汽車涂裝工藝夾具柔性應(yīng)用探討

周滿紅 盧順 黃泰盛

關(guān)鍵詞：涂裝;工藝夾具;柔性應(yīng)用

0 引言

汽車涂裝工藝夾具（簡(jiǎn)稱涂裝夾具）是指白車身在涂裝工藝中，固定車身門蓋（發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、行李艙蓋、前后側(cè)門和油箱蓋等），同時(shí)還要使車身門蓋保持在一定的開(kāi)度，以方便人工、機(jī)器人噴涂和涂膠作業(yè)，并保障涂裝質(zhì)量的一種工藝工裝。涂裝夾具跨越多工序生產(chǎn)線，使用環(huán)境復(fù)雜，安全和質(zhì)量要求高。而且隨著汽車涂裝自動(dòng)化的提高，內(nèi)噴機(jī)器人和自動(dòng)涂膠機(jī)器人的應(yīng)用，涂裝夾具還需要適用機(jī)器人自動(dòng)開(kāi)關(guān)門的需要。

對(duì)于汽車整車生產(chǎn)基地，涂裝車間生產(chǎn)線需同時(shí)生產(chǎn)多款產(chǎn)品，有的多達(dá)十幾款。而不同車型因?yàn)檐嚿?、門蓋結(jié)構(gòu)大小不同，鉸鏈分布位置各異，均需要設(shè)計(jì)相匹配的涂裝夾具，從而造成涂裝夾具的種類多、數(shù)量大，出現(xiàn)裝取工位夾具放置困難、員工識(shí)別困難、物流周轉(zhuǎn)復(fù)雜以及車間管理難度大等問(wèn)題。所以減少涂裝夾具種類，提升柔性應(yīng)用是車間急需解決的一個(gè)問(wèn)題。

本文主要從涂裝夾具種類、側(cè)門電泳夾具柔性應(yīng)用、側(cè)門面漆夾具柔性應(yīng)用、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋面漆夾具（簡(jiǎn)稱發(fā)蓋夾具）柔性應(yīng)用以及行李艙蓋工藝夾具（簡(jiǎn)稱尾門夾具）柔性應(yīng)用等方面進(jìn)行闡述。

1 涂裝夾具種類

涂裝夾具按所使用的工藝段，分為電泳夾具和面漆夾具。涂裝夾具按在白車身所使用位置分為側(cè)門夾具、發(fā)蓋夾具、尾門夾具和加油小門夾具等。兩者組合在一起，組合成一套典型的涂裝夾具，包括前門電泳夾具、前側(cè)門和后側(cè)門面漆夾具（人工內(nèi)噴線）、前側(cè)門和后側(cè)門定位夾具、前門和后門二級(jí)定位夾具（機(jī)器人內(nèi)噴線）、前門和后門防碰夾具、側(cè)門綁帶、發(fā)蓋托架夾具、發(fā)蓋撐桿、發(fā)蓋面漆夾具、尾門工藝夾具、尾門密封膠、面漆撐桿以及加油小門噴涂夾具等17 種。

當(dāng)然，還存在部分特殊使用的涂裝夾具，如人工噴涂裙邊膠所使用的擋板、貼黑膜所使用的定位工裝等。這些僅為少量產(chǎn)品需要，不列入典型涂裝夾具清單和減少目標(biāo)[1]。

2 側(cè)門電泳夾具柔性應(yīng)用

2.1 技術(shù)要求

（1）在輸送過(guò)程中固定側(cè)門，防止側(cè)門自開(kāi)與輸送設(shè)備干涉。

（2）在前處理和電泳工藝段為車身門蓋提供足夠大的開(kāi)度，以便槽液快速充分流入流出白車身，使白車身清洗干凈;減少磁場(chǎng)屏蔽，保障電泳膜厚和質(zhì)量。一般側(cè)門開(kāi)度控制在80.0 ～ 150.0 mm。門開(kāi)度偏小，車身清洗不充分，影響清洗效果，出現(xiàn)電泳質(zhì)量問(wèn)題;門開(kāi)度偏大，車身寬度加大，影響車型在生產(chǎn)線的通過(guò)性[2]。

