汽車車身焊接夾具設(shè)計規(guī)律及相關(guān)問題探析

劉秋蕓

摘 要：汽車車身的焊裝是汽車車身生產(chǎn)中必不可少的環(huán)節(jié)，而其焊接夾具的設(shè)計直接影響到最終的焊接質(zhì)量。近些年來，汽車車身的設(shè)計愈發(fā)多樣化和個性化，對焊裝質(zhì)量和焊裝效率的要求也越來越高，這就要求設(shè)計人員一方面拓展焊接夾具的設(shè)計思路，解決相關(guān)設(shè)計問題，另一方面總結(jié)焊接夾具的設(shè)計規(guī)律，提高其設(shè)計速度。本文將從這兩方面對汽車車身的焊接夾具設(shè)計技術(shù)進(jìn)行探討，希望能提升在焊接夾具設(shè)計方面的技術(shù)水平，以盡快滿足我國日益增長的相關(guān)需求。

關(guān)鍵詞：汽車車身；焊接夾具；設(shè)計規(guī)律；設(shè)計問題

對汽車車身來說，其焊接夾具的設(shè)計同時具備規(guī)律性和特殊性兩方面的特征，規(guī)律性主要來源于設(shè)計過程中對設(shè)計經(jīng)驗的高要求，特殊性則來源于汽車車身本身的發(fā)展變化。因此，為汽車車身設(shè)計焊接夾具是一項相當(dāng)復(fù)雜的工作，一方面要從過往經(jīng)驗中總結(jié)不變的設(shè)計規(guī)律，提高設(shè)計效率，另一方面要積極了解新型汽車車身的新特點，根絕新特點和新需求調(diào)整設(shè)計方式。為了同時實現(xiàn)這兩方面的要求，必須了解焊接工藝特征、汽車車身變形特點、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、裝配要求等因素，這樣才能實現(xiàn)焊接夾具設(shè)計的綜合化、全方位化。

1.汽車車身的焊接夾具設(shè)計問題

焊接夾具的常見設(shè)計問題與設(shè)計難點基本都來源于汽車車身的自身結(jié)構(gòu)特征。具體來說，包括以下三點：

1.1車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜引起的焊接設(shè)計構(gòu)圖問題

汽車車身均為空間殼體，需要使用薄板沖壓件進(jìn)行裝焊，這種殼體有兩方面的要求，一方面是物理性能要求，殼體必須具備足夠的剛性，另一方面是造型美觀要求，該要求隨著人們審美觀的改變而不停變化。為了滿足這兩方面的需求，車身零件大多是拉延形成的空間曲面體，形狀和結(jié)構(gòu)都非常復(fù)雜。而焊接夾具設(shè)計必須依照車身的實際結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行設(shè)計構(gòu)圖，一旦車身形狀和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度過高，焊接夾具的設(shè)計構(gòu)圖就會非常困難。

1.2車身剛性低下引起的焊接過程變形問題

如上文所述，汽車的車身殼體有剛性要求，但組成汽車車身的基本都是薄板沖壓件，雖然也具備一定的剛性，但遠(yuǎn)不如普通的機(jī)械加工件，尤其是大型沖壓件，在單獨(dú)存在時非常容易變形。所以在設(shè)計其焊接夾具時不只要考慮夾緊程度，還要考慮焊接完成前的沖壓件承受能力，一旦出現(xiàn)變形，整個焊接夾具設(shè)計相當(dāng)于失敗了。

1.3車身三維特征引起的焊接尺寸標(biāo)注問題

不同于各種平面式工件的焊接夾具設(shè)計，汽車車身的焊接具有非常強(qiáng)的三維空間特征，而且三維跨度非常大，這為焊接夾具設(shè)計中的尺寸標(biāo)注帶來了一定的困難。為了保證焊接夾具能完全符合尺寸要求，必須事先針對車身的產(chǎn)品圖進(jìn)行三維的空間坐標(biāo)標(biāo)注，為焊接夾具的空間尺寸特征提供必要的數(shù)據(jù)參數(shù)。但三維的空間坐標(biāo)標(biāo)注比二維困難許多，對精度的要求也更高，這為焊接夾具設(shè)計的前置準(zhǔn)備工作帶來了一定的困難。根據(jù)實際經(jīng)驗可知，部分焊接夾具的尺寸設(shè)計失誤就源自三維坐標(biāo)的標(biāo)定失誤。

