汽车焊装地板生产线研究.docx

汽车底板焊装生产线研究摘 要：汽车底板焊装线被焊装车间主要的生产线之一而倍受关注。上世纪以来车身焊装技术发展迅速，而国内主流生产方式有以下几种方式,SHUTTEL,滚床,台车,3种。通过3种平台引入夹具切换(NC LOCATR),成为各大主机厂主流生产模式，本文重点介绍几种底板线输送平台和NC LOCATR,来比较各类方式的特点,重点讲述北斗公司2种生产线体.关键词： 汽车焊装； 焊装生产线； SHUTTEL引 言：汽车是我国重要的交通运输工具之一，是我国科学技术发展水平的标志。汽车的研发、生产、销售影响着国民经济的各个部门，在世界上大部分国家，汽车制造业已成为国民经济的支柱产业之一。而在汽车制造过程中，汽车车身的综合质量既是衡量汽车整体质量的重要指标之一，也是评价汽车设计质量、工艺水平的重要指标。车身的综合质量通常包括冲压成型质量、焊装质量、涂装质量和内饰质量。其中焊装质量起着桥梁的作用，将直接或间接影响其他三个因素。由此可见汽车车身焊装在汽车制造过程中起着举足轻重的作用。1 汽车底板焊装生产线的组成汽车底板焊装生产线是指通过焊装工艺完成完整产品的综合生产线，通常包括辅助设备、传输设备、焊接设备等。具体包括以下部分：1.1 车身焊装夹具焊装夹具主要对焊接薄板冲压件进行可靠定位与夹紧，保证车身各部分有正确的相互位置及几何形状、保证车身装配焊接工艺的正常进行。汽车车身焊装夹具是随汽车的大规模生产而发展起来的，是汽车焊装的必须装备。随着汽车性能和生产自动化水平的提高，对汽车车身焊装夹具的要求也越来越高。车身焊装夹具根据自动化程度和使用的要求，主要有手动夹具和气动夹具两种，根据控制方式的不同，气动夹具又可分为气控、电控两种形式。一般情况下，焊装夹具由定位元件、夹紧元件及支撑机构等部分组成。1.2 传输装置传输装置在车身生产线中负责各组合部件的对接，是实现大规模生产的必不可少的设备。传输装置的种类很多，根据车间情况可以采取不同的方式。大致可以分为：空中运输式如连续式悬挂链、用于间歇生产的自行葫芦悬挂线等；地面运输式如地面链、板式链等；机器手等。由于传输装置在生产中的重要作用，它的工作效率直接影响着整个生产线。因此，传输装置自动化程度将直接代表着整个焊装线的自动化程度。二、汽车焊装生产线的形式目前，国内外应用的车身及部件总成焊装线的形式如图2：图2在汽车发展的初级阶段，主要应用直通式生产线（即简化的贯通式生产线）。到了上世纪六七十年代，曾较多的使用随行夹具生产线，但由于随行夹具体积大、结构复杂、运动惯性大、难以实现多品种生产及机器人配套使用等缺点，因而到了70年代中后期，各主要汽车厂家又改进了贯通式生产线（如图3）。贯通式生产线是指工件的定位夹紧装置（夹具）与工位间的传输装置成分离状态。升降式托杆往复焊装线是常用的一种贯通式生产线，这种生产线主要包括以下几个部分：工件的夹紧定位系统、工位间的传输装置及输送杆升降系统。图31， 升降系统 2，组焊夹具 3定位支撑系统 4，往复输送装置目前，国内外常见的几种焊装线形式有：1、 随行台车贯通式生产线该生产线较典型的形式如图4所示，其一般采用数量不等的相同台车式夹具，由链条驱动到预定工位后由人工投料及人工焊接作业，每台车身均在同一夹具与不同工位上完成拼装。这种形式的生产线生产效率低、劳动强度大、单品种专线生产且产品的精度品质不易保证，为早期常用的一种生产形式，一般适用于小批量生产。 图42、 单车型自动化生产线该生产线较典型的形式如图5。其一般采用固定式专用夹具并配合机械手进行自动化焊接拼装，物料通过吊车自动搬送投入，每个站间产品输送较多采用往复式梭动机。其特点是生产效率及自动化 图5程度高、品质稳定，但仍属于单品种专线生产。