2.2 車身結(jié)構(gòu)調(diào)查

經(jīng)比對(duì)和調(diào)查，不同公司基本上借用側(cè)門鎖體區(qū)域結(jié)構(gòu)或門框邊結(jié)構(gòu)作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。調(diào)查本司不同車型鎖體區(qū)域結(jié)構(gòu)（圖1），側(cè)圍A 處均采用M8 螺母結(jié)構(gòu)，而側(cè)門處B 值只有3 種尺寸（12.0 mm、17.0 mm 和24.0mm），這樣就有了柔性設(shè)計(jì)應(yīng)用側(cè)門電泳夾具的基礎(chǔ)。

2.3 側(cè)門電泳夾具設(shè)計(jì)應(yīng)用

側(cè)門電泳夾具有螺栓固定型和彈性固定型2 種，因無(wú)翻轉(zhuǎn)前處理工藝，為裝取簡(jiǎn)單，選取了彈性固定型。側(cè)門電泳夾具安裝如圖2 所示，前端采用相同的結(jié)構(gòu)，后端尺寸為了降低側(cè)門自開(kāi)幾率，匹配不同的車門尺寸。最初按照3 種設(shè)計(jì)，但是發(fā)現(xiàn)匹配12.0 mm 和17.0 mm 的夾具，實(shí)際采用1 種也是非常安全的（圖3）。最后，設(shè)計(jì)了2 種側(cè)門電泳夾具，可以滿足目前公司所有車型前門和后側(cè)門電泳工藝需要，達(dá)到了減少夾具種類的目的。

3 側(cè)門面漆夾具柔性應(yīng)用

3.1 側(cè)門面漆夾具概況

側(cè)門面漆夾具有轉(zhuǎn)動(dòng)型和限位型2 種，兩者的組成和優(yōu)缺點(diǎn)詳見(jiàn)表1。轉(zhuǎn)動(dòng)型夾具常用于人工噴涂和涂膠生產(chǎn)線，無(wú)法用于機(jī)器人開(kāi)關(guān)門蓋生產(chǎn)線，為此開(kāi)發(fā)了限位型夾具。目前公司涂裝車間既有人工噴涂和涂膠生產(chǎn)線，也有機(jī)器人內(nèi)噴生產(chǎn)線，所以面漆夾具需同時(shí)考慮轉(zhuǎn)動(dòng)型和限位型夾具方案。為了減少夾具種類，在限位型夾具成熟后，取消轉(zhuǎn)動(dòng)型夾具，全部采用限位型夾具。

3.2 限位型技術(shù)要求

（1）車身在輸送線運(yùn)輸過(guò)程中，確保四門在不受外力情況下自動(dòng)打開(kāi)。

（2）在涂膠面漆等操作段（含人工或機(jī)器人），為側(cè)門提供一定開(kāi)度，以防止門蓋關(guān)閉時(shí)出現(xiàn)膠或面漆碰傷。

（3）控制四門與車身主體之間的開(kāi)度，以提高車身與四門在靜電噴涂過(guò)程中整體漆膜均勻性，減少四門邊緣部位肥邊，提升面漆感知。通常，四門與車身的開(kāi)度控制在10.0 ～ 20.0 mm，門開(kāi)度小于10 .0 mm，容易出現(xiàn)碰傷問(wèn)題;門開(kāi)度大于20.0 mm，面漆仿形難度加大，容易肥邊，影響感知。

（4）門打開(kāi)至最大時(shí)，能穩(wěn)定停住，方便人或機(jī)器人操作。

3.3 二級(jí)定位夾具設(shè)計(jì)應(yīng)用

本夾具參照總裝的側(cè)門限位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在門打開(kāi)至最大時(shí)，門能穩(wěn)定停住，方便人或機(jī)器人操作;在門為關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，側(cè)門在輸送過(guò)程中不能自開(kāi)。圖4 為二級(jí)定位夾具開(kāi)關(guān)門應(yīng)用截面圖示，關(guān)門時(shí)使用夾具上的關(guān)門夾緊區(qū)，開(kāi)門時(shí)使用夾具上的開(kāi)門夾緊區(qū)，夾具的尺寸與關(guān)聯(lián)的車身結(jié)構(gòu)尺寸有密切關(guān)系。

為了柔性設(shè)計(jì)應(yīng)用本夾具，調(diào)查測(cè)量了本司所生產(chǎn)的多款產(chǎn)品車身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)A、B、C、D 值（圖5），數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

