汽車車身焊裝夾具設計的關鍵技術研究

1 車身焊接夾具的特點

1.1 焊裝夾具的結構特點

車身焊裝夾具體積大，結構復雜是最明顯的特點，為有利于加工和裝配，便于在后期使用過程中進行維護和檢修，必須分解夾具的結構。車身焊裝夾具有三個裝配基準，分別是左、右側圍和底板，在相關平面上設定有坐標線以及基準槽，只要按對應的坐標和基準槽進行裝配、檢測，然后把各部分統一組合起來，就是一個合格的夾具。

1.2 焊裝夾具的定位特點

焊裝夾具的定位元件多為不規則的曲面，一般很少用到標準元件。焊接夾具應定位好每一個被焊工件，保證相互之間不會干涉，這就要求在設計定位元件時必須充分利用工件的裝配關系作為定位支承。如果裝配要求不嚴格，可以不使用焊接夾具操作。

1.3 焊裝夾具的夾緊特點

車身沖壓件經常使用電阻焊接，如果點焊的加壓方向同工件重力一致，且焊接壓力不使工件變形，定位基準和裝配位置也不受到影響，那么夾緊機構可以忽略。焊接針對的是兩個以上的工件，夾緊點很多，使用電阻焊這種焊接工藝可以提高工作的效率，減少裝卸時間。夾緊宜采用多點聯動機構與快速高效裝置。

對于薄板沖壓件夾緊力的關鍵是找準支承點，沖壓件由于剛性受到結構以及鋼材厚度的影響，參數是不一樣的，夾緊應該保證工件不會發生變形。夾緊力的設定主要是為工件的裝配提供便利，使其貼合于定位支承。在夾緊器制作材質的選取上，夾緊頭部多是碳鋼、不銹鋼等，這類材質可以滿足工件的不同要求。

2 夾具設計的定位元素

2.1 定位銷

定位銷是用于零部件定位的重要元素。在設計車身零件的焊接夾具時，通常我們會設計一組由一個圓形定位銷和菱形銷組成的定位銷組來進行定位，保證在焊接過程中零件定位的精度，和放取件的方便性。定位銷我們根據使用形式可分為固定銷，伸縮銷，和擺動銷。我們將使用方式為固定安裝的銷稱為固定銷。因為固定銷易于安裝，并且制造加工比較方便所以在夾具設計時常常會使用到。但它的數量也不能太多。因為我們知道，零部件都是通過銷孔和定位銷的銷體接觸，形成定位。當一個零部件上的固定銷太多時，雖然在短期內易于保證精度，但是由于定位銷太多，鈑金件加工質量一致性難于保證，而設計時設計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，經過多次的拿取操作后會造成定位銷的磨損，定位銷的剛度也會受一定影響，從而影響定位精度。因此，我們設計的時候，一套夾具的固定銷數量一般不超過兩個。伸縮銷和擺動銷也是用的比較多的一種定位銷。當一套夾具需要多個定位銷時，而固定銷的數量又受到限制，我們就考慮設計時增加伸縮銷或者擺動銷。當然，改變銷的結構形式也需考慮零件的結構，和預留的操作空間，不能與零件有干涉。當定位銷由于受到零件結構限制而不是水平的，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，我們也應將定位銷設計成擺動或伸縮的。

2.2 定位塊及壓塊

定位塊和壓塊在夾具設計中也用的比較多，他們分別起定位和壓緊作用。定位塊主要用于對面的定位，它能保證一些重要的型面和功能面的尺寸。在設計的時候，我們要根據工藝上要求的 RPS 并結合自己的經驗來設計定位塊的結構形式進行定位塊的設計。壓塊主要是用于保證零件的壓緊。它的設計主要考慮因素是能不能在保證壓緊零件的同時，又能保證焊槍良好的操作性。它的結構形式因而也會因為零件和其他夾具結構體的形式而不同。

