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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 轎車(chē)前門(mén)內(nèi)板焊裝夾具設(shè)計(jì) 系部名稱： 汽車(chē)與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 車(chē)輛工程 B07-2 班 學(xué)生姓名： 姜巖 指導(dǎo)教師： 石美玉 職 稱： 教授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 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 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 焊裝是汽車(chē)制造的四大工藝之一，焊裝生產(chǎn)系統(tǒng)的快速高效建造是汽車(chē)制造業(yè)快 速響應(yīng)市場(chǎng)需求的重要條件之一。夾具在汽車(chē)焊裝線上占有相當(dāng)大的比例，它的設(shè)計(jì) 制造精度和進(jìn)度直接影響汽車(chē)的制造精度和生產(chǎn)周期。 以車(chē)門(mén)為例，車(chē)門(mén)內(nèi)板的焊裝質(zhì)量更直接地影響整個(gè)車(chē)身的裝配精度，這只能用 合格的焊裝夾具來(lái)解決。針對(duì)轎車(chē)前車(chē)門(mén)內(nèi)板焊裝夾具的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，研究了車(chē)門(mén)的 結(jié)構(gòu)和裝配特點(diǎn)，制定了焊裝生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝流程。根據(jù)汽車(chē)焊裝夾具的設(shè)計(jì)原理及 焊裝精度控制方法，系統(tǒng)的進(jìn)行了轎車(chē)前門(mén)內(nèi)板焊裝夾具的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)車(chē)門(mén)內(nèi)板焊 裝工藝的分析，設(shè)計(jì)了基板、安裝板、連接板、定位元件、夾緊機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，合 理的選配了氣缸、L 型板、圓柱銷與菱形銷。利用零件本身沖壓出來(lái)的凸臺(tái)和凹坑進(jìn) 行定位，氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾緊，完成了門(mén)窗加強(qiáng)板、防撞桿、車(chē)門(mén)內(nèi)板三個(gè)件焊裝 夾具的總體設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：車(chē)門(mén)內(nèi)板；焊裝夾具；連接板；夾緊機(jī)構(gòu)；防撞桿 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 ..........................................................................................................................................................I Abstract.................................................................................................................................................II 第 1 章 緒論 .......................................................................................................................................1 1.1 目的及意義 ..................................................................................................................................1 1.2 汽車(chē)制造業(yè)與車(chē)身制造的關(guān)系 ..............................................................................................1 1.3 汽車(chē)焊裝夾具在汽車(chē)車(chē)身制造中的發(fā)展 ............................................................................2 1.4 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)焊裝夾具的發(fā)展現(xiàn)狀 ..........................................................................................3 1.5 車(chē)門(mén)內(nèi)板焊裝夾具的技術(shù)要求及設(shè)計(jì)內(nèi)容 ........................................................................3 第 2 章 汽車(chē)車(chē)身焊裝技術(shù) .......................................................................................................4 2.1 白車(chē)身的概念 .............................................................................................................................4 2.2 車(chē)身尺寸偏差的形成 ................................................................................................................5 2.3 車(chē)身焊裝工藝設(shè)計(jì) ....................................................................................................................6 2.3.1 流程圖設(shè)計(jì) ..........................................................................................................................7 