身的开发周期越来越短 创新的车型越来越多 我国汽车工业随着多 年发展已形成相当规模 但与世界先进水平还有很大差距 现阶段我国车身自主开发 能力还较弱 很多要参照国外车型的设计思路 还有重要一点就是加工设备的应用相 对落后 而加工直接影响汽车车身制造水平的高低 近年来 我国从国外引进大量先 进设备 汽车车身质量水平有了很大提高 许多国内设备制造企业也纷纷引进技术 购买产品生产专利权及合资合作生产国内急需设备 在机械加工 焊接 涂装等方面 均取得一定进展 但从整体来说 国内汽车装备制造水平尚不能满足汽车工业发展的 需要 因为这种状况使很多关键技术过分依赖国外 在国际竞争中不可避免地被定位 于低端 掌握不了国际竞争的主动权 2 2 车身尺寸偏差的形成 如图 2 2 为影响白车身尺寸偏差的主要因素 零件干涉 模具修磨 冲压参数 工件回弹 定位因素 焊接次序 材料性能 焊接规程 定位元件磨损 夹具设计不合理 定位单元失效 夹紧力影响 运输 劳动态度 熟练程度 冲压尺寸偏差 焊接变形 夹具影响 操作者的影响 白车身尺寸偏差 图 2 2 影响白车身尺寸偏差的主要因素 车身装配被认为是具有最小柔性的装配过程 因为面对车身频繁的改型 工装与 夹具必须重新建立模型 修改到产品设计相适应 否则造成大量人力物力的消耗 即 使焊装夹具准备就绪之后 通常还需要很长一段时间才能完成轿车开发的最后阶段 这阶段包括样车试制 Pilot Program 小规模试生产 Pro volume Production 生产 启动 Launch Time 和大规模生产 Full Production 在时序上 样车试制阶段的车身尺寸偏差较大 经过小规模试生产和生产启动阶 段的改进 主要误差源被消除 尺寸偏差逐渐减小 进入大规模稳定生产阶段 在大 规模生产阶段 尺寸变化的主要原因是工艺过程的变化 最经常出现的尺寸变化是均 7 值变动 不规则跳动及方差的变化 或三者的组合 从偏差形态上看 偏差分为平面内和非平面内的两种 由于夹紧单元刚性运动的 性质引起的偏差是平面内的偏差 非平面的偏差来源于冲压件的变形或焊枪焊接时的 偏差 基于偏差诊断技术的车身尺寸偏差控制是以数据驱动质量为基本思路 通过偏 差识别和故障诊断快速定位误差源 一方面缩短大规模生产时间 较快的进入稳定生 产阶段 另一方面是最大限度的维持生产状态的稳定 另外薄板零件偏差和焊枪引起 的装配尺寸非平面变化 在同一装配站上多变量测量数据也具有较强的相关性 综上所述 车身制造偏差控制基本上可分为生产启动阶段和生产过程的偏差控制 两者的主要不同是生产启动阶段的故障缺乏稳定生产过程的偏差诊断经验知识 2 3 车身焊装工艺设计 车身设计应保证汽车具有合理的外部形状 在汽车行驶时能有效地引导周围的气 流 以减少空气阻力和燃料消耗 此外 车身还应有助于提高汽车行驶稳定性和改善 发动机的冷却条件 并保证车身内部良好的通风 车身结构主要包括 车身壳体 车门 车窗 车前板制件 车身内外装饰件和车 身附件 座椅以及通风 暖气 冷气 空气调节装置等等 车身壳体是一切车身部件 的安装基础 通常是指纵 横梁和支柱等主要承力元件以及与它们相连接的板件共同 组成的刚性空间结构 客车车身多数具有明显的骨架 而轿车车身和货车驾驶室则没 有明显的骨架 车身壳体通常还包括在其上敷设的隔音 隔热 防振 防腐 密封等 材料及涂层 车门通过铰链安装在车身壳体上 其结构较复杂 是保证车身的使用性 能的重要部件 车身外部装饰件主要是指装饰条 车轮装饰罩 标志 浮雕式文字等 等 散热器面罩 保险杠 灯具以及后视镜等附件亦有明显的装饰性 车身附件有 门锁 门铰链 