汽車車身焊裝夾具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)研究

1 車身焊接夾具的特點(diǎn)

1.1 焊裝夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

車身焊裝夾具體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜是最明顯的特點(diǎn)，為有利于加工和裝配，便于在后期使用過程中進(jìn)行維護(hù)和檢修，必須分解夾具的結(jié)構(gòu)。車身焊裝夾具有三個(gè)裝配基準(zhǔn)，分別是左、右側(cè)圍和底板，在相關(guān)平面上設(shè)定有坐標(biāo)線以及基準(zhǔn)槽，只要按對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)和基準(zhǔn)槽進(jìn)行裝配、檢測(cè)，然后把各部分統(tǒng)一組合起來，就是一個(gè)合格的夾具。

1.2 焊裝夾具的定位特點(diǎn)

焊裝夾具的定位元件多為不規(guī)則的曲面，一般很少用到標(biāo)準(zhǔn)元件。焊接夾具應(yīng)定位好每一個(gè)被焊工件，保證相互之間不會(huì)干涉，這就要求在設(shè)計(jì)定位元件時(shí)必須充分利用工件的裝配關(guān)系作為定位支承。如果裝配要求不嚴(yán)格，可以不使用焊接夾具操作。

1.3 焊裝夾具的夾緊特點(diǎn)

車身沖壓件經(jīng)常使用電阻焊接，如果點(diǎn)焊的加壓方向同工件重力一致，且焊接壓力不使工件變形，定位基準(zhǔn)和裝配位置也不受到影響，那么夾緊機(jī)構(gòu)可以忽略。焊接針對(duì)的是兩個(gè)以上的工件，夾緊點(diǎn)很多，使用電阻焊這種焊接工藝可以提高工作的效率，減少裝卸時(shí)間。夾緊宜采用多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)與快速高效裝置。

對(duì)于薄板沖壓件夾緊力的關(guān)鍵是找準(zhǔn)支承點(diǎn)，沖壓件由于剛性受到結(jié)構(gòu)以及鋼材厚度的影響，參數(shù)是不一樣的，夾緊應(yīng)該保證工件不會(huì)發(fā)生變形。夾緊力的設(shè)定主要是為工件的裝配提供便利，使其貼合于定位支承。在夾緊器制作材質(zhì)的選取上，夾緊頭部多是碳鋼、不銹鋼等，這類材質(zhì)可以滿足工件的不同要求。

2 夾具設(shè)計(jì)的定位元素

2.1 定位銷

定位銷是用于零部件定位的重要元素。在設(shè)計(jì)車身零件的焊接夾具時(shí)，通常我們會(huì)設(shè)計(jì)一組由一個(gè)圓形定位銷和菱形銷組成的定位銷組來進(jìn)行定位，保證在焊接過程中零件定位的精度，和放取件的方便性。定位銷我們根據(jù)使用形式可分為固定銷，伸縮銷，和擺動(dòng)銷。我們將使用方式為固定安裝的銷稱為固定銷。因?yàn)楣潭ㄤN易于安裝，并且制造加工比較方便所以在夾具設(shè)計(jì)時(shí)常常會(huì)使用到。但它的數(shù)量也不能太多。因?yàn)槲覀冎溃悴考际峭ㄟ^銷孔和定位銷的銷體接觸，形成定位。當(dāng)一個(gè)零部件上的固定銷太多時(shí)，雖然在短期內(nèi)易于保證精度，但是由于定位銷太多，鈑金件加工質(zhì)量一致性難于保證，而設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)的定位孔和銷的公差范圍比較小，造成工人焊接上件，和焊接完取件不方便，經(jīng)過多次的拿取操作后會(huì)造成定位銷的磨損，定位銷的剛度也會(huì)受一定影響，從而影響定位精度。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候，一套夾具的固定銷數(shù)量一般不超過兩個(gè)。伸縮銷和擺動(dòng)銷也是用的比較多的一種定位銷。當(dāng)一套夾具需要多個(gè)定位銷時(shí)，而固定銷的數(shù)量又受到限制，我們就考慮設(shè)計(jì)時(shí)增加伸縮銷或者擺動(dòng)銷。當(dāng)然，改變銷的結(jié)構(gòu)形式也需考慮零件的結(jié)構(gòu)，和預(yù)留的操作空間，不能與零件有干涉。當(dāng)定位銷由于受到零件結(jié)構(gòu)限制而不是水平的，而是帶有一定角度或者垂直于BASE 板，考慮到取放件的便易性，我們也應(yīng)將定位銷設(shè)計(jì)成擺動(dòng)或伸縮的。