2.3.2 焊點(diǎn)描述 ...............................................................................................................................8 2.3.3 焊鉗的選型 ..........................................................................................................................8 2.3.4 焊裝工藝卡 ...........................................................................................................................8 2.3.5 車(chē)身的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的一些問(wèn)題 ..........................................................................9 2.4 車(chē)身焊裝夾具的結(jié)構(gòu)、定位及夾緊的特點(diǎn) .......................................................................9 2.4.1 車(chē)身焊裝夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ...............................................................................................9 2.4.2 車(chē)身焊裝夾具的定位特點(diǎn) ...............................................................................................9 2.4.3 車(chē)身焊裝夾具的夾緊特點(diǎn) .............................................................................................10 2.5 車(chē)身焊裝夾具的精度控制及設(shè)計(jì)的模塊化 .....................................................................10 2.5.1 車(chē)身焊裝夾具的精度控制 .............................................................................................10 2.5.2 車(chē)身焊裝夾具設(shè)計(jì)的模塊化 ........................................................................................11 2.6 本章小結(jié) ....................................................................................................................................11 第 3 章 車(chē)門(mén)內(nèi)板焊接設(shè)備 .....................................................................................................12 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3.1 電阻焊的分類 ...........................................................................................................................12 3.1.1 點(diǎn)焊 .....................................................................................................................................12 3.1.2 縫焊 .....................................................................................................................................13 3.1.3 凸焊 .....................................................................................................................................14 3.1.4 對(duì)焊 .....................................................................................................................................14 3.2 電阻焊的優(yōu)缺點(diǎn) .......................................................................................................................14 3.2.1 電阻焊的優(yōu)點(diǎn) ...................................................................................................................14 3.2.2 電阻焊的缺點(diǎn) ...................................................................................................................15 3.3 電阻焊對(duì)金屬材料焊接性的要求 .......................................................................................15 3.3.1 金屬材料點(diǎn)焊、縫焊的特點(diǎn) ..........................................................................................15 3.3.2 低碳鋼的焊接 ....................................................................................................................16 3.4 電阻焊設(shè)備 ................................................................................................................................18 3.4.1 焊機(jī)的分類與要求 ..........................................................................................................18 3.4.2 點(diǎn)焊機(jī) .................................................................................................................................19 3.4.3 移動(dòng)式點(diǎn)焊機(jī) ...................................................................................................................20 3.5 本章小結(jié) ....................................................................................................................................22 第 4 章 轎車(chē)車(chē)門(mén)內(nèi)板焊裝工藝 ...........................................................................................23 4.1 前車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)及其裝配過(guò)程 .....................................................................................................23 4.1.1 前車(chē)門(mén)總成及其裝配過(guò)程 .............................................................................................23 4.1.2 前車(chē)門(mén)內(nèi)板總成及其裝配過(guò)程 .....................................................................................23 4.2 前車(chē)門(mén)內(nèi)板的材料 ..................................................................................................................24 4.2.1 各汽車(chē)廠用鋼板型號(hào) ......................................................................................................24 4.2.2 車(chē)門(mén)內(nèi)板材料 ...................................................................................................................26 4.3 焊接接頭的型式 .......................................................................................................................26 4.4 焊點(diǎn)的布置原則 .......................................................................................................................27 4.4.1 焊點(diǎn)的形狀與尺寸 ..........................................................................................................27 4.4.2 點(diǎn)焊的基本要求 ...............................................................................................................27 4.4.3 焊點(diǎn)的布置 ........................................................................................................................28 4.4.4 點(diǎn)焊的順序 ........................................................................................................................29 4.5 結(jié)構(gòu)的開(kāi)敞性 ...........................................................................................................................29 4.6 精度的合理性 ...........................................................................................................................29 4.7 本章小結(jié) ....................................................................................................................................30 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 章 夾具的總體設(shè)計(jì) ..........................................................................................................31 5.1 焊接夾具的分類及設(shè)計(jì)要求 ................................................................................................31 5.1.1 焊接夾具的分類 ...............................................................................................................31 5.1.2 焊接夾具的設(shè)計(jì)要求 ......................................................................................................32 5.2 焊接夾具設(shè)計(jì)流程圖 ..............................................................................................................32 5.3 定位夾緊元件的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................32 5.4 點(diǎn)焊鉗的選擇 ..................................................................................................................................34 5.5 主要零件設(shè)計(jì)說(shuō)明 ...................................................................................................................36 5.5.1 夾緊單元（POST） ........................................................................................................36 5.5.2 L-型板 ..................................................................................................................................36 5.5.3 支撐板（連接板） ............................................................................................................36 5.5.4 壓頭 ......................................................................................................................................37 5.5.5 夾緊塊 ..................................................................................................................................37 5.5.6 調(diào)整墊片及限位板 ............................................................................................................37 5.5.7 定位銷 ..................................................................................................................................38 5.5.8 基板 ......................................................................................................................................38 5.5.9 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) .............................................................................................................................39 5.6 相關(guān)計(jì)算 .....................................................................................................................................39 5.6.1 壓轉(zhuǎn)臂張開(kāi)角計(jì)算 ............................................................................................................39 5.6.2 氣缸夾緊力計(jì)算 ................................................................................................................40 5.7 本章小結(jié) .....................................................................................................................................42 結(jié)論 .......................................................................................................................................................43 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................44 致謝 .......................................................................................................................................................46 附錄 .......................................................................................................................................................47 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 1.1 目的及意義 汽車(chē)焊裝夾具多用于焊接薄板，對(duì)于薄板沖壓件，夾緊力作用點(diǎn)要作用在支承點(diǎn) 上，只有對(duì)剛性很好的工件才允許作用在幾個(gè)支承點(diǎn)所組成的平面內(nèi)，以免夾緊力使 工件彎曲或脫離定位基準(zhǔn)。