3 車身的焊接夾具設計要點

3.1 采用合適的焊接夾具設計工具

（1）WAVE 是三維造型軟件 UG 的重要模塊，能實現“部件間的關聯”，可完成汽車車身焊裝夾具總體裝配設計，實現對設計過程的有效控制；

（2）根據分解后的車身焊合件，合理設計夾具的種類；

（3）考慮年產量確定夾具的自動化水平和定位裝置；

（4）車身和夾具的設計基準一致。焊裝夾具上的部件位置都是根據車身零件的設計基準而定，最終要保證生產出合格的焊接工裝結構；

（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，優先考慮的是沖壓工序的定位孔，要求孔的尺寸和位置準確可靠；

（6）正確設計夾緊裝置。當正確確定零件在夾具上定位后，為確定焊接時中各個工件的裝配位置，同時考慮克服工件的回彈變形，一般需要用夾緊機構。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 焊裝夾具中的計算機技術

3.2.1 淺談汽車焊裝夾具的虛擬制造環境

當今，遍布全球的制造企業之間的競爭也變得越來越激烈，而決定企業全球競爭能力的主要指標是新產品開發的時間(Time)、質量(Quality)、成本(Cost)和服務(Services)，即 TQCS。對此，國際上于 90 年代初提出了一項具有挑戰性的制造技術——虛擬制造技術。虛擬制造技術是由計算機仿真、建模技術、計算機圖形學、人工智能、并行工程和多媒體技術等多學科知識形成的綜合系統技術。產品和過程的建模與仿真技術是實現虛擬制造的核心技術。汽車焊裝夾具在制作現實的成品之前，如果先采用虛擬制造，可以對產品進行仿真化模擬制造，可以通過虛擬的制造技術來對現實中的制作過程中可能出現的問題進行預測與分析，如此一來，再進行現實的制造時，就會減少許多問題，提高產品的質量與效率。具體的內容為：在焊裝夾具虛擬制造系統中，通過建立夾具設計的產品模型、工藝模型、裝配模型和成本模型等，利用設備模型庫和仿真服務模塊來定義虛擬車間，由設備模型庫中的對象類定義來創立車間對象模型，在虛擬車間內進行汽車車身覆蓋件的裝夾、焊接和拆卸過程，用計算機記錄下這個過程中汽車車身覆蓋件的變形規律此外，利用仿真接口可實現虛擬制造系統與用戶、應用系統以及真實設備之間的接口。

3.2.2 汽車焊裝夾具利用

計算機輔助設計的可行性對于焊裝夾具來說，通常由支座、定位板、壓板、銷軸、夾緊器及限位塊等組成，共計 5大類 200 多種，這些結構以及元件都對精密度有著嚴格的要求，同時汽車焊裝夾具結構也有著許多的特點，比如想要讓車企的改型速度快以及研制周期短，可以采用大量的標準化元件進行制造。在實際的投入使用案例中，也可以明顯發現采用大量的標準化元件的許多優勢，最具有說服力的就是當今世界上許多汽車工業發達國家采用的都是這樣的方法，而
要想元件大量標準化生產，這就離不開用計算機技術進行控制；此外，由于上文提到的支座、定位板、壓板等焊裝夾具對于精密度有著嚴格的要求，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這些元件，不可能靠人力進行加工以及校正，而采用計算機技術可以很好地進行元件的精密控制；所以根據汽車焊裝夾具的特點可以決定焊裝夾具進行計算機輔助設計具有可行性。

通過對高壓電機主絕緣內部導體角部電場的計算，得出發電機定子線棒導體角部存在電場集中現象，當導體圓角處等位層的曲率半徑≥2mm 時，發電機定子線棒絕緣的場強分布得到明顯改善。最大場強和不均勻系數下降明顯。導體等位層與導體接觸的裸銅點間距在不超過 300mm 的范圍內時，等電位層效果最好。導體角部電場分布優化措施能有效的提高高壓電機定子線棒電氣性能。不同結構內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損耗角正切值要低，局部放電量以及擊穿電壓要高。

4 結束語

汽車車身的焊裝，焊裝夾具不可或缺，它影響著汽車生產的水平，對汽車生產的效率、質量和規模都產生重要作用。因此，重視焊裝夾具設計的常見問題和掌握焊裝夾具設計的要點，革新焊裝夾具的設計方法和設計水平非常重要，同時也是汽車制造公司在激烈的競爭中得以生存的重要因素。