2.汽車車身的焊接夾具設(shè)計規(guī)律

2.1焊接夾具設(shè)計的精度控制規(guī)律

在焊接夾具的設(shè)計中，精度控制可以分為兩部分，第一部分是車身本身的裝配精度，該精度又分外觀精度、骨架精度兩類，前者指車門間隙面差，后者則是三維坐標(biāo)值。設(shè)計出的焊接夾具必須在滿足工序件焊裝要求的同時令上述兩種焊裝精度得到滿足。第二部分則是針對焊接夾具本身的精度標(biāo)準(zhǔn)，通常情況下，生產(chǎn)單位會對坐標(biāo)線、底板基準(zhǔn)槽、定位銷、各類支撐件等做出各種參數(shù)上的精度要求，比如尺寸、形狀、精度、公差等，焊接夾具的自身精度不能超出這些標(biāo)準(zhǔn)的限制。

2.2焊接夾具設(shè)計的六點定則規(guī)律

六點定則是一種對焊裝件六個方向上的運(yùn)動自由度加以限制的設(shè)計模式，但許多人在將其實際應(yīng)用于焊接夾具設(shè)計時存在一定的誤區(qū)。因為車身的焊接夾具屬于薄板焊裝夾具，所以有人認(rèn)為六點定則規(guī)律不適用，事實上，六點定則在車身的焊裝夾具設(shè)計中屬于最常見的設(shè)計規(guī)律。另外，由于超定位現(xiàn)象的存在，有人在設(shè)計焊接夾具時，將全部方向的自由度限制職責(zé)都設(shè)計為夾具承擔(dān)。但事實上，通過制件之間的彼此制約來限制自由度也是可以的，所以可以利用這一規(guī)律節(jié)省焊接夾具的數(shù)量，控制生產(chǎn)成本。

2.3焊接夾具設(shè)計的分塊定位規(guī)律

車身的焊接不只包括一個部分，因此在設(shè)計焊接夾具時也要考慮到車身的分塊定位。雖然分塊方式會隨著車型的差異而有所不同，但定位需要遵循的規(guī)律大致一致，具體可以包括以下三點：其一是門洞部分的裝配尺寸必須加以確保，如果總成焊接沒有側(cè)圍分塊，則和前后立柱相關(guān)的分裝夾具必須前后立柱定位，如果有側(cè)圍分塊，則側(cè)圍的焊接夾具才是形成門洞的正確位置。其二是前后懸置孔必須要保證精度，底板懸置孔的沖壓位置通常是底板的加強(qiáng)梁，所以裝焊時的懸置孔相對位置必須精準(zhǔn)，否則車身和車架無法順利連接。其三是前后風(fēng)窗口有很高的裝配尺寸要求，其形成位置或者位于總裝夾具，或者位于分裝夾具，設(shè)計夾具時務(wù)必要予以考慮。

2.4焊接夾具設(shè)計的結(jié)構(gòu)夾緊規(guī)律

車身的焊接夾具具有一些共同的結(jié)構(gòu)特點和夾緊特點，在設(shè)計時有所掌握的話可以提高設(shè)計效率。從結(jié)構(gòu)特點來看，車身的總裝夾具在右側(cè)圍、左側(cè)圍、底板三處平面均要加工上坐標(biāo)線與基準(zhǔn)槽，在之后的夾緊組合階段，裝配和檢測都依照基準(zhǔn)槽進(jìn)行，最終才能形成完整的夾具。從夾緊特點來看，因為焊接需要同時加工兩個工件，所以夾緊點的數(shù)量普遍很多，而且由于車身是薄板沖壓件，所以在設(shè)計時要注意讓夾緊力的作用點落于支承點，如果夾緊力作用點落在支承點平面上，除非工件具備足夠的剛性，否則工件有很大可能脫離定位標(biāo)準(zhǔn)甚至直接彎曲。

3.結(jié)語

總體來說，汽車車身的焊接夾具設(shè)計并不是一項獨(dú)立的工作，前置的沖壓件和工序件的設(shè)計安裝對焊接夾具設(shè)計會造成影響，而焊接夾具設(shè)計又會影響后續(xù)的實際汽車車身焊接過程。在這種情況下，在設(shè)計車身的焊接夾具時不只要考慮到本身的設(shè)計特點，還要綜合考慮與前后工序的關(guān)系，保證整個汽車焊裝環(huán)節(jié)能夠完美融合，否則焊接夾具的設(shè)計獨(dú)立出來，即使設(shè)計成果再優(yōu)秀，也無法滿足實際的車身焊接需求。

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