夾緊力主要用于保持工件裝配的相對(duì)位置，克服工件的彈 性變形，使其與定位支承或?qū)щ婋姌O貼合，對(duì)于 1.2mm 厚度以下的鋼板，貼合間隙不 大于 0.8mm，每個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力一般在 300-750N 范圍內(nèi)；對(duì)于 1.5-2.5mm 之間的 沖壓件，貼合間隙不大于 1.5mm,每個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力在 500-3000N 范圍內(nèi)。因裝夾 是在焊裝夾具上完成的，所以?shī)A具在整個(gè)焊接流程中起著重要作用。在焊接過(guò)程中， 合理的夾具結(jié)構(gòu)，有利于合理安排流水線生產(chǎn)，便于平衡工位時(shí)間，降低非生產(chǎn)用時(shí)。 對(duì)具有多種車(chē)型的企業(yè)，如能科學(xué)地考慮共用或混合型夾具，還有利于建造混合型流 水線，提高生產(chǎn)效率。汽車(chē)焊裝夾具是對(duì)車(chē)身沖壓零件進(jìn)行裝配焊接的專用工藝裝置， 是汽車(chē)制造過(guò)程中直接影響產(chǎn)量、質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備。合理的設(shè)計(jì)焊裝夾具是保證焊接 質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、降低車(chē)身制造成本的根本途徑。汽車(chē)焊 裝夾具可以保證和提高汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高裝焊自動(dòng)化程度。因此 汽車(chē)焊裝夾具設(shè)計(jì)水平的提高成為一個(gè)提高汽車(chē)制造業(yè)水平的有效途徑，受到國(guó)內(nèi)外 汽車(chē)行業(yè)的的廣泛關(guān)注。保證焊件質(zhì)量，生產(chǎn)效率高，使用安全可靠，制造成本低等 這些要求，在夾具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能的促其實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上這些要求已經(jīng)成為評(píng)定夾具設(shè) 計(jì)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)?？偠灾?chē)裝焊夾具在汽車(chē)制造技術(shù)中處著舉足輕重的地位，因 此設(shè)計(jì)出合理而先進(jìn)的焊裝夾具對(duì)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展有著實(shí)際的意義。 1.2 汽車(chē)制造業(yè)與車(chē)身制造的關(guān)系 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，汽車(chē)已一躍成為當(dāng)前極為重要的交通工具。從全世界 范圍來(lái)看，目前還找不出一個(gè)無(wú)汽車(chē)的現(xiàn)代化社會(huì)的先例。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的汽 車(chē)工業(yè)得到較快的發(fā)展，產(chǎn)量，品種，型號(hào)日益增多。但由于我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)起步較 晚，集團(tuán)化程度不高，其產(chǎn)量，質(zhì)量與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在較大的差距，因此面臨著 國(guó)際汽車(chē)發(fā)展浪潮的機(jī)遇和壓力。汽車(chē)生產(chǎn)制造水平對(duì)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要 的作用，而汽車(chē)產(chǎn)量和質(zhì)量的提高又涉及到眾多的方面，包括原材料，工藝，工裝設(shè) 備和管理水平等等。就我國(guó)目前汽車(chē)生產(chǎn)水平而言，除某些生產(chǎn)廠或合資廠從國(guó)外引 進(jìn)一部分先進(jìn)技術(shù)和工裝設(shè)備外，不少生產(chǎn)廠生產(chǎn)制造水平很低。較為突出的是在汽 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 車(chē)大型覆蓋件的沖壓工藝及模具，汽車(chē)裝焊設(shè)備及夾具和胎具，汽車(chē)涂裝等生產(chǎn)技術(shù) 方面還很落后，它直接影響著生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。尤其是汽車(chē)裝焊工藝 方面自動(dòng)化程度很低，專業(yè)人才緊缺。汽車(chē)工業(yè)在帶動(dòng)其他各行各業(yè)的發(fā)展中，已日 益顯示出極為重要支柱產(chǎn)業(yè)的作用。汽車(chē)制造水平對(duì)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的 作用，就我國(guó)目前的汽車(chē)生產(chǎn)水平而言，除了從國(guó)外引進(jìn)的一部分先進(jìn)技術(shù)和工裝設(shè) 備外，整體水平還很低，其中較為突出的是在汽車(chē)裝焊工藝方面自動(dòng)化程度比較低。 1.3 汽車(chē)焊裝夾具在汽車(chē)車(chē)身制造中的發(fā)展 汽車(chē)車(chē)身是汽車(chē)的重要組成部分，是整個(gè)汽車(chē)零部件的載體，它的重量和制造成 本占整車(chē)的 40％～60％，它通常是由 300～500 多個(gè)具有復(fù)雜空間曲面的薄板沖壓。 通過(guò)裝焊、鉚接和機(jī)械聯(lián)接等方法而構(gòu)成一個(gè)完整的車(chē)體。其中焊接是最主要的聯(lián)接 方法，它直接影響著車(chē)身質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性。在生產(chǎn)線上有 200 個(gè)左右的裝配工 作站進(jìn)行大批量、快節(jié)奏的焊裝生產(chǎn)。焊裝夾具(welding fixture)就是為保證焊件尺寸， 提高裝配效率，防止焊接變形所采用的工藝裝備。汽車(chē)焊裝結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中裝配和焊接是 兩個(gè)重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，完成這兩個(gè)環(huán)節(jié)的工藝過(guò)程離不開(kāi)裝配夾具和焊裝夾具。