從車身尺寸控制方面驗(yàn)收焊裝夾具

徐剛　周翰

摘 要：汽車車身骨架及門蓋是由薄板沖壓件拼裝焊接而成，焊裝夾具是焊接產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。文章以新車型項(xiàng)目的焊裝夾具為實(shí)例，從車身尺寸保證的角度，簡述了車身焊裝夾具的作用、設(shè)計(jì)原理以及夾具驗(yàn)收時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。對于新車型項(xiàng)目階段夾具驗(yàn)收，能夠提供一般性的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：車身尺寸;焊裝夾具;新車型項(xiàng)目中圖分類號：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）11-159-04

Abstract：?The frame and doors of vehicles body in white are assembled and welded by sheet stamping metals. Welding fixtures are important guarantee for the quality of welding products. Taking the welding fixtures of a new vehicle project as an example， this paper briefly describes the function and design principle of the welding fixtures， and how to review welding fixtures from body in white dimension quality controlling. It can provide general guidance for fixture review in new vehicle project stage.Keywords： Body in white dimension; Welding fixture; New vehicle projectCLC NO.： U467 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）11-159-04

前言

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，對汽車車身尺寸精度的要求也越來越高。眾所周知，汽車車身主要是由沖壓薄板拼裝焊接而成，從沖壓單件到每一級分總成，其尺寸偏差都會最終影響到車身總成的尺寸精度。由于汽車沖壓件，尤其是覆蓋件，面積較大、剛性較差、容易變形，因此在拼裝焊接時(shí)需要專門的焊裝夾具對其進(jìn)行定位夾緊，以防止焊接過程中零件因焊接熱影響等因素發(fā)生變形，影響車身尺寸精度。本文從車身尺寸精度保證的角度出發(fā)，淺析焊裝夾具的作用，并結(jié)合焊裝夾具的設(shè)計(jì)原理，重點(diǎn)介紹了焊裝夾具驗(yàn)收時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)事項(xiàng)。

焊裝夾具的作用，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是保證焊接時(shí)各零件之間相對位置正確;二是防止或減小零件的焊接變形。尤其是批量生產(chǎn)時(shí)，可以穩(wěn)定焊接質(zhì)量，減少焊件尺寸偏差，保證產(chǎn)品的互換性。在考慮尺寸保證的情況下，焊裝夾具的設(shè)計(jì)原則需緊扣以上兩個(gè)方面，以零件的RPS系統(tǒng)為參考設(shè)置定位裝置，并合理設(shè)置分布輔助夾緊裝置。焊裝夾具驗(yàn)收包括兩個(gè)階段：一是對設(shè)計(jì)狀態(tài)夾具圖紙進(jìn)行審核，目的是檢查夾具設(shè)計(jì)是否合理;二是夾具制作安裝完成后，現(xiàn)場試制階段，檢查夾具工作是否正常、夾具是否引起零件變形、銷子是否松動等問題。焊裝夾具驗(yàn)收是焊接產(chǎn)品批量生產(chǎn)前非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是焊接產(chǎn)品順利進(jìn)行批量生產(chǎn)的重要保證，對產(chǎn)品的尺寸精度控制和質(zhì)量穩(wěn)定性極為關(guān)鍵。

1 焊裝夾具對車身尺寸控制的意義

焊裝夾具是焊接前將兩個(gè)以上沖壓件或分總成依次定位并夾緊的裝置，是焊接生產(chǎn)時(shí)焊接產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。對于車身尺寸而言，焊裝夾具的作用一是保證各個(gè)零件之間的相互定位精確;二是通過夾具夾緊，防止或減小零件的焊接變形。另外，當(dāng)焊接零件存在偏差時(shí)，通過調(diào)整夾頭或定位銷的位置，可以在一定程度上對焊接產(chǎn)品的尺寸進(jìn)行優(yōu)化。

