柔性試制夾具在新車開發(fā)中的應(yīng)用

上海銳鎂新能源科技有限公司杭州分公司 浙江杭州 310002

隨著中國汽車行業(yè)不斷發(fā)展，國人對汽車的要求越來越高，各汽車公司為滿足不同消費(fèi)人群，不斷研發(fā)新產(chǎn)品和進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，以及改進(jìn)各款車型外觀等，車型換代速度越來越快。與此同時(shí)，行業(yè)間競爭也越來越激烈，各汽車公司打質(zhì)量戰(zhàn)、價(jià)格戰(zhàn)，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，降低開發(fā)過程中每個(gè)環(huán)節(jié)的成本，縮短開發(fā)周期。在新產(chǎn)品開發(fā)的過程中，白車身試制起著承前啟后的重要作用，是驗(yàn)證設(shè)計(jì)正確與否的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過試制解決產(chǎn)品質(zhì)量、性能、工藝等缺陷，以便減少后期量產(chǎn)階段中產(chǎn)品的設(shè)變量，從而降低不必要的設(shè)備、工裝等成本投入。目前，在試制階段，降低產(chǎn)品試制成本，短周期內(nèi)制造出合格的白車身樣車，成為各汽車公司最核心的競爭力。焊裝試制夾具是試制階段特別重要的一個(gè)部分，其投資成本、開發(fā)周期、精度、質(zhì)量及效率等，直接影響試制白車身的投資成本、開發(fā)周期、精度、質(zhì)量及效率。

焊裝試制夾具開發(fā)，行業(yè)普遍做法是每款新車型開發(fā)一款簡易試制夾具，開發(fā)周期相對較長，成本投入相對較高。一般試制結(jié)束后，簡易試制夾具將不再使用，行業(yè)普遍采用倉庫存儲，占據(jù)空間大、利用率低，或直接報(bào)廢，成本浪費(fèi)高。如何在保證試制夾具質(zhì)量、精度的基礎(chǔ)上，降低焊裝試制夾具開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，提升白車身試制效率，業(yè)內(nèi)一直都在探索。目前，結(jié)合已開發(fā)新車型試制的嘗試，試制夾具柔性設(shè)計(jì)將很好的解決此問題。

試制夾具概述

國內(nèi)汽車行業(yè)中，試制焊接夾具開發(fā)有三種形式：氣動(dòng)試制夾具、簡易試制夾具和柔性試制夾具。氣動(dòng)夾具與正式批產(chǎn)夾具一致，采用氣缸加緊，按照正式量產(chǎn)的夾具標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造等。簡易夾具是正式批產(chǎn)夾具的簡化版，采用手動(dòng)夾緊器（部分關(guān)鍵部位采用氣動(dòng)形式），精度和定位方式等夾具標(biāo)準(zhǔn)要求與正式夾具要求基本一致。柔性夾具與簡易夾具類似，其BASE板、支撐角座、補(bǔ)高座等采用柔性標(biāo)準(zhǔn)模塊化的結(jié)構(gòu)，滿足各車型試制夾具使用。

因氣動(dòng)試制夾具整體投資成本高、開發(fā)周期長，各汽車公司已不采用氣動(dòng)夾具進(jìn)行新產(chǎn)品試制，采用相對投資成本低、開發(fā)周期短的簡易試制夾具。但在試制開發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)柔性夾具比簡易夾具投資成本更低，開發(fā)周期更短，柔性夾具整體比簡易夾具投資成本約降低30%，周期約減少1/5。

試制夾具特點(diǎn)

新車型整體設(shè)計(jì)和車身零部件設(shè)計(jì)基本完成之后，開始進(jìn)行樣車試制，在試制階段需要對新車型進(jìn)行外觀、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)及密封等各種評價(jià)，性能試驗(yàn)和改進(jìn)。一款設(shè)計(jì)優(yōu)良的汽車產(chǎn)品，離不開高技術(shù)含量的試制過程。試制樣車一般分為概念車、驗(yàn)證車和試驗(yàn)車，概念車更多關(guān)注外觀和造型，驗(yàn)證車和試驗(yàn)車更多強(qiáng)調(diào)精度、質(zhì)量合格等。