2.2 定位塊及壓塊

定位塊和壓塊在夾具設(shè)計(jì)中也用的比較多，他們分別起定位和壓緊作用。定位塊主要用于對(duì)面的定位，它能保證一些重要的型面和功能面的尺寸。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們要根據(jù)工藝上要求的 RPS 并結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)定位塊的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行定位塊的設(shè)計(jì)。壓塊主要是用于保證零件的壓緊。它的設(shè)計(jì)主要考慮因素是能不能在保證壓緊零件的同時(shí)，又能保證焊槍良好的操作性。它的結(jié)構(gòu)形式因而也會(huì)因?yàn)榱慵推渌麏A具結(jié)構(gòu)體的形式而不同。

3 車身的焊接夾具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 采用合適的焊接夾具設(shè)計(jì)工具

（1）WAVE 是三維造型軟件 UG 的重要模塊，能實(shí)現(xiàn)“部件間的關(guān)聯(lián)”，可完成汽車車身焊裝夾具總體裝配設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)過程的有效控制；

（2）根據(jù)分解后的車身焊合件，合理設(shè)計(jì)夾具的種類；

（3）考慮年產(chǎn)量確定夾具的自動(dòng)化水平和定位裝置；

（4）車身和夾具的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致。焊裝夾具上的部件位置都是根據(jù)車身零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)而定，最終要保證生產(chǎn)出合格的焊接工裝結(jié)構(gòu)；

（5）焊接夾具的定位合理。夾具的定位包括孔定位和面定位。夾具定位大都采用過定位方式，以增加焊接的剛度，減少焊接變形。采用孔定位，優(yōu)先考慮的是沖壓工序的定位孔，要求孔的尺寸和位置準(zhǔn)確可靠；

（6）正確設(shè)計(jì)夾緊裝置。當(dāng)正確確定零件在夾具上定位后，為確定焊接時(shí)中各個(gè)工件的裝配位置，同時(shí)考慮克服工件的回彈變形，一般需要用夾緊機(jī)構(gòu)。該裝置能使工件和支承面、定位面和工件以及工件之間夾緊貼合。

3.2 焊裝夾具中的計(jì)算機(jī)技術(shù)

3.2.1 淺談汽車焊裝夾具的虛擬制造環(huán)境

當(dāng)今，遍布全球的制造企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)也變得越來越激烈，而決定企業(yè)全球競(jìng)爭(zhēng)能力的主要指標(biāo)是新產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間(Time)、質(zhì)量(Quality)、成本(Cost)和服務(wù)(Services)，即 TQCS。對(duì)此，國際上于 90 年代初提出了一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的制造技術(shù)——虛擬制造技術(shù)。虛擬制造技術(shù)是由計(jì)算機(jī)仿真、建模技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、并行工程和多媒體技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)形成的綜合系統(tǒng)技術(shù)。產(chǎn)品和過程的建模與仿真技術(shù)是實(shí)現(xiàn)虛擬制造的核心技術(shù)。汽車焊裝夾具在制作現(xiàn)實(shí)的成品之前，如果先采用虛擬制造，可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真化模擬制造，可以通過虛擬的制造技術(shù)來對(duì)現(xiàn)實(shí)中的制作過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析，如此一來，再進(jìn)行現(xiàn)實(shí)的制造時(shí)，就會(huì)減少許多問題，提高產(chǎn)品的質(zhì)量與效率。具體的內(nèi)容為：在焊裝夾具虛擬制造系統(tǒng)中，通過建立夾具設(shè)計(jì)的產(chǎn)品模型、工藝模型、裝配模型和成本模型等，利用設(shè)備模型庫和仿真服務(wù)模塊來定義虛擬車間，由設(shè)備模型庫中的對(duì)象類定義來創(chuàng)立車間對(duì)象模型，在虛擬車間內(nèi)進(jìn)行汽車車身覆蓋件的裝夾、焊接和拆卸過程，用計(jì)算機(jī)記錄下這個(gè)過程中汽車車身覆蓋件的變形規(guī)律此外，利用仿真接口可實(shí)現(xiàn)虛擬制造系統(tǒng)與用戶、應(yīng)用系統(tǒng)以及真實(shí)設(shè)備之間的接口。