1.1 焊接零件的定位和夾緊

焊接零件的定位是指將零件在夾具中的位置按照一定的要求確定下來，將零件的自由度一一予以限制。根據(jù)六點(diǎn)定位原理的3-2-1原則，將剛體的六個(gè)自由度一一予以限制即可對其進(jìn)行定位。但是，對于汽車薄板沖壓件而言，剛性極差，容易變形。若在沖壓件焊接時(shí)僅僅采用六點(diǎn)定位原理對其進(jìn)行定位，由于零件自重或夾緊力等原因，零件易產(chǎn)生變形，影響焊接產(chǎn)品的制造精度。在設(shè)計(jì)沖壓件焊接夾具時(shí)多采用N-2-1的原理對焊件進(jìn)行定位，即在六點(diǎn)定位原理的基礎(chǔ)上采用輔助定位或輔助夾緊。

焊裝夾具是通過定位銷和定位塊來實(shí)現(xiàn)工件定位，保證工件之間相對位置正確。焊裝夾具定位系統(tǒng)是依據(jù)零件的RPS系統(tǒng)來設(shè)計(jì)的，保證設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測量基準(zhǔn)的一致性。如圖1所示，后車門內(nèi)板RPS系統(tǒng)，除了六個(gè)主控RPS外，增加了三個(gè)Y向輔助RPS。跟據(jù)內(nèi)板單件的RPS系統(tǒng)，車門內(nèi)板分總成焊接時(shí)，內(nèi)板單件在焊裝夾具上的定位方式如圖2所示：后部RPS1孔位為圓銷，限制內(nèi)板的X、Z方向的自由度;RPS2孔位為削邊銷，限制內(nèi)板Z向自由度;六個(gè)Y向RPS處為支撐塊，對內(nèi)板起Y向支撐定位作用。同樣，其它小的加強(qiáng)件也是根據(jù)各自的RPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)定位方式，實(shí)現(xiàn)各工件在焊裝夾具上正確的相對位置。

除了對焊接零件進(jìn)行定位，焊裝夾具還需具備夾緊裝置，使零件在焊接過程中穩(wěn)固不攢動，零件之間焊接面貼合，同時(shí)防止或減小零件焊接變形。鑒于沖壓件剛性差、易變形，且沖壓件常常因回彈帶來尺寸偏差，合理的焊接夾緊布置，對焊接零件的尺寸保證及矯正作用具有非常重要的作用。

1.2 車身尺寸調(diào)整

通過加減墊片，在一定方向上可以實(shí)現(xiàn)焊裝夾具定位器及夾緊裝置的位置調(diào)整。一方面，保證夾具使用壽命，防止夾具因磨損而過早報(bào)廢。另一方面，當(dāng)焊接產(chǎn)品存在尺寸偏差時(shí)，可以根據(jù)尺寸偏差方向，調(diào)整焊接定位元件或夾頭位置，對尺寸進(jìn)行優(yōu)化。如圖3所示，前蓋鉸鏈加強(qiáng)板在與內(nèi)板焊接時(shí)，是通過定位銷對鉸鏈加強(qiáng)板的X、Y向進(jìn)行定位。當(dāng)鉸鏈加強(qiáng)板的焊接螺母孔出現(xiàn)X向或Y向位置偏差時(shí)，我們可以通過向偏差相反方向調(diào)整定位銷的位置，來優(yōu)化加強(qiáng)板的形位尺寸。圖4所示為前蓋內(nèi)板分總成焊接夾具上鉸鏈加強(qiáng)板的定位銷，通過加減墊片可以調(diào)整定位銷X和Y方向的位置。

2 焊裝夾具驗(yàn)收注意事項(xiàng)

焊裝夾具驗(yàn)收是產(chǎn)品批量生產(chǎn)前對夾具生產(chǎn)可行性的審查，是批量生產(chǎn)順利進(jìn)行的保證。一是夾具設(shè)計(jì)完成后的預(yù)驗(yàn)收，主要檢查零件定位是否合理、夾緊裝置布置是否合理、夾頭及定位元件的可調(diào)整性、夾頭對外覆蓋件表面的影響等。二是夾具制作安裝完成后，現(xiàn)場試生產(chǎn)階段檢查夾具的工作是否正常，零件定位是否穩(wěn)定、銷子的直徑大小是否合理、夾具關(guān)閉夾緊后夾頭與零件是否貼面、夾頭夾緊后是否會引起零件變形或產(chǎn)生應(yīng)力等。結(jié)合前段時(shí)間實(shí)際工作內(nèi)容，本文主要列舉說明了夾具設(shè)計(jì)預(yù)驗(yàn)收時(shí)應(yīng)注意的一些方面。