樣車試制特點(diǎn)如下：

1）產(chǎn)量小（50～100臺）。

2）生產(chǎn)靈活，對生產(chǎn)節(jié)拍要求不嚴(yán)。

3）不要求零件所有焊點(diǎn)都在夾具上實(shí)現(xiàn)焊接。

4）產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)生變更時(shí)，快速實(shí)現(xiàn)夾具更改，保證設(shè)計(jì)變更要求。

5）對關(guān)鍵車身精度要求較嚴(yán)，需要保證和滿足總裝關(guān)鍵零部件裝配要求。

6）為保證車身碰撞法規(guī)，需保證焊接質(zhì)量要求。

白車身樣車在焊裝試制過程中，試制焊接夾具需要把車身沖壓件定形、定位并夾緊，組合成車身組件、分總成及總成，同時(shí)利用焊接的方法使其形成整體。在樣車試制階段，為減少投資，加快試制速度，保證試制樣車的精度、質(zhì)量等要求，試制夾具相對生產(chǎn)線量產(chǎn)夾具有所不同。

結(jié)合樣車試制特點(diǎn)，試制夾具的特點(diǎn)如下：

1）相對于量產(chǎn)夾具而言，夾具數(shù)量少，投資成本低，開發(fā)周期短。

2）夾具機(jī)構(gòu)相對復(fù)雜，每套夾具焊接的沖壓零件數(shù)量多。

3）夾具機(jī)構(gòu)簡單，便于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化時(shí)的調(diào)節(jié)與更改。

4）夾具設(shè)計(jì)、制造等滿足汽車行業(yè)夾具標(biāo)準(zhǔn)要求。

5）夾具焊接操作空間盡量滿足車身關(guān)鍵定位焊點(diǎn)的焊接。

試制夾具介紹

1.氣動(dòng)試制夾具

氣動(dòng)夾具與正式量產(chǎn)夾具一致，采用氣缸夾緊，一般按照汽車行業(yè)正式量產(chǎn)的氣動(dòng)夾具標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造，如圖1所示。試制夾具開發(fā)數(shù)量少，每套夾具焊接沖壓零件較多，定位夾緊單元較多。由于氣動(dòng)夾具有氣缸、氣管、氣控等，所以導(dǎo)致焊接操作空間小，影響試制關(guān)鍵及定位焊點(diǎn)焊接，試制車身精度、質(zhì)量不易控制，且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更改時(shí)，氣動(dòng)夾具不便于調(diào)節(jié)和更改。試制結(jié)束后，部分汽車公司將氣動(dòng)夾具分解改造，使其滿足正式投產(chǎn)夾具的使用要求。由于試制周期與正式夾具調(diào)試周期重疊，若將試制氣動(dòng)夾具分解改造，將影響整個(gè)車型開發(fā)周期，且試制氣動(dòng)夾具一次性投資成本較高，開發(fā)周期長。

圖1 某車型氣動(dòng)試制夾具

2.簡易試制夾具

簡易試制夾具是氣動(dòng)試制夾具的簡化版，采用手動(dòng)夾緊器（部分關(guān)鍵部位采用氣動(dòng)夾緊），夾具標(biāo)準(zhǔn)與氣動(dòng)夾具基本一致，如圖2所示。由于簡易試制夾具沒有氣缸、氣管、氣控等，所以焊接操作空間大，試制關(guān)鍵及定位焊點(diǎn)焊接方便，且夾具機(jī)構(gòu)簡單，便于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化時(shí)的調(diào)節(jié)與更改。相對氣動(dòng)試制夾具一次性投資成本低，開發(fā)周期短。試制結(jié)束后，簡易夾具將不再使用，因其可重復(fù)利用性幾乎沒有，直接報(bào)廢，成本浪費(fèi)高。部分公司在試制車間進(jìn)行存儲，占據(jù)空間大，造成車間空間利用率低。

