轿车前门内板焊装夹具设计

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 龙 江 工 程 学 院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of Automobiles Front Door Inner Panel Welding-Installation FixturesCandidate：Jiang YanSpecialty：Vehicle EngineeringClass：B07-2Supervisor：professor. Shi MeiyuHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin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：车门内板；焊装夹具；连接板；夹紧机构；防撞杆ABSTRACTWelding 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 industrys 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 bodys assembly accuracy, which only can be resolved by qualified welding fixture. Based on the assignment of the design of automobiles front door inner panel welding-installation, I researched the vehicle structure and assembly characteristics, and established welding-installation production systems process. According to the principle of designing automobile and the method of controlling welding assembling accuracy , automobiles 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 StemII目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 目的及意义11.2 汽车制造业与车身制造的关系11.3 汽车焊装夹具在汽车车身制造中的发展21.4国内外汽车焊装夹具的发展现状31.5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42.1 白车身的概念42.2 车身尺寸偏差的形成52.3 车身焊装工艺设计62.3.1 流程图设计72.3.2 焊点描述82.3.3 焊钳的选型82.3.4焊装工艺卡82.3.5车身的工艺设计应该注意的一些问题92.4 车身焊装夹具的结构、定位及夹紧的特点92.4.1 车身焊装夹具的结构特点92.4.2 车身焊装夹具的定位特点92.4.3 车身焊装夹具的夹紧特点102.5 车身焊装夹具的精度控制及设计的模块化102.5.1 车身焊装夹具的精度控制102.5.2 车身焊装夹具设计的模块化112.6 本章小结11第3章 车门内板焊接设备123.1 电阻焊的分类123.1.1 点焊123.1.2 缝焊133.1.3 凸焊143.1.4 对焊143.2 电阻焊的优缺点143.2.1 电阻焊的优点143.2.2 电阻焊的缺点153.3 电阻焊对金属材料焊接性的要求153.3.1金属材料点焊、缝焊的特点153.3.2低碳钢的焊接163.4 电阻焊设备183.4.1 焊机的分类与要求183.4.2 点焊机193.4.3 移动式点焊机203.5 本章小结22第4章 轿车车门内板焊装工艺234.1 前车门结构及其装配过程234.1.1 前车门总成及其装配过程234.1.2前车门内板总成及其装配过程234.2 前车门内板的材料244.2.1 各汽车厂用钢板型号244.2.2 车门内板材料264.3 焊接接头的型式264.4 焊点的布置原则274.4.1 焊点的形状与尺寸274.4.2 点焊的基本要求274.4.3 焊点的布置284.4.4 点焊的顺序294.5 结构的开敞性294.6 精度的合理性294.7 本章小结30第5章 夹具的总体设计315.1 焊接夹具的分类及设计要求315.1.1 焊接夹具的分类315.1.2 焊接夹具的设计要求325.2 焊接夹具设计流程图325.3 定位夹紧元件的设计325.4 点焊钳的选择345.5主要零件设计说明365.5.1 夹紧单元（POST）365.5.2 L-型板365.5.3支撑板（连接板）365.5.4压头375.5.5夹紧块375.5.6调整垫片及限位板375.5.7定位销385.5.8基板385.5.9旋转机构395.6相关计算395.6.1压转臂张开角计算395.6.2气缸夹紧力计算405.7本章小结42结论43参考文献44致谢46附录47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4060，它通常是由300500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17002500 个，焊点多达 30004000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。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；7.撰写设计说明书。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4060。