焊裝 夾具的種類繁多，因而提高裝配精度焊接質(zhì)量是車(chē)身制造的核心工作。在裝焊過(guò)程中， 特別是對(duì)于具有基準(zhǔn)孔的部分，應(yīng)使用專用夾具或樣板來(lái)確定車(chē)身的形狀、尺寸和相 互位置，以保證裝配精度。一個(gè)完整的轎車(chē)裝夾定位點(diǎn)達(dá) 1700～2500 個(gè)，焊點(diǎn)多達(dá) 3000～4000 個(gè)。其中夾具的定位部分需用車(chē)身產(chǎn)品的 CAD 數(shù)模進(jìn)行數(shù)控加工，使沖 壓件在裝配時(shí)很好地與夾具定位面相吻合，以利于焊后的車(chē)身符合主模型。因此裝焊 的質(zhì)量主要取決于沖壓件的精度、夾具精度以及操作的正確與否。轎車(chē)車(chē)身裝配的典 型特征之一是柔性薄板沖壓件多工位焊裝。沖壓件偏差和焊裝夾具是影響車(chē)身尺寸質(zhì) 量的主要因素。在焊裝過(guò)程中，由于薄板剛性差、易變形，為了保證零部件之間正確 的相對(duì)位置和焊接間隙，必須通過(guò)焊裝夾具將其固定。為保證白車(chē)身裝配尺寸的準(zhǔn)確 性，最重要的手段就是正確的工裝定位。汽車(chē)焊裝夾具與其他夾具相比，定位單元型 面復(fù)雜，精度要求高，設(shè)計(jì)制造難度大。另外，由于汽車(chē)零件尺寸大，定位單元無(wú)法 做成整體結(jié)構(gòu)，一般采用獨(dú)立的定位板，安裝在整體底板上。在夾具使用過(guò)程中，如 果發(fā)生偏移，磨損等現(xiàn)象，將導(dǎo)致零部件扭曲變形，出現(xiàn)定位偏差，引起焊接間隙的 變動(dòng)，最終導(dǎo)致裝配尺寸誤差和構(gòu)件受力狀態(tài)的惡化，直接影響到白車(chē)身的質(zhì)量。焊 裝夾具的功能是為了實(shí)現(xiàn)車(chē)身零件的正確匹配，工程上通常從裝配精度、縮短制造周 期和可調(diào)整性等方面來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)焊裝夾具設(shè)計(jì)的好壞。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 1.4 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)焊裝夾具的發(fā)展現(xiàn)狀 圍繞著提高產(chǎn)品裝配精度這個(gè)主題，國(guó)內(nèi)外關(guān)于焊裝夾具設(shè)計(jì)的研究主要集中在 工件定位的問(wèn)題上，即選擇最優(yōu)定位點(diǎn)數(shù)并確定他們的最佳位置，以實(shí)現(xiàn)工件正確的 約束定位。另外在此基礎(chǔ)上應(yīng)考慮更多的實(shí)際因素，例如焊接偏差、工具磨損等，作 為新的約束條件來(lái)進(jìn)行更深一步的研究；焊裝夾具可以按照不同的方式來(lái)進(jìn)行分類， 按照設(shè)計(jì)內(nèi)容包括硬件和軟件的設(shè)計(jì)，其中硬件包括定位件、夾緊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向裝置和 夾具體。軟件包括安裝調(diào)試手冊(cè)、調(diào)整圖等；如果按照設(shè)計(jì)流程來(lái)分，又可以分為概 念設(shè)計(jì)階段、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)優(yōu)化設(shè)計(jì)階段。在汽車(chē)焊接流水線上，真正用于焊 接操作的工作量?jī)H占 30%～40%，而 60%～70% 的工作是輔助和裝夾。焊裝夾具的技 術(shù)水平往往代表著車(chē)身制造工藝水平，在現(xiàn)代制造業(yè)中, 夾具已成為保證產(chǎn)品質(zhì)量、 實(shí)行全面質(zhì)量管理的重要手段, 在新產(chǎn)品的研制過(guò)程中, 夾具對(duì)縮短研制周期起著重 要作用。夾具的標(biāo)準(zhǔn)化、精密化和柔性化是夾具發(fā)展的主要趨勢(shì),也是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新 換代和老產(chǎn)品改造的需要。目前，在汽車(chē)制造業(yè)中，車(chē)身制造質(zhì)量最好的是日本，其 次是德國(guó)和美國(guó)，與他們相比，我國(guó)在這方面存在著較大差距，而工裝設(shè)計(jì)制造水平 不高是其中重要的原因。因此提高工裝設(shè)計(jì)與制造水平特別是焊裝夾具設(shè)計(jì)與制造水 平是急需解決的問(wèn)題。 1.5 車(chē)門(mén)內(nèi)板焊裝夾具的技術(shù)要求及設(shè)計(jì)內(nèi)容 技術(shù)要求： 1.設(shè)計(jì)轎車(chē)前門(mén)內(nèi)板焊裝夾具； 2.要求：保證加工質(zhì)量，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化； 3.生產(chǎn)綱領(lǐng)：成批生產(chǎn)。 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1.選題的背景、目的及意義； 2.焊裝夾具設(shè)計(jì)方法步驟研究； 3.轎車(chē)前門(mén)內(nèi)板焊裝工藝分析； 4.焊裝夾具的夾緊位置及定位方式； 5.焊裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 6.CAD 繪制夾具圖紙； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 7.撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 汽車(chē)車(chē)身焊裝技術(shù) 2.1 白車(chē)身的概念 車(chē)身是轎車(chē)的最大總成（各種車(chē)型車(chē)身占的比例不同） ，重量和制造成本約占整 車(chē)的 40％～60％。典型車(chē)身通常由 300 多個(gè)薄板沖壓件在焊裝夾具上焊接而成，其 中整個(gè)車(chē)身的裝夾、定位點(diǎn)可達(dá) 1700～2500 個(gè)，焊點(diǎn)多達(dá) 3500 多個(gè)。圖 2.1 所示是 車(chē)身裝配的一種多層次體系結(jié)構(gòu)，若干零件經(jīng)過(guò)焊裝成為分總成，分總成又成為上一 層裝配中的零件。由于有多極的裝配關(guān)系，導(dǎo)致最終的車(chē)身與理想的模型有一定的誤 差，歸結(jié)原因，車(chē)身的尺寸偏差主要來(lái)源如下： (1)零部件間的干涉；(2) 工裝、夾具定位的不穩(wěn)定性；(3)沖壓件本身的偏差； (4)焊 裝變形；(5)操作影響。 