3、 多车型自动化混合生产线该生产线与单车型自动化生产线形式基本相同，主要差异在于主焊生产线上采用多车型混线生产，一般为13种车型。总拼夹具采用各车型专用串联方式，如图6。该设备投 图6资成本较高，每个车型独立的总拼夹具及周边搬送关系需要满足全线生产能力的要求，且设备弹性较差，自动化设备投入效益低。而另一种方式则采用四面回转夹具，它依据不同车型进行自动切换对应生产，机械手进行自动拼装，其主要形式如图7。而对于地板分总成夹具一般要移到主焊线外独立设线，主焊线通常 图7除总拼夹具外，其他均为补焊夹具，较容易做到多车型共用。三、汽车焊装生产线的发展趋势目前，世界汽车发展的趋势是由大批量生产向多品种、小批量生产转化，为了满足汽车消费者广泛而多样化的需要，适应汽车市场的激烈竞争，世界各大汽车生产厂家不断缩短车型变换周期，加快车种的更新，因此现代汽车焊接线在功能上在逐步趋于柔性化。柔性生产线从狭义上讲，一般指多种车型混线生产，各种车型能够依据市场需求的 图8变化而在总产量不变的前提下，任意调整整个车型的比例。相继出现了椭圆形地面环形线（如图8）、高架式上下环形线（如图9）等各种柔性化传输装置。例如： 韩国大宇汽车公司的T-100S/FINR ASSY LINE,就是在同一条传输线上混流生产T-100的3门、4门、5门三个不同车型的车体。 图9四、汽车焊装生产线传输装置的结构、工作原理分析下面以汽车侧围总成线传输装置为例（如图十），来详细分析其结构和工作原理。图10图10所示的是某一车型的侧围总成线传输装置，该传输装置是采用四工位往复杆式装置，可以实现水平、垂直运动。各分总成结构及功能分析如下：1，驱动单元（如下图）驱动单元1，电机 2，联轴器 3，安装架 4，轴承座 5，齿轮 6，齿条工作原理：电机通过联轴器带动两齿轮转动，两齿轮又分别通过与其啮合的并行齿条带动移动滑板运动，从而带动安装在移动滑板上的车身侧围钣金水平移动。2，同步齿条装置与顶升装置（如下图） 同步齿条装置1，3主动圆柱形齿条 2 连接杆 4汽缸 5防转角铁 6支撑导向筒顶升装置1辅助推力汽缸 2主动齿轮 3从动齿轮4从动圆柱形齿条 5同步齿条装置中的主动圆柱形齿条 6顶升框架支撑台工作原理：汽缸通过“主动圆柱齿轮条”驱动顶升装置中的“主动齿轮”转动，从而驱动“从动圆柱齿轮条”移动，间接推动“顶升框架”上下运动，实现了将水平运动向垂直运动的转换，达到了可以自由升降车身侧围钣金的目的。此外，在同步齿条装置中的零件6（支撑导向筒）主要起导向和保证主动圆柱齿轮条与顶升装置中的主动齿轮始终啮合的作用；零件5（防转角铁）主要起防止主动圆柱齿轮条转动的作用。在顶升装置中的零件1（辅助推力汽缸）主要起到均衡垂直运动推力的作用。3，顶升框架（如下图）顶升框架1 支撑台（1）2 连接板 3 支撑板（2）4 支撑板（3）5 连接杆 6，7 导向滚动装置该结构就是直接与顶升装置相联的“顶升框架”，是整个传输装置的重要组成之一，它可以随顶升装置自由升降。支撑台（1）（2）（3）与连接板顺连使若干独立框架形成一个整线，顶升装置中的从动圆柱齿轮条和辅助推力汽缸就是直接与每个支撑台配合保证其垂直向的运动，此外其上还装配了一些辅助装置（将在后面提到），另外，支撑台（3）上还要安装着驱动单元；连接板除了形成整线外，还主要起支撑导向滚动装置和行程开关的作用；导向滚动装置分布在整个连接板上，主要对移动滑板起到导向作用；连接杆主要起加强连接板刚度的作用；4，水平移动装置（如下图）水平移动装置1 移动滑板 2 连接滑板 3 工件 4 定位块 5 行程开关该部分的工作原理前面已经提到，简单地说就是驱动单元中的齿轮齿条装置驱动移动滑板带动工件水平移动。