玻璃升降器 各种密封件 风窗刮水器 风窗洗涤 器 遮阳板 后视镜 拉手 点烟器 烟灰盒等 在现代汽车上常常装有无线电收放 机和杆式天线 在有的汽车车身上还装有无线电话机 电视机或加热食品的微小炉和 小型电冰箱等附属设备 在汽车厂中 焊接生产线相对于涂装线和总装线来说 刚性强 多品种车型的通 用性差 每更新换代一种车型 均需要更新车间大量专用设备和生产工艺 焊接工艺 设计可以称得上是焊接生产线的 灵魂 涉及的专业知识较多 如机械化 电控 非标设备 建筑 结构 水道 暖通 动力 电气 计算机 环保和通讯等 从宏观 上决定车间的工艺水平 物流 投资和预留发展 具体决定着生产线的工艺设备种类 和数量 夹具形式 物流工位器具形式 机械化输送方式及控制模式等 因此 焊接 工艺设计在焊接生产线的开发中占有举足轻重的地位 是产生高性价比焊接生产线的 8 关键 如图 2 3 是焊装夹具工艺设计流程 数模 分总成组合流程图夹具清单 焊点描述样车产品图 工件摆放姿态 焊钳选型 建模 夹具建模完成 焊接操作检查 修改焊钳模型 编制焊装工艺卡 绘制车身爆炸图 确定焊装次序修改焊装工艺卡 图 2 3 焊装夹具工艺设计流程 2 3 1 流程图设计 图 2 4 是焊接流程示意图 反映得是各冲压件 标准件及分总成件的数量 装焊 次序及流向 是布置工艺平面图的主要依据 也是编制工艺卡的重要基础 它所反映 的夹具数量是评估整个项目的依据 因此流程图的编制初稿是至关重要的 对于只有数模与样车 没有焊点分布图的情况 应根据样车拆车分析工艺流程 首先对整车样车进行整体工艺分析 确定车身组成的几大部分 侧围 车架地板 发 动机室 顶盖及门盖的大块划分范围 然后依次拆解 样车拆解过程中 根据焊点数 量 由节拍计算工位数量 一般而言 人工焊接时 焊接每个点需要 4 6s 点 具 体情况依焊钳大小 难易程度 装件数量等而定 拆解过程中 逐次分析每个冲压件 分总成件的装焊次序 一般而言 冲压件从产品开发就决定了它的装焊次序 还有一 小部分冲压件可以灵活改变一下装焊次序 这就需要我们认真分析 从工装工作量 方案设计书 夹具设计实现的难易程度等综合各方面的因素 确定它的最佳装焊次序 从焊接工作内容上 原则上点焊与弧焊应分别在不同工位上进行 除非弧焊或点焊工 作量小 并应在夹具方案设计书中提出弧焊防护装置 对标准件 胶等内容应详细统计 螺母应区分粗牙 细牙 类型应注明四角或圆 柱型 螺柱 螺栓应表明外径及长度 胶应注明类型 膨胀胶 点焊密封胶 防震胶 等 长度 宽度等 9 图 2 4 焊接流程图 2 3 2 焊点描述 对于焊点要明确出焊点的直径 焊点与焊点间的距离 不同厚度的板材焊点的直 径也不同 一般在保证焊缝强度和和技术要求的前提下焊点的距离应尽可能的大些 因为在焊缝长度一定的范围内 焊点布置的越多 点距越小 分流越大 焊点核心尺 寸减小 反而降低了焊缝的强度 2 3 3 焊钳的选型 焊点分组工作完成后即可进行焊钳选型 确定焊点组的数量即焊钳的最小数量 根据工件的形状及尺寸确定焊钳的形式 C 型 X 型 及喉深 开档 行程 电极形 状 焊钳的吊挂形式 横吊 纵吊 转环 根据焊点位置和操作位置确定 焊钳型号 的确定要在焊装夹具总图设计完成之后 根据选定的焊钳制造商提供的实际型谱进行 焊钳型号的选择 2 3 4 焊装工艺卡 焊装工艺过程卡是焊装线设计 制造和调试整个过程的指导性文件 是焊装线全 部工作的基础 焊装工艺过程卡的编制深度和质量对焊装线设计 制造 调试整个过 程的质量甚至成败起决定性作用 依据流程图 焊接工艺卡要反映各冲压件 分总成 件 标准件等白车身上一切部件的装焊 