2.1 零件定位合理性檢查

零件在焊裝夾具中的定位主要是通過定位銷和定位塊來實(shí)現(xiàn)的，是各焊接零件之間相對位置精確的重要保證。在夾具設(shè)計(jì)驗(yàn)收時(shí)，須結(jié)合零件上件順序，首先檢查確認(rèn)各零件依次定位是否合理可靠。注意事項(xiàng)包括：定位方案是否與零件RPS系統(tǒng)一致，零件是否缺少定位或過定位，定位塊設(shè)計(jì)狀態(tài)與零件是否貼面，定位銷直徑大小與孔徑大小是否相對應(yīng)，定位銷是手動銷還是自動銷，定位銷翻轉(zhuǎn)是否合理等。

（1）零件定位方案與零件RPS系統(tǒng)一致性

生產(chǎn)基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)測量基準(zhǔn)保持一致性，能夠?qū)崿F(xiàn)上下級零件尺寸的有效傳遞，有助于尺寸跟蹤和分析。如圖1和2所示，門內(nèi)板在焊接時(shí)采用的定位孔和定位面均與內(nèi)板零件的RPS系統(tǒng)保持一致。

（2）零件缺定位或過定位檢查

對于剛體在空間的定位，我們只需將其六個(gè)自由度一一予以限制即可。但是沖壓件剛性差、易變形，往往需要適當(dāng)?shù)脑黾虞o助定位，以防止零件因自重等因素發(fā)生變形。

如圖5所示，側(cè)框外板焊接工位，側(cè)框外板的前后兩個(gè)主RPS孔分別采用圓銷和削邊銷對零件進(jìn)行定位。該定位方案看似符合正常的定位原則，沒有缺定位也沒有過定位。但是，實(shí)際上我們需考慮到側(cè)框外板面加大、前后距離遠(yuǎn)、板料的剛性差這些因素。僅僅在后面的RPS孔設(shè)置一個(gè)Z向的削邊銷是不夠的，還需增加X向的控制，將削邊銷改為圓銷，同時(shí)前后定位均需要改為銷帶面增加Y向加緊。

如圖6所示，車身總拼車頂焊接工位，車頂后部左右兩側(cè)定位銷均采用圓銷，屬于過定位現(xiàn)象。若實(shí)際零件兩個(gè)孔的相對位置存在偏差，當(dāng)自動定位銷下行定位時(shí)，容易與零件產(chǎn)生干涉，我們建議左側(cè)圓銷改為削邊銷。

（3）定位銷設(shè)計(jì)檢查

對于夾具定位銷的檢查，首先檢查銷子是圓銷還是削邊銷，是否造成零件缺定位或過定位。除此之外，還需檢查銷子與定位孔的配合、銷子手動定位還是自動定位、銷子的翻轉(zhuǎn)方式等。為確保定位精確，一般要求銷子直徑比定位孔的孔徑單邊小0.1mm以內(nèi)。對于銷子的定位方式，若銷子為固定銷則需考慮零件上件卸料是否方便;采用自動伸縮銷則需考慮零件制造精度及零件其它定位，以此評估銷子撞料的可能性;若采用手動定位銷則需考慮工人操作的方便性，是否影響生產(chǎn)節(jié)拍。對于零件較軟尺寸要求較高的零件，定位銷的翻轉(zhuǎn)方式也需要注意，避免銷子引起尺寸變形。

2.2 夾緊點(diǎn)布置合理性檢查

焊裝夾緊對焊接產(chǎn)品的質(zhì)量具有極其重要的意義，一是可以防止或減少焊接零件變形，保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性;二是保證零件焊接面匹配，保證焊點(diǎn)或焊縫質(zhì)量。除了根據(jù)零件的面RPS設(shè)置夾緊以外，還需根據(jù)定位焊點(diǎn)分布和零件結(jié)構(gòu)合理布置輔助夾緊裝置。從尺寸角度出發(fā)，在考慮焊接可行性的情況下，零件夾緊布置一是要盡量靠近焊接區(qū)域，二是零件易變形區(qū)域增加夾緊控制。夾緊布置在考慮對零件穩(wěn)定控制的同時(shí)，還需考慮其工作合理性，避免夾緊引起零件變形等問題。