圖 2.1 車(chē)身裝配的多層次體系機(jī)構(gòu) 白車(chē)身（Body-in-White）的制造涉及薄板沖壓成形、自動(dòng)裝配、焊接及檢測(cè)多個(gè) 領(lǐng)域，其制造質(zhì)量顯著影響到整車(chē)的性能，并直接關(guān)系到汽車(chē)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，所 以在很大程度上代表了一個(gè)國(guó)家的制造水平。車(chē)身開(kāi)發(fā)周期的長(zhǎng)短是決定整車(chē)競(jìng)爭(zhēng)力 的大小和成本高低的關(guān)鍵因素。國(guó)內(nèi)外在汽車(chē)車(chē)身制造技術(shù)也存在著很大的差別，國(guó) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 外領(lǐng)先汽車(chē)集團(tuán)的車(chē)身開(kāi)發(fā)周期在近 10 年來(lái)已大幅度縮短，從 20 世紀(jì) 90 年代初期， 車(chē)身開(kāi)發(fā)周期需要 3～4 年，近年已縮短為 1.5～3 年，10 年間縮短了近一半時(shí)間。分 析其原因，國(guó)外汽車(chē)企業(yè)在車(chē)身開(kāi)發(fā)、制造方面廣泛采用最先進(jìn)的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)， 并對(duì)其再進(jìn)行全新開(kāi)發(fā)和超前開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)隊(duì)伍及其組織機(jī)構(gòu)的管理模式也發(fā)生了巨大 的變革，使得車(chē)身的開(kāi)發(fā)周期越來(lái)越短，創(chuàng)新的車(chē)型越來(lái)越多。我國(guó)汽車(chē)工業(yè)隨著多 年發(fā)展已形成相當(dāng)規(guī)模，但與世界先進(jìn)水平還有很大差距?，F(xiàn)階段我國(guó)車(chē)身自主開(kāi)發(fā) 能力還較弱，很多要參照國(guó)外車(chē)型的設(shè)計(jì)思路。還有重要一點(diǎn)就是加工設(shè)備的應(yīng)用相 對(duì)落后，而加工直接影響汽車(chē)車(chē)身制造水平的高低。近年來(lái)，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)大量先 進(jìn)設(shè)備，汽車(chē)車(chē)身質(zhì)量水平有了很大提高，許多國(guó)內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)也紛紛引進(jìn)技術(shù)， 購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品生產(chǎn)專利權(quán)及合資合作生產(chǎn)國(guó)內(nèi)急需設(shè)備，在機(jī)械加工、焊接、涂裝等方面 均取得一定進(jìn)展。但從整體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)汽車(chē)裝備制造水平尚不能滿足汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的 需要，因?yàn)檫@種狀況使很多關(guān)鍵技術(shù)過(guò)分依賴國(guó)外，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中不可避免地被定位 于低端，掌握不了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)。 2.2 車(chē)身尺寸偏差的形成 如圖 2.2 為影響白車(chē)身尺寸偏差的主要因素。 零件干涉 模具修磨 沖壓參數(shù) 工件回彈 定位因素 焊接次序 材料性能 焊接規(guī)程 定位元件磨損 夾具設(shè)計(jì)不合理 定位單元失效 夾緊力影響 運(yùn)輸 勞動(dòng)態(tài)度 熟練程度 沖壓尺寸偏差 焊接變形 夾具影響 操作者的影響 白車(chē)身尺寸偏差 圖 2.2 影響白車(chē)身尺寸偏差的主要因素 車(chē)身裝配被認(rèn)為是具有最小柔性的裝配過(guò)程，因?yàn)槊鎸?duì)車(chē)身頻繁的改型，工裝與 夾具必須重新建立模型，修改到產(chǎn)品設(shè)計(jì)相適應(yīng)，否則造成大量人力物力的消耗，即 使焊裝夾具準(zhǔn)備就緒之后，通常還需要很長(zhǎng)一段時(shí)間才能完成轎車(chē)開(kāi)發(fā)的最后階段， 這階段包括樣車(chē)試制（Pilot Program） 、小規(guī)模試生產(chǎn)（Pro-volume Production） 、生產(chǎn) 啟動(dòng)（Launch Time）和大規(guī)模生產(chǎn)（Full-Production ） 。 在時(shí)序上，樣車(chē)試制階段的車(chē)身尺寸偏差較大，經(jīng)過(guò)小規(guī)模試生產(chǎn)和生產(chǎn)啟動(dòng)階 段的改進(jìn)，主要誤差源被消除，尺寸偏差逐漸減小，進(jìn)入大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)階段。在大 規(guī)模生產(chǎn)階段，尺寸變化的主要原因是工藝過(guò)程的變化，最經(jīng)常出現(xiàn)的尺寸變化是均 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 值變動(dòng)，不規(guī)則跳動(dòng)及方差的變化，或三者的組合。 從偏差形態(tài)上看，偏差分為平面內(nèi)和非平面內(nèi)的兩種，由于夾緊單元?jiǎng)傂赃\(yùn)動(dòng)的 性質(zhì)引起的偏差是平面內(nèi)的偏差；非平面的偏差來(lái)源于沖壓件的變形或焊槍焊接時(shí)的 偏差?；谄钤\斷技術(shù)的車(chē)身尺寸偏差控制是以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量為基本思路，通過(guò)偏 差識(shí)別和故障診斷快速定位誤差源，一方面縮短大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)間，較快的進(jìn)入穩(wěn)定生 產(chǎn)階段，另一方面是最大限度的維持生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定。另外薄板零件偏差和焊槍引起 的裝配尺寸非平面變化，在同一裝配站上多變量測(cè)量數(shù)據(jù)也具有較強(qiáng)的相關(guān)性。 綜上所述，車(chē)身制造偏差控制基本上可分為生產(chǎn)啟動(dòng)階段和生產(chǎn)過(guò)程的偏差控制。 兩者的主要不同是生產(chǎn)啟動(dòng)階段的故障缺乏穩(wěn)定生產(chǎn)過(guò)程的偏差診斷經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。 2.3 車(chē)身焊裝工藝設(shè)計(jì) 車(chē)身設(shè)計(jì)應(yīng)保證汽車(chē)具有合理的外部形狀，在汽車(chē)行駛時(shí)能有效地引導(dǎo)周?chē)臍?