装配次序 同时要标明焊点位置 数量 焊 接层数 并根据平面图的规划 详细描述变压器数量 焊钳数量 类型 焊钳选型时 喉深与喉宽除考虑焊接部位外 还应对周围干涉物 可预见的夹具干涉及焊钳本身的 10 吊环 气缸 转盘等进行考虑 焊钳型号确定 建模完成后 夹具设计时必须进行复 合校核 夹具建模完成后 还要对焊接操作性行检查 并相应修改焊钳模型与工艺卡 内容 工艺卡在描述多层焊时焊点应以不同的符号表示不同层数的焊接 工艺卡还要 对每一动作计算时间 以验证是否满足节拍要求 2 3 5 车身的工艺设计应该注意的一些问题 1 汽车车身在装焊过程中 合理分块非常重要 而车身总成的分块大体相同 但往往对头接缝处有所变化 要认真分析 分块决定夹具的套数 工艺流程 是工艺 设计的第一步 2 工艺设计不能只顾眼前 应该远近结合 滚动发展 做到近期合理 远期可 行 要充分考虑混线生产的可能性 在夹具设计任务书和工艺设备选型上尽可能柔性 化 3 生产方式尽可能精益 尽量减少在制品存放 大型外覆盖件的物流尽量短 灵活布局车间内的各条生产线 使各生产线之间工件输送及与其他车间的衔接尽量短 捷 顺畅 提高生产效率 4 生产线的布置要考虑空中机械化运输设备和水 电 气管线布置流畅 5 小件生产尽量集中布置 提高设备利用率 按照工艺流程在线旁布置小件的 模式 从节约成本的角度看是不可取的 6 焊钳的选型不容易做好 在焊接生产线调试过程中更换 5 的焊钳是比较低的 故需要进行三维焊钳与夹具的焊接过程动态模拟 提高选型准确性 7 有条件的项目建议应用数字化工厂软件虚拟焊接车间 将以往设计中不宜发 现的问题经过计算机仿真 较早地被发现和解决 提高设计方案 图纸的准确性和节 拍平衡 8 工艺设计不能脱离生产管理系统 计算机系统在那些工位取得生产信息 就 要求在设备定货技术任务书明确功能及接口条件 2 4 车身焊装夹具的结构 定位及夹紧的特点 2 4 1 车身焊装夹具的结构特点 车身焊装夹具体积庞大 结构复杂 为了便于制造 装配 检测和维修 必须对 夹具结构进行分解 否则 无法进行测量 LG 1 车身总装夹具有 3 个装配基准 底 板 左侧围和右侧围 在它们的平面上都加工有基准槽和坐标线 定位夹紧组合单元 按各自的基准槽进行装配 检测 最后将 3 大部分组合起来 成为一套完整的夹具 2 4 2 车身焊装夹具的定位特点 车身焊装夹具大都以冲压件的曲面外型 在曲面上经过整形的平台 拉延和压弯 11 成型的台阶 经过修边的窗口和外部边缘 装配用孔和工艺孔定位 这就在很大程度 上决定了它的定位元件形状比较特殊 很少能用标准元件 在焊装夹具上要分别对各 被焊工件进行定位 并使其不互相干涉 在设计定位元件时要充分利用工件装配的相 互依赖关系作为自然的定位支承 有的工件焊接成封闭体 无法设置定位支承 可要 求产品设计时预冲平台 翻边作为定位控制点 对于要求不严格的装配 通常不使用 焊装夹具 取而代之的是装具 在焊装夹具上 板状定位较多 定位板一般用 Q235 A 45 号钢板等材料 根据产量不同 板厚为 16 19 24mm 三种 定位块间距既要 保证定位精度 又要保证焊钳伸入的方便性 定位块按坐标标注尺寸 不注公差 2 4 3 车身焊装夹具的夹紧特点 焊接通常在多个个工件间进行 夹紧点一般都比较多 车身冲压件装配后 多使 用电阻焊接 电阻焊是一种高效焊接工艺 工件不受扭转力矩 当工件的重力与点焊 时加压方向一致 焊接压力足以克服工件的弹性变形 并仍能保持准确的装配位置与 定位基准贴合 此时可以省去夹紧机构 为减少装卸工人的辅助时间 夹紧应采用高 效快速装置和多点联动机构 