3.2.2 汽車焊裝夾具利用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的可行性對(duì)于焊裝夾具來說，通常由支座、定位板、壓板、銷軸、夾緊器及限位塊等組成，共計(jì) 5大類 200 多種，這些結(jié)構(gòu)以及元件都對(duì)精密度有著嚴(yán)格的要求，同時(shí)汽車焊裝夾具結(jié)構(gòu)也有著許多的特點(diǎn)，比如想要讓車企的改型速度快以及研制周期短，可以采用大量的標(biāo)準(zhǔn)化元件進(jìn)行制造。在實(shí)際的投入使用案例中，也可以明顯發(fā)現(xiàn)采用大量的標(biāo)準(zhǔn)化元件的許多優(yōu)勢(shì)，最具有說服力的就是當(dāng)今世界上許多汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家采用的都是這樣的方法，而
要想元件大量標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，這就離不開用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行控制；此外，由于上文提到的支座、定位板、壓板等焊裝夾具對(duì)于精密度有著嚴(yán)格的要求，有的元件甚至要求為百分之幾毫米，因此要想大量快速地生產(chǎn)這些元件，不可能靠人力進(jìn)行加工以及校正，而采用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以很好地進(jìn)行元件的精密控制；所以根據(jù)汽車焊裝夾具的特點(diǎn)可以決定焊裝夾具進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)具有可行性。

通過對(duì)高壓電機(jī)主絕緣內(nèi)部導(dǎo)體角部電場(chǎng)的計(jì)算，得出發(fā)電機(jī)定子線棒導(dǎo)體角部存在電場(chǎng)集中現(xiàn)象，當(dāng)導(dǎo)體圓角處等位層的曲率半徑≥2mm 時(shí)，發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣的場(chǎng)強(qiáng)分布得到明顯改善。最大場(chǎng)強(qiáng)和不均勻系數(shù)下降明顯。導(dǎo)體等位層與導(dǎo)體接觸的裸銅點(diǎn)間距在不超過 300mm 的范圍內(nèi)時(shí)，等電位層效果最好。導(dǎo)體角部電場(chǎng)分布優(yōu)化措施能有效的提高高壓電機(jī)定子線棒電氣性能。不同結(jié)構(gòu)內(nèi)屏蔽的線棒可獲得不同的電氣性能，與局部屏蔽層處理的線棒相比，采用全屏蔽層處理的線棒介質(zhì)損耗角正切值要低，局部放電量以及擊穿電壓要高。

4 結(jié)束語

汽車車身的焊裝，焊裝夾具不可或缺，它影響著汽車生產(chǎn)的水平，對(duì)汽車生產(chǎn)的效率、質(zhì)量和規(guī)模都產(chǎn)生重要作用。因此，重視焊裝夾具設(shè)計(jì)的常見問題和掌握焊裝夾具設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，革新焊裝夾具的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)水平非常重要，同時(shí)也是汽車制造公司在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中得以生存的重要因素。