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17002500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34年，近年已缩短为1.53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46s/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。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0.01mm5m，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。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。 (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类别及代表合金物理-化学特性机械性能电阻率熔点导热系数线膨胀系数比热容J/密度结晶间隔/对热机械作用敏感性氧化膜致密性氧化膜熔点/低碳钢1315304811.54807.8515301510小大1420（FeO）295410低合金钢及中碳钢16Mn2114804012.50.857.8514801350大中420600不锈钢及高温合金钢1Crl8Ni9TiGH44GH14075120120242317.112.2512.75107.858.98.09中中大大大540900670钛合金（TC2）142238.04.5917001680小大1840750铝合金Al-Mg系(LFL)Al-Mg系(LF2L)AlCu-Mf(LY12)71427362065463323822.08772.7620550654633633502小小中大大大2030160110410合金（MA2-1）126322300.411.74632565小小2800160铜合金（H62黄铜）8108310820.63688.9905890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810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，不需手动控制焊缝位置，而且焊机容量足够时，也可采用23m/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3.0mm的低碳钢点焊时，其主要措施是提高电极压力及焊机功率。但功率增大不但使电能消耗量增大，而且可能使焊件与电极表面过热，反而限制了电极压力提高。因而，通常可采用多脉冲规范(1020个脉冲)，使板件加热均匀。3.4 电阻焊设备3.4.1 焊机的分类与要求不同的电阻焊方法，采用不同的电阻焊设备，根据JB-802焊机型号编制办法规定，焊机型号用汉语拼音和阿拉伯数字组成，其内容表示如下：近年来电焊机、缝焊机品种类型很多，通常按电潭、加压机构、完成接头方式、自动化程度、电极数目、运动方式等分类。不管哪种点（缝）焊机，要完成焊点的循环必须使焊机具备两个部分，即电气部分（电源、调节装置、控制装置）和机械部分(加压机构、传动机构、冷却系统等），见图3.5和图3.6。电阻焊机除了制造简单，成本低，使用方便工作可靠稳定，维修容易等基本要求之外，还应具有：(1)焊机结构强度及刚性好，不致因加压而使焊件变形、错位，甚至拉开等； (2)焊接回路有良好适应性，能满足零件形状尺寸的基本要求。焊接铁磁性零件或有夹具伸入回路时，对功率的影响尽量小。焊机应有良好外特性，能发挥出最大容量。 (3)程序动作的转换迅速、可靠，尽可能提高动作速度，以提高生产率。各程序间应有连锁装置及安全措施，以稳定焊接质量。如电流未切断时不得抬起电极，气压或水压不足时可自动切断电流。(4)调整焊机及更换电极都方便，主要部件接触良好，保护可靠，冷却好。3.4.2 点焊机常用的点焊机种类有：固定式点焊机、悬挂式点焊机和多点点焊机等。 固定式点焊机：固定式点焊机的结构和工作原理如图3.6和图3.8所示，它主要由一次回路系统（开关，电源调节节装置，一次线圈），二次回路系统（二次线圈，上下机臂，上下电极夹，上下电极），加压系统（气缸，电磁阀等）和机体等组成。图3.7是缝焊机机构示意图。1-脚踏板开关 2-电极冷却水管 3-下机臂 4-下电极 5-上电极 6-上机臂 7-加压气缸8-电磁气阀 9-变压器 10-机体 11-接角器图3.6 点焊机构造1-电源 2-加压机构 3-滚盘 4-焊接回路 5-机架 6-传动与减速机构7-开关与减速机构图3.7 缝焊机结构示意图1-开关 2-电流调节 3-次线圈 4-变压器铁芯 5-变压器 6-二次线圈 7-母线 8-机臂 9-夹持器 10-电极 11-工件图3.8 点焊机工作原理图3.4.3 移动式点焊机对于尺寸大、重量重、外形具有较复杂的型面、型线以及全位置点焊的部件或总成（如汽车车身制造），一般都在较大的胎具上进行装焊，广泛的采用移动式点焊机。移动式点焊机按采用的焊枪形式分为手动式、反作用式和悬挂式。其结构示意图见图3.8.（a） （b） （c）（a）手动式 1-夹具 2-手动焊枪 3-工件 （b）反作用式 1-反作用焊枪 2-挡板 3-工件 4-夹具 （c）悬挂式 1-焊钳 2-工件 3-平衡锤图3.8 移动式点焊机示意图(1)手动式：由于手动式焊枪是靠人的力量进行加压，因此点焊压力小，一般用于薄件、非受力部位焊点或定位焊。固3.9是手动式焊枪结构图，当人力推动手柄通过本体和压缩弹簧，使连杆顶向按钮开关，在时间继电器的作用下接通和断开焊接电流。焊接电流由电缆从变压器引入，流经连杆、电极、焊件及夹具，最后返回变压器，构成二次回路。电极压力的大小和弹簧的软硬有关