作用点要作用在支承点上 只有对刚性很好的工件才允 许作用在几个支承点所组成的平面内 以免夹紧力使工件弯曲或脱离定位基准 夹紧 力主要用于保持工件装配的相对位置 克服工件的弹性变形 使其与定位支承或导电 电极贴合 对于 1 2mm 厚度以下的钢板 贴合间隙不大于 0 8mm 每个夹紧点的夹 紧力一般在 300 750N 范围内 对于 1 5 2 5mm 之间的冲压件 贴合间隙不大于 1 5mm 每个夹紧点的夹紧力在 500 3000N 范围内 夹紧器按照夹紧方向有平面 垂 直 45 度夹紧器 按照操作方式有螺栓夹紧 快速夹紧 手柄螺旋夹紧 还有手工 气动或液压 2 5 车身焊装夹具的精度控制及设计的模块化 2 5 1 车身焊装夹具的精度控制 车身焊接夹具是如何保证车身焊接精度的重要因素 体现在以下几项中 1 焊接夹具的定位基准与产品设计基准和装配基准应重合 这样可以消除由于基 准不同而产生的尺寸误差 达到简化装配协调关系 提高焊接夹具的装配精度 焊接 夹具通常是先按理论尺寸进行设计和制造 在生产过程中再根据实际需要的变形量对 夹具进行调整 为控制车身焊接变形 焊接夹具定位件结构应考虑方便调整车身焊接 变形和焊接后收缩量的变化 2 夹具制造精度应达到设计要求 由于车身焊接夹具制造上的原因 再加上零件 尺寸误差的因素 在车身试生产前一般都要经过夹具的调试 检验夹具能否保证焊接 12 精度 对夹具与零件的协调性以及对零件之间匹配质量进行考核 在夹具的调试过程 中 凡是发现影响到车身的后续焊接 整车装配 整车外观质量及度 应分析是否会 影响车身匹配误差 3 车身匹配的相关零件尺寸应保证 特别是一些车身匹配重要零件的装配孔 装 配面和工艺孔的尺寸必须严格控制 值得注意的是 车身匹配的相关零件接一般不希 望也不允许有较大的强制变形 焊装夹具精度标准由设计单位制定 其中规定了底板 基准槽和坐线的形态和精度要求 定位销和其他定位支承件的尺寸和形位公差要求 承制单位按要求进行检测 判断并进行调整 合格后就固定定位销 随着机床加工精 度的提高 为了降低定位误差 提高加工精度 对夹具的制造精度要求更高 高精度 夹具的定位孔距精度高达 0 01mm 5 m 夹具支承面的垂直度达到 0 01mm 300mm 平行度高达 0 01mm 500mm 2 5 2 车身焊装夹具设计的模块化 夹具元件模块化是实现焊接夹具组合化的基础 可以利用模块化方法设计出系列 化 标准化的夹具元件 然后快速组装成各种夹具 已成为夹具技术开发的新基点 省工 省时 节材 节能 体现在各种先进夹具系统的创新之中 模块化设计为夹具 的计算机辅助设计与组装打下基础 应用 CAD 技术 可建立元件库 典型夹具库 标准和用户使用档案库 进行夹具优化设计 为用户用三维实体组装夹具 同时研究 焊装夹具实例的相似性问题 既能为用户提供正确 合理的夹具与元件配套方案 又 能积累使用经验 了解市场需求 不断地改进和完善夹具系统 2 6 本章小结 本章对汽车车身的结构特点及焊装夹具原理 结构及设计方法 原则进行了的研 究和探讨 所有的工作都是为了保证最后车身精度能够得到保证 而汽车车身的制造 尺寸偏差直接影响到最终产品的质量 根据世界汽车市场的竞争走势的夹具和制造技 术的进步 汽车的车身制造质量的控制逐渐成为国际汽车工业和学术界关注的重要课 题 车身制造中的基准的选择及焊装夹具的结构及精度是 保证车身精度关键中的关 键 本章通过对车身焊装夹具的的介绍 也为车门焊装夹具的设计奠定了基础 13 第 3 章 车门内板焊接设备 3 1 电阻焊的分类 电阻焊又称接触焊 是汽车装焊工艺中最主要的焊接方法之一 