（1）夾緊布置盡量靠近焊接區(qū)域

零件在焊接時(shí)容易受焊接熱影響產(chǎn)生變形，同時(shí)為保證焊接質(zhì)量零件之間焊接面匹配要求高，因此在靠近焊接區(qū)域應(yīng)布置夾緊，減少或防止零件變形、保證焊接穩(wěn)定。如圖7所示，在車身地板焊接中，前后地板搭接處中部，Z向沒有任何支撐。而其他多種車型已有中部凹陷的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，因此，我們認(rèn)為是不合理的，需要在前地板靠近搭接處增加Z向支撐夾具，防止地板中部凹陷，影響后道匹配。

（2）零件易變形區(qū)域增加夾緊控制

對于零件易變形同時(shí)又有尺寸監(jiān)控要求的區(qū)域，需注意布置夾緊裝置對零件進(jìn)行控制。例如側(cè)圍后圍板的焊接，該零件面積較大剛性較差，同時(shí)車身有多個(gè)X向測量點(diǎn)監(jiān)控尺寸。建議增加X向支撐夾緊，加強(qiáng)后圍板的焊接穩(wěn)定性。

2.3 夾具可調(diào)整性檢查

為了保證焊接夾具的使用壽命和焊接尺寸調(diào)節(jié)功能，定位元件和夾緊元件位置都可以通過墊片來調(diào)整，設(shè)計(jì)時(shí)墊片的預(yù)留厚度是5mm。夾具審查時(shí)要注意定位銷在其零件定位方向上是否可調(diào)，定位塊或夾頭在其夾緊方向上是否可調(diào)。在有空間的前提下，要盡量避免一個(gè)定位塊同時(shí)定兩個(gè)方向，方便調(diào)整及減小調(diào)整誤差。另外，為調(diào)整方便，在筋線區(qū)域盡量避免使用全型面塊。如圖8所示，前內(nèi)板焊接夾具，部分夾頭采用非平面的全型面夾頭，我們建議夾頭改為平面避開筋線，一是方便夾具調(diào)整，二是避免零件干涉。

2.4 夾頭對外覆蓋件表面的影響

為保證焊接，有時(shí)需要在車身外覆蓋件區(qū)域設(shè)置尼龍壓塊。對于設(shè)置在覆蓋件外表面上的壓塊，我們需要重點(diǎn)檢查其型面狀態(tài)是否會影響零件表面。例如靠近筋線的外覆蓋件壓塊，我們建議壓塊覆蓋住筋線，以避免零件表面出現(xiàn)癟塘。如圖9所示，D柱Y向推塊直接壓在外覆蓋件，Y向壓力容易引起零件表面癟塘。建議壓塊型面覆蓋筋線，以減小表面癟塘的風(fēng)險(xiǎn)。

3 總結(jié)

焊裝夾具是車身尺寸的重要保證，本文簡單敘述了車身焊裝夾具對車身尺寸控制的意義，從車身工裝夾具實(shí)例出發(fā)，重點(diǎn)講述了焊裝夾具驗(yàn)收時(shí)應(yīng)注意的一些方面：

（1）零件定位的合理性，確保零件定位與零件自身的RPS系統(tǒng)保持一致，防止過定位或缺定位;

（2）夾緊裝置布置合理性，確認(rèn)焊接區(qū)域以及重點(diǎn)裝配尺寸有夾緊控制，保證焊接穩(wěn)定性，同時(shí)要避免零件夾緊變形。

（3）在尺寸控制方向，定位元件或夾緊元件具有可調(diào)性，后續(xù)能在一定程度上對車身尺寸偏差進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化;

（4）在設(shè)計(jì)上，盡量降低夾頭或壓塊對外覆蓋件表面的影響。

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