圖2 某車型簡易試制夾具

3.柔性試制夾具

1）第一種與簡易試制夾具類似，同樣采用手動(dòng)夾緊器（部分關(guān)鍵部位采用氣動(dòng)夾緊），夾具標(biāo)準(zhǔn)與氣動(dòng)夾具基本一致，夾具BASE板布置矩陣孔，支撐角座、補(bǔ)高座等采用標(biāo)準(zhǔn)通用化形式，如圖3所示。試制結(jié)束后，BASE板、支撐角座、補(bǔ)高座等標(biāo)準(zhǔn)通用部分，繼續(xù)供下一款新車型使用，僅需要更換新車型零件的定位夾緊機(jī)構(gòu)、型板等差異部分，即可完成新車型試制夾具的開發(fā)。這樣在一定程度上減少了重復(fù)投資，比簡易試制夾具投資成本更低、開發(fā)周期更短，是目前常用的焊裝試制夾具方式。

圖3 某車型柔性下部車身試制夾具（部分單元）

2）第二種為萬能工作平臺，是目前柔性化較高的試制夾具。其主體主要有萬能工作平臺、通用安裝座、定位夾緊機(jī)構(gòu)及型板等，其中萬能工作平臺、通用安裝座帶有矩陣孔，如圖4所示。試制結(jié)束后，萬能工作平臺、通用安裝座繼續(xù)供下一款新車型使用，同樣僅需要更換定位夾緊機(jī)構(gòu)、型板等差異部分，即可完成新車型試制夾具的開發(fā)，但萬能工作平臺比第一種柔性夾具一次性投資成本高，開發(fā)周期長。

圖4 萬能工作平臺

柔性試制夾具開發(fā)

1.柔性夾具結(jié)構(gòu)

柔性夾具結(jié)構(gòu)與簡易夾具機(jī)構(gòu)大致相同，主要結(jié)構(gòu)包括BASE板、角座、補(bǔ)高座、型板及定位夾緊機(jī)構(gòu)（連接塊、壓臂、銷座、定位銷及調(diào)整墊片等）等部分組成，復(fù)雜定位單元需要增加限位塊、導(dǎo)軌等功能件。其中BASE為柔性BASE，角座、補(bǔ)高座為標(biāo)準(zhǔn)通用結(jié)構(gòu)。

2.柔性夾具開發(fā)要求

1）根據(jù)夾具BASE板面積S，選用合適厚度的鋼板，作為BASE面，BASE面加工完厚度要求見表1。

表1 BASE面加工完厚度要求

2）夾具BASE上布置矩陣孔（一般孔數(shù)×間距約為200×200mm），矩形陣列上同一行或同一列上相鄰兩個(gè)M12裝配螺孔的間距為200mm，相鄰兩個(gè)φ12H7定位柱銷銷孔的間距為（200±0.02）mm，相鄰裝配螺孔與定位柱銷銷孔的距離為（100±0.05）mm。

3）根據(jù)需要在BASE上設(shè)計(jì)厚度為20mm過渡鋼板，過渡板通過定位柱銷定位到BASE上，并用裝配螺栓緊固，標(biāo)準(zhǔn)支撐角座、補(bǔ)高座定位裝配到過渡板上。型板、定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)等差異部分，按車型零件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4）其他夾具機(jī)構(gòu)要求，按照汽車行業(yè)夾具標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求執(zhí)行。

結(jié)語

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，以及不斷的經(jīng)驗(yàn)積累總結(jié)，試制夾具已能保證試制白車身的精度、產(chǎn)品質(zhì)量等，滿足總裝試制零部件裝配要求及驗(yàn)證車、試驗(yàn)車要求。柔性試制夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)用，在簡易試制夾具的基礎(chǔ)上，做到試制夾具柔性部分的重復(fù)使用，達(dá)到減少項(xiàng)目投資成本、縮短項(xiàng)目周期的目的。