尤其是汽车车身 厢体 轮圈等焊接采用最多 如一辆轿车至少 5000 多个电阻电焊焊点 焊缝长达 40m 以上 现代的汽车制造厂在焊装自动生产线上 大量使用电阻焊机械手和机器人 进行焊接 电阻焊的方法有很多 如图 3 1 是电阻焊的分类 其中以电阻电焊在汽车 制造厂中使用最广 电阻焊 焊接接头的形式和工艺方法按焊接电流种类按电源能量种类 搭接电阻对接电阻脉 冲 电 流 交 流 电 流 直 流 电 流 缝 焊 凸 焊 点 焊 对 焊 滚 对 焊 磁 场 贮 能 按供电方向按同时完成焊点数按实行过程的特点 单 点 多 层 双 点 单 面 点 焊 双 面 点 焊 电阻对焊闪光对焊 按闪光特点 预热闪光对焊连续闪光对焊 图 3 1 电阻焊的分类 3 1 1 点焊 图 3 2 和图 3 3 为点焊原理过程示意图 点焊时 将待焊的两个焊件搭接起来 置于上下铜极之间 然后施加一定的电极压力 将两个零件压紧 再闭合开关 K 接 通焊接变压器 变压器次级电流经焊机机臂 电极 流经被焊件 由焊件本身电阻 便产生电阻热 使焊件迅速加热 因为与焊件接触的电极是由导电 导热性能良好的 铜合金制成的 且其内部有循环的冷却水进行冷却 故与电极直接接触的焊件表面散 热条件好 温度难以升高 而焊件与焊件间的接触表面加热到融化温度 并逐渐向四 周扩大形成融化核心 熔核 当熔核尺寸达到所要求的大小时 切断电流 但仍保 14 持足够的电极压力 熔核在电极压力的作用下冷却结晶 形成焊点 而后去除压力 焊下一个点 1 变压器 2 电极 3 板件 4 熔化核心 图 3 2 点焊原理图 图 3 3 点焊过程循环图 a 加压 b 通电 c 断电 d 退压 图 3 4 点焊的焊接过程 3 1 2 缝焊 缝焊又称滚焊 它是点焊发展而来的 就焊点形成的本质来说 与点焊基本相同 图 3 4 为缝焊过程的原理示意图 缝焊时 与焊件直接接触的电极 采用圆柱形的滚 15 盘 滚盘旋转时 利用摩擦力带动焊件移动 普通焊缝时 滚盘连续旋转 电流断续 接通 每接通一次电流脉冲 即可形成一个焊点 这样就可以形成一系列焊点 焊点 与焊点间的间距 可以按要求进行调整 当相邻焊点距离很小 熔核相互搭接三分之 一时 则形成强固密封焊缝 3 1 3 凸焊 凸焊是点焊的演变形式 凸焊时 将待焊焊件中的任何一个用冲压 或机加工 方法制造出凸点 使焊接电流集中通过凸点 以达到集中加热焊件的目的 凸焊原理 示意图见图 3 5 所示 S 工件连续移动距离 a 缝焊 b 缝焊焊接循环 图 3 5 缝焊原理示意图 3 1 4 对焊 对焊是将焊件分别夹紧于左 右两个钳口 电极 内 通常左钳口固定于机架上 的定座板上 右钳口则固定于可沿机架台面上的导轨左右移动的座板上 根据工艺不 同可分为电阻对焊和闪光对焊 3 2 电阻焊的优缺点 3 2 1 电阻焊的优点 电阻焊方法主要用于毛坯准备与组合件装配工序 因此 在分析其优缺点时 主 要是与其它装配工艺方法 铆接 其它焊接方法相比较 电阻焊的主要优点为 1 与熔焊方怯比 电阻焊为内部热源 冶金过程简单 且加热集中 热影响区 较窄 易于莸得优质焊接接头 2 与铆接比 节省金属 减轻结构质量 过对高速运行的车辆 导弹 飞行器 船舶制造等十分重要 16 3 电阻焊因机械化 自动化程度高 可提高生产率 改善工作条件 适于安排 在自动生产线上 通用点焊机焊接速度可达 60 点 min 快速点焊机可选 600 点 min 对焊的生产率比其它焊接方法也高得多 4 焊接 过程中无弧光 无有害气体 无噪音 劳动条件好 闪光对焊时 有金 属火花飞溅 应采取隔离措施 5 按软盘指示 