值得一提的是，装在移动滑板上的定位块主要起定位工件的作用，对于不同车型的侧围定位块的形式亦不同，如果想要焊接其他车型的侧围，只需更换定位块，其他部分可以不做大的修改，这种方式较之传统的传输装置已经大进一步向柔性化发展。5，各工位base板结构各个工位的base板通过连接板连在一起构成了整个汽车焊装线的支撑装置，它既要支撑整个传输装置又要支撑焊装夹具。此外，为了保证夹具与车身零件的基准一致，在base板上按照设计基准画出基准刻度线。图中的调平装置主要起到对整个传输装置调平作用。base板结构1 base板 2 调平装置3 base板连接板 以上所介绍的是传输装置的主要结构，通过除此以外还有一些辅助装置：6，缓冲锁紧装置（如下图） 缓冲锁紧装置1 汽缸支撑架 2 限位块3 汽缸 4 缓冲器 5缓冲器支架 6 行程开关焊装线传输装置共设置了4个缓冲锁紧装置分别分布于顶升框架的两端，主要是对“移动滑板”的水平运动起到缓冲和锁紧作用。具体过程是：当“移动滑板”快要运动到传输装置的末端时，便与缓冲器接触从而减缓运动速度；当“移动滑板”运动到传输装置的末端后，行程开关命令汽缸夹紧固定在移动滑板上的限位块从而起到锁紧作用。该装置实现了汽车焊装线传输装置慢启、慢停的进退动作要求，保证了传输装置运行安全、可靠。7，安全装置（如下图）安全装置1支撑臂 2 夹紧臂3 4 支架 该装置在整个传输装置上设立3个，主要作用是顶起整个“顶升框架”便于工人进行检修。8，安全装置（如下图）1.3 焊接设备焊接设备主要负责对整个车身覆盖件进行分块连接的作用。目前，汽车生产过程中所使用的焊接设备主要包括点焊焊枪，凸焊设备，缝焊设备等。就整个汽车车身焊装线而言，它大体包括车身侧围总成线、车身门盖总成线、底板总成线、车身焊装主线等。其中每部分又有相应的主线、子线、左右对称线和独立岛。根据生产节拍、自动化程度及生产方式等的不同，每条线又分为若干个工位；各工位间通过传输装置连为一体，每工位负责完成一部分工作。地板焊接总成前围焊接总成左、右侧围总成后围焊接总成顶棚组件铰链及门组件车身焊装总成前地板总成后地板总成车架焊接总成其它零部件左右纵梁焊接地板横梁焊接其它零部件图1 焊装主工艺流程2 汽车车身焊装生产线的发展从汽车工业的发展历史来看，车身焊装线经历了从20世纪5060年代的手工焊接线到20世纪70年代的自动化刚性焊装线，再到20世纪80年代以后的机器人柔性焊装线的发展过程。在汽车发展的初级阶段，主要应用直通式生产线。到了上世纪六七十年代，曾较多的使用随行夹具生产线，但由于随行夹具体积大、结构复杂、运动惯性大、难以实现多品种生产及机器人配套使用等缺点，因而到了七十年代中后期，各主要汽车厂家又改进了贯通式生产线。目前，世界汽车发展的趋势是由大批量生产向多品种、小批量生产转化，为了满足汽车消费者广泛而多样化的需要，适应汽车市场的激烈竞争，世界各大汽车生产厂家不断缩短车型变换周期，加快车种的更新，因此现代汽车焊装线在功能上逐步趋于柔性化。柔性生产线从狭义上讲，指多种车型混线生产，各种车型能够依据市场需求的变化而在总产量不变的前提下，任意调整整个车型的比例。3 国内汽车车身焊装生产线现状3.1 主料选用目前，国内汽车生产所采用的焊接钢板有双面镀锌钢板、普通冷轧钢板以及其他特种钢板等。钢板厚度从0.5mm至1.2mm不等。在现代汽车设计当中，车身钢板正在向薄的方向发展。由于技术的进步，在采用薄钢板后，车身刚度以及在碰撞时的保护能力并没有下降。另外，在车身的不同地方，根据作用的不同使用厚度和强度不同的钢板。例如前后翼子板、车顶盖、车头盖等一些不需要受力很大的部位通常使用薄钢板，而一些承受力较大的部位则使用较厚的特制钢板。