流，以減少空氣阻力和燃料消耗。此外，車(chē)身還應(yīng)有助于提高汽車(chē)行駛穩(wěn)定性和改善 發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻條件，并保證車(chē)身內(nèi)部良好的通風(fēng)。 車(chē)身結(jié)構(gòu)主要包括：車(chē)身殼體、車(chē)門(mén)、車(chē)窗、車(chē)前板制件、車(chē)身內(nèi)外裝飾件和車(chē) 身附件、座椅以及通風(fēng)、暖氣、冷氣、空氣調(diào)節(jié)裝置等等。車(chē)身殼體是一切車(chē)身部件 的安裝基礎(chǔ)，通常是指縱、橫梁和支柱等主要承力元件以及與它們相連接的板件共同 組成的剛性空間結(jié)構(gòu)?？蛙?chē)車(chē)身多數(shù)具有明顯的骨架，而轎車(chē)車(chē)身和貨車(chē)駕駛室則沒(méi) 有明顯的骨架。車(chē)身殼體通常還包括在其上敷設(shè)的隔音、隔熱、防振、防腐、密封等 材料及涂層。車(chē)門(mén)通過(guò)鉸鏈安裝在車(chē)身殼體上，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，是保證車(chē)身的使用性 能的重要部件。車(chē)身外部裝飾件主要是指裝飾條、車(chē)輪裝飾罩、標(biāo)志、浮雕式文字等 等。散熱器面罩、保險(xiǎn)杠、燈具以及后視鏡等附件亦有明顯的裝飾性。 車(chē)身附件有：門(mén)鎖、門(mén)鉸鏈、玻璃升降器、各種密封件、風(fēng)窗刮水器、風(fēng)窗洗滌 器、遮陽(yáng)板、后視鏡、拉手、點(diǎn)煙器、煙灰盒等。在現(xiàn)代汽車(chē)上常常裝有無(wú)線電收放 機(jī)和桿式天線，在有的汽車(chē)車(chē)身上還裝有無(wú)線電話機(jī)、電視機(jī)或加熱食品的微小爐和 小型電冰箱等附屬設(shè)備。 在汽車(chē)廠中，焊接生產(chǎn)線相對(duì)于涂裝線和總裝線來(lái)說(shuō)，剛性強(qiáng)，多品種車(chē)型的通 用性差，每更新?lián)Q代一種車(chē)型，均需要更新車(chē)間大量專用設(shè)備和生產(chǎn)工藝。焊接工藝 設(shè)計(jì)可以稱得上是焊接生產(chǎn)線的“靈魂” ，涉及的專業(yè)知識(shí)較多，如機(jī)械化、電控、 非標(biāo)設(shè)備、建筑、結(jié)構(gòu)、水道、暖通、動(dòng)力、電氣、計(jì)算機(jī)、環(huán)保和通訊等，從宏觀 上決定車(chē)間的工藝水平、物流、投資和預(yù)留發(fā)展，具體決定著生產(chǎn)線的工藝設(shè)備種類 和數(shù)量、夾具形式、物流工位器具形式、機(jī)械化輸送方式及控制模式等。因此，焊接 工藝設(shè)計(jì)在焊接生產(chǎn)線的開(kāi)發(fā)中占有舉足輕重的地位，是產(chǎn)生高性價(jià)比焊接生產(chǎn)線的 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 關(guān)鍵。如圖 2.3 是焊裝夾具工藝設(shè)計(jì)流程。 數(shù)模 分總成組合流程圖 夾具清單 焊點(diǎn)描述 樣車(chē)產(chǎn)品圖 工件擺放姿態(tài) 焊鉗選型、建模 夾具建模完成 焊接操作檢查 修改焊鉗模型 編制焊裝工藝卡 繪制車(chē)身爆炸圖 確定焊裝次序 修改焊裝工藝卡 圖 2.3 焊裝夾具工藝設(shè)計(jì)流程 2.3.1 流程圖設(shè)計(jì) 圖 2.4 是焊接流程示意圖，反映得是各沖壓件、標(biāo)準(zhǔn)件及分總成件的數(shù)量、裝焊 次序及流向，是布置工藝平面圖的主要依據(jù)，也是編制工藝卡的重要基礎(chǔ)，它所反映 的夾具數(shù)量是評(píng)估整個(gè)項(xiàng)目的依據(jù)。因此流程圖的編制初稿是至關(guān)重要的。 對(duì)于只有數(shù)模與樣車(chē)，沒(méi)有焊點(diǎn)分布圖的情況，應(yīng)根據(jù)樣車(chē)拆車(chē)分析工藝流程： 首先對(duì)整車(chē)樣車(chē)進(jìn)行整體工藝分析，確定車(chē)身組成的幾大部分，側(cè)圍、車(chē)架地板、發(fā) 動(dòng)機(jī)室、頂蓋及門(mén)蓋的大塊劃分范圍，然后依次拆解。樣車(chē)拆解過(guò)程中，根據(jù)焊點(diǎn)數(shù) 量，由節(jié)拍計(jì)算工位數(shù)量。一般而言，人工焊接時(shí)，焊接每個(gè)點(diǎn)需要 4～6s/點(diǎn)，具 體情況依焊鉗大小、難易程度、裝件數(shù)量等而定。拆解過(guò)程中，逐次分析每個(gè)沖壓件、 分總成件的裝焊次序。一般而言，沖壓件從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)就決定了它的裝焊次序，還有一 小部分沖壓件可以靈活改變一下裝焊次序，這就需要我們認(rèn)真分析，從工裝工作量、 方案設(shè)計(jì)書(shū)、夾具設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的難易程度等綜合各方面的因素，確定它的最佳裝焊次序。 從焊接工作內(nèi)容上，原則上點(diǎn)焊與弧焊應(yīng)分別在不同工位上進(jìn)行，除非弧焊或點(diǎn)焊工 作量小，并應(yīng)在夾具方案設(shè)計(jì)書(shū)中提出弧焊防護(hù)裝置。 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件、膠等內(nèi)容應(yīng)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)；螺母應(yīng)區(qū)分粗牙、細(xì)牙，類型應(yīng)注明四角或圓 柱型；螺柱、螺栓應(yīng)表明外徑及長(zhǎng)度；膠應(yīng)注明類型（膨脹膠、點(diǎn)焊密封膠、防震膠 等） 、長(zhǎng)度、寬度等。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 2.4 焊接流程圖 2.3.2 焊點(diǎn)描述 對(duì)于焊點(diǎn)要明確出焊點(diǎn)的直徑，焊點(diǎn)與焊點(diǎn)間的距離，不同厚度的板材焊點(diǎn)的直 徑也不同。一般在保證焊縫強(qiáng)度和和技術(shù)要求的前提下焊點(diǎn)的距離應(yīng)盡可能的大些， 因?yàn)樵诤缚p長(zhǎng)度一定的范圍內(nèi)，焊點(diǎn)布置的越多，點(diǎn)距越小，分流越大，焊點(diǎn)核心尺 寸減小，反而降低了焊縫的強(qiáng)度。 2.3.3 焊鉗的選型 焊點(diǎn)分組工作完成后即可進(jìn)行焊鉗選型，確定焊點(diǎn)組的數(shù)量即焊鉗的最小數(shù)量， 根據(jù)工件的形狀及尺寸確定焊鉗的形式（C 型,X 型）及喉深、開(kāi)檔、行程、電極形 狀，焊鉗的吊掛形式（橫吊、縱吊、轉(zhuǎn)環(huán)）根據(jù)焊點(diǎn)位置和操作位置確定。焊鉗型號(hào) 的確定要