且易于保证气密 3 2 2 电阻焊的缺点 尽管电阻焊具有很多优点 但仍存在如下一些问题 1 焊点质量检验目前尚缺少简单而又可靠的无损检验方法 焊的加热利用内部 热源 焦耳热 凡影响电阻大小 电源波动的因素均会造成热量被动 使焊接质量 不稳定 因而可靠的无损检验方法巳成为确定焊接接头质量的关键 2 设备较复杂 功率大 投资较多 电阻焊机械化 自动化程度较高 相对于 一般熔焊设备要复杂些 维修较困难 由于电压低 几伏 电流大 这几十千安培 要求电源功率大 有的选 100KVA 以上 因而一般馈电网负荷困难 3 焊件的尺寸 形状 厚度及焊件的材料受焊机功率 机臂尺寸与结构形状的 限制 故对于一些封闭型 半封闭型结构或因材料不适用等而不宜采用电阻焊进行焊 接 4 点焊与缝焊多采用措接接头 增加了构件的质量 焊缝受力时会有附加力矩 使承载条件变化 降低了焊接接头的承载能力 3 3 电阻焊对金属材料焊接性的要求 3 3 1 金属材料点焊 缝焊的特点 金属材料点焊 缝焊的特点 金属材料焊接时 要求焊接区及近缝区无严重缺陷 裂纹 深度压坑 烧穿等 金属机械性能或特殊性能 抗腐蚀性 电阻率等 无 重大变化 材料是否好焊 要看上述要求是吾易于达到和所采取工艺措施的复杂程度 结合点焊 缝焊过程特点 评定材料电阻焊焊接性的指标主要为材料的物理一化学性 能和机械性能 1 材料导电性与导热性 材料的导电性与导热性决定热源强度和热场的分布 从而决定了焊点的形状 尺寸 结晶特点及近缝区组织变化 一般可按照这一性能选 择电源特性 焊机功率及工艺过程 例如轻合金的导电 导热性好 焊接时应选择大 功率焊机 2 材料高温塑变能力 塑性温度区窄 塑变能力差而线膨胀系数大的材料焊接 时 易出现裂纹等不允许的缺陷 因此应注意选用合理工艺措施 材料高温屈服限越 17 高 要求的电极压力越大 例如 焊接耐热合金 所用焊机功率并不大 但必须选用 高温硬度高的电极材料和高压力的焊机 因而浪费了一部分电功率 因通用焊机的电 极压力与电功率成正比 或限制了可焊件的最大厚度 表 3 1 结构材料的物理一化学性能和机械性能 物理 化学特性机械性能 类别及代表 合金 电 阻 率 m 熔 点 C Tr 导 热 系 数 kmW 线膨 胀系 数 6 10 比 热 容 J Kg 密 度 1 cm g 结晶 间隔 C 对 热 机 械 作 用 敏 感 性 氧 化 膜 致 密 性 氧化 膜熔 点 C 2 20 mmN b 低碳钢13 153 0 4811 54807 85 1530 151 0 小大 1420 Fe O 295 41 0 低合金钢及 中碳钢 16Mn 21 148 0 4012 5 0 8 5 7 85 1480 1350 大中 420 60 0 不锈钢及高 温合金钢 1Crl8Ni9Ti GH44 GH140 75 120 120 24 23 17 1 12 2 5 12 7 5107 85 8 9 8 09 中 中 大 大 大 540 900 670 钛合金 TC2 142 238 0 4 59 1700 1680 小大1840750 铝合金 Al Mg 系 LFL Al Mg 系 LF2L AlCu Mf LY12 71 42 73 620 654 633 23822 08772 7 620 5 50 654 6 33 633 5 02 小 小 中 大 大 大 2030 160 110 410 合金 MA2 1 12632230 0 4 1 1 74 632 5 65 小小2800160 铜合金 H62 黄铜 8 108 3 10820 63688 9 905 8 90 