3.2 主要生产工艺国内焊接车间主要生产工艺有：电阻点焊、CO2气体保护焊、螺柱焊、钎焊、MIG焊、激光焊、涂胶、冲铆、装配、修磨等。3.2.1 电阻焊电阻焊一般是使工件处在一定电极压力作用下并利用电流通过工件时所产生的电阻热将两工件之间的接触表面熔化而实现连接的焊接方法。电阻焊是国内车身焊接所采用的主要的焊接方式。在车身焊接生产中大量采用了电阻点焊，焊点数多达数千个。3.2.2 熔化极气体保护电弧焊这种焊接方法是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，由焊炬喷嘴喷出的气体保护电弧来进行焊接的。熔化极气体保护电弧焊通常用的保护气体有：氩气、氦气、CO2气或这些气体的混合气。这种方法的主要优点是可以方便地进行各种位置的焊接，同时也具有焊接速度较快、熔敷率高等优点。3.2.3 激光焊激光焊是指利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，是汽车工业上应用的新技术。激光焊接又分为激光熔焊及激光钎焊。激光熔焊是采用偏光镜反射激光产生的光束,使其集中在聚焦装置中，产生具有巨大能量的光束，当焦点接近工件，工件表面会产生极高温度，在几毫秒内熔化，达到熔化结合的物理变化。激光熔焊的特点是被焊接工件变形小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，例如焊缝宽1mm，深可达5mm，因此焊接极为牢固，表面焊缝宽度很小，连接间隙实际为零，焊接质量比传统方法高。采用激光熔焊技术，既提高了工件表面的美观，又降低了板材使用量，由于零件焊接部位几乎没有变形，不需要焊后热处理，还提高了车身的刚度。激光钎焊是指激光束照射在钎料上，通过钎料的液相对母材的固相表面润湿和铺展实现连接的方法，钎焊过程中焊丝熔化而工件不熔化。因此在钎料上和工件上须保持适当的激光能量分配，它将直接影响钎焊过程中母材金属和钎料熔融金属的温度。3.2.4 涂胶涂胶工艺多用于车顶天窗、地板、侧围、四门两盖及总拼调整工位。包括点焊胶、减振胶、折边胶、密封胶、强度胶及支持胶。大大提高车身强度,同时增加了车身的柔性,有助于增加密封性及降低噪音。4 国内汽车车身焊装生产线存在的问题焊装作为汽车生产的四大工艺之一，其技术、自动化水平对汽车生产的作用至关重要。然而，目前我国国内焊装线的水平参差不齐，直接或间接影响着汽车产业的发展。问题突出表现在两点：4.1 缺少公用的技术水平我国汽车工业自主开发能力较弱，落后于发达国家二、三十年，在产品公用技术平台方面研究的比较少。目前大多数汽车产品是从国外引进的或者是请国外设计的。我国汽车制造厂数量多分布分散，缺少产品更新换代规划，存在着盲目看市场的情况。市场大趋势客观上要求汽车制造厂建立产品间的共用技术平台，不断以最少的投入推出新的车身，满足市场需要。如德国大众汽车集团，实现了不同车型共用一个车身下部，其冲压件的数量和焊接工作量占整车的比例相当高，通过改变车身前、后部和侧面形状实现更新换代。同一技术平台的系列产品，其车身下部和其他部位有许多通用的焊接总成，在生产线的设计和制造方面能都达到混线，这样不仅可以降低不同品种的汽车在建立焊装生产线上的投入，同时还可以降低冲压模具的投入，从而降低生产成本。4.2 盲目追求自动化在汽车制造业发达的国家，其劳动力较少，价格高昂。通过实现自动化可以降低生产成本，提高劳动效率。而在我国人口众多，劳动力成本低且工业基础薄弱，自主生产的元气件达不到自动化的要求，这是我们的国情，与发达国家有着本质的区别。可是一些汽车厂的高层领导，到国外一些大汽车集团参观回来，多数要求焊装生产线要提高水平，增加自动化程度和机器人数量，盲目向发达国家汽车业学习。