小中1230400 3 材料对热循环的敏感性 点焊 缝焊热循环主要特点为加热迅速 有时竞达 18 到每秒 l 万 10 万度 冷却快 最高温度高 大于熔化温度 而且高温停留时间短 因此材料在这循环过程中可能因组织转变不完善或某些成分的分解 扩散来不及完成 而出现在一般热处理中不应出现的组织 如低碳钢 20 钢 点焊时 接头中可能出现 淬火组织 所以必须注意材料在点焊 热循环中是否易于出现淬火组织 软化组织及 粗大晶粒等缺陷 4 材料时裂纹的敏感性 有谇硬倾向的金属可能出现淬火裂纹 与易熔杂质 S P 形成低熔点共晶的合金 常出热裂纹 而结晶温度区宽 塑性温度区窄的材辩 出现裂纹机会更大 这些材料焊接时应严格控制工艺过程有关参数 采用较复杂工艺 措施 材料的焊接性好坏是相对的 同一种材料其焊接方法与工艺措施不同时 其焊 接性有很大差别 一般应从材料热物理性能 高温机械性能及其对工艺过程的热敏感 性来分析其工艺特点 常用结构材料的物理一化学性能和机械性能见表 3 1 3 3 2 低碳钢的焊接 低碳钢的焊接低碳钢因电阻率比铜大 8 10 倍 要求焊机功率不很大 塑性温度 区宽 易于获得应有塑性变形 不需要很高的电极压力 F 比轻台金低 结晶温度 区窄 高温塑性良好 线膨胀系数不很高 因而热裂纹倾向小 碳元素与微量元素低 无高熔点氧化物 一般不会出现淬火组织或夹杂物 因此 点焊 缝焊中不需采用复 杂工艺措施 焊接质量良好 但对冷轧低碳钢薄板 在用软规范点焊时 会因长时间 加热使核心周围热影响区扩大 晶粒长大及软化区变明显 所以当接头强度要求较高 时 不宜采用过长的脉冲时间加热 热轧低碳钢表面有较厚的氧化皮 若清理不良时 易使电极与板件表面粘连 在材料加热膨胀中 可能形成深压坑 焊后抬起电校对 可能因粘连而拨松电投头 使冷却水渗出 井严重影响焊件表面质量与电极寿命 故 应认真清理氧化皮 冷轧钢表面的防锈油在点焊中可以挤出于焊接点之外 一般不影 响焊接质量 可以不清理 但涂油不能过厚 缝焊时应进行表面清理 否则会出现气 孔 裂纹 影响焊缝气密性 按低碳钢薄板点焊规范 焊点直径由板厚决定 即 d 4 直径系数口按所用规范的软 硬程度分别为 5 和 5 5 或 6 软规范选用大的直径 系数 电极多用圆形 工作端面直径与核心直径接近 通电时间 t 与板厚成正比增 加 而电流密度与板厚成反比 电极压力 F 应参考焊接电流 L 选用合适值 即以不 产生飞溅的 F 为最佳值 F 过大熔化核心尺寸过小 结果使接头强度降低 波动性 增大 缝焊前定位点焊的规范小于正式点焊规范 定位点焊偏离焊转轴线不超过 1mm 低碳钢缝焊焊速一般在 1 5m min 左右 如焊接过程全自动化 不需手动控制焊 19 缝位置 而且焊机容量足够时 也可采用 2 3m min 的焊速 当焊件厚度增大时 焊速应降低 以保证核心质量极焊透率 低碳钢板厚度增大时 困难增多 因为 1 板厚增大 焊件刚性增大 压力分流则增加 因而板件间难以贴合良好 为 了保证接触面贴台紧密 应提高电极压力 F 有时采用预热脉冲或马鞍形压力循环 2 分路阻抗 Z 减小 电流分流增大 要求加大焊机容量 3 大厚度捍件伸入焊接回路 使捍机次级回路阻抗加大 焊接电流降低 因而 要增大焊机容量 如果采用低频式直流焊机 则可改善进一影响 4 核心金属熔化量增大 冷却时收缩量增加 为了防止出现缩孔与裂纹 必须 提高变形量 但是由于板件内外温差增加 变形更加困难 通常 为了使被焊金属有 足够大的变形量 应适当提高电极压力和延长焊接时间 而焊接时间的延长 又会导 致电极严重过热和电能的损耗增太 因此 厚度大于 3