由于国内技术达不到自动化的水平，这种盲目追求自动化的结果是花大量的外汇引进生产线，同时对生产线的维护和保养提出更高的要求，增加了维修难度。5 焊装误差产生的原因及控制汽车车身焊装误差产生的原因很多，主要涉及到产品设计、焊接夹具、零件、焊接变形和操作过程变形五个方面。对产生焊装误差的各个方面因素来进行合理、综合地控制，即可有效地减小焊装误差。5.1 产品设计涉及质量决定了产品的固有质量，保证产品质量必须从产品设计开始。从工艺角度来讲，产品的工艺性药好，包括冲压工艺性、焊装工艺性、装配工艺性及外观或形工艺性等。它们是相互联系又相互制约的，要综合起来考虑。评价一个产品的工艺性时，首选药分析该产品结构是否有足够可进行分解装配焊接的工艺分离面；其次，在冲压工艺允许的情况下，应尽可能减小零件的分块，尽量采用整体结构，特别是对不易保证结构或尺寸要求较高的焊接结构要尽量采用整体压件。如整体门槛、整体后风窗框可采用整体冲压工艺，以减小装配误差的焊接变形。此外，冲压件的结构和形面设计、装配孔、工艺孔的安排布置及焊接接头的设计也要合理，这样可以很好地进行定位和焊装，从而减小焊装误差。5.2 焊接夹具产品设计完成后，焊接夹具是保证车身焊装精度的最重要因素，焊接夹具的租用时保证所要焊接零件之间的相对位置和焊接件的尺寸精度，减小焊装过程中的变形，提高焊装效率。焊接夹具主要由定位装置、夹紧装置以及夹具底构成，装夹焊接和去除构成整个焊装的过程。在焊接夹具设计、制造、调整、使用和维护等各个环节都存在产生焊装误差的因素。5.3 零件零件尺寸不合格也是造成焊装误差的一个原因，所谓零件尺寸不合格是指零件尺寸不符合产品图纸要求，即通常说的零件尺寸超差。 有些情况下零件的某些尺寸误差对焊装所造成的影响也可以通过调整夹具来消除。但在很多情况下，零件尺寸不合格，特别是主要尺寸不合格都会产生焊装误差，主要表现为零件无法再夹具上装夹，或其它零件之间不贴合、或过渡不协调，从而造成无法焊装。有些虽然不影响在夹具上焊装，但由于零件之间不协调，即使在夹具较大的压紧力作用下强行贴合压制点焊在一起了，但由于产生了强制变形，从而产生焊装误差。故零件的尺寸是应该保证的，特别是一些主要的装配孔、装配面和孔尺寸是必须控制的。零件的尺寸误差主要取决于冲压模具的设计和制作水平。5.4 焊接变形焊接变形引起的焊装误差一般比较难于定量计算。焊接变形量的确定应通过理论分析与实际测量相结合。理论分析师对各部位的变形情况进行大致的定性分析，具体数值大小还要进行实际测量或试验测量。焊接变形的测量所需要的检测手段比较复杂，而且对不同部位、不同的焊接方法、焊接规范和不同的操作顺序等都要具体分析。通过对夹具的调整在夹具上进行反变形，也可以抵消一部分焊接变形的影响，但有时也不可能完全依靠夹具来解决。汽车焊装时应选择合理的焊接方法和焊接工艺，控制稳定的焊接规范，以减少焊接变形。5.5 防止焊接变形措施焊接过程中发出大量热量是焊接变形产生的重要原因。另外，施工过程中各部件相互错位是变形的次要因素。对这两个因素进行分析可以采取以下可行措施进行预防：刚性固定方法之一：采用丝杠紧固车架大梁。车架大梁在胎具内的定位除了定位块之外，还要由拉丝杠制作的夹具将型钢压住，使之靠近定位块的一侧，目的是利于脱模起胎及将组焊前的车架大梁强制校正。刚性固定法之二：采用快速推拉夹具将车架前、后段槽钢靠近和脱离定位。由于车架中断总成与前、后段形成一定高度的空间体，在左右方向上要有一定的宽度空隙，既利于起胎时不碰撞地位块，又要夹紧时方便迅速，快速推拉夹具就能解决这一难题。反变形法之一：采用5mm的工艺垫片，在施焊前垫在车架大梁中间部位，再用丝杠夹具强制将大梁向下压。根据物料热膨胀冷收缩原理，结合封闭结构件同一部位加热时产生的伸长量小于该部位收缩量的实