從表2 可知，A 均為M8 螺母，B 值均為54.0 mm，這2 個(gè)尺寸決定二級(jí)定位器夾具的安裝可以統(tǒng)一。C 值代表不同車型關(guān)門狀態(tài)的尺寸，關(guān)聯(lián)夾具關(guān)門夾緊區(qū)，所統(tǒng)計(jì)的20 個(gè)數(shù)據(jù)在11.1 ～ 12.5 mm，有1.4 mm 的波動(dòng)，需要夾具關(guān)門夾緊區(qū)柔性1.4 mm 以上。D 值代表不同車型開(kāi)門至最大角度時(shí)的尺寸，關(guān)聯(lián)夾具開(kāi)門夾緊區(qū)，所統(tǒng)計(jì)的20 個(gè)數(shù)據(jù)在89.3 ～ 124.1 mm，有34.8 mm 的波動(dòng)，需要夾具關(guān)門夾緊區(qū)柔性35.0 mm 以上。

為此，本司設(shè)計(jì)了一種新二級(jí)定位夾具（圖6），設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)夾具開(kāi)門夾緊區(qū)和關(guān)門夾緊區(qū)尺寸。之后在極端車型上進(jìn)行模擬分析，可行，最后在不同實(shí)車試裝驗(yàn)證，完全可行。

3.4 防碰夾具應(yīng)用

防碰塊夾具一般安裝在B 柱或C 柱， 主要是把門撐開(kāi)10.0 ～ 20.0 mm，防止側(cè)門碰傷側(cè)圍。為了柔性，設(shè)計(jì)了一款通用型防碰夾具（圖7），可用于所有車型。

4 發(fā)蓋面漆夾具柔性應(yīng)用

涂裝工藝過(guò)程中，需要把發(fā)蓋舉起和放下，此時(shí)，發(fā)蓋是潔凈的，或噴有油漆，或有涂膠。人員不能直接接觸發(fā)蓋，所以需要設(shè)計(jì)發(fā)蓋面漆夾具，用于解決以上沖突。從受力分析，為了舉蓋省力，夾具應(yīng)該設(shè)計(jì)垂直轉(zhuǎn)動(dòng)軸且與發(fā)蓋質(zhì)點(diǎn)共面。再考慮安裝夾具需要螺母或方孔等結(jié)構(gòu)，只有安裝了發(fā)蓋鎖體區(qū)域的車身結(jié)構(gòu)滿足以上條件。對(duì)比不同的車型，發(fā)蓋鎖體區(qū)域車身結(jié)構(gòu)大致有兩種情況[3]。

第一種為鎖體通過(guò)螺栓固定在發(fā)蓋內(nèi)板上（圖8），內(nèi)板上有2個(gè)螺母孔和定位孔，發(fā)蓋面漆夾具借用此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而且對(duì)于以后所有新產(chǎn)品，如果設(shè)計(jì)部門定義發(fā)蓋鎖采用同一把，則在產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝評(píng)審階段，要求鎖體對(duì)應(yīng)的車身結(jié)構(gòu)與之前的產(chǎn)品一樣。這樣發(fā)蓋面漆夾具也能用于此產(chǎn)品，從而減少夾具種類。

第二種為發(fā)蓋鎖體安裝在前車體區(qū)域，發(fā)蓋內(nèi)板區(qū)域有”U”型鎖扣桿（圖9），發(fā)蓋面漆夾具借用此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而且對(duì)于以后所有新產(chǎn)品，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝評(píng)審階段，如采用”U”型鎖扣桿結(jié)構(gòu)，則要求設(shè)計(jì)部門把”U”型鎖扣桿尺寸做成一致，就能沿用現(xiàn)有發(fā)蓋面漆夾具，從而減少夾具種類。

綜上，設(shè)計(jì)了2種發(fā)蓋面漆夾具，能用于95% 以上的產(chǎn)品，減少了夾具種類。

5 尾門工藝夾具柔性應(yīng)用

對(duì)于尾門工藝夾具，借用安裝尾門鎖區(qū)域車身結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)和安裝。對(duì)比不同的車型，尾門鎖體區(qū)域車身結(jié)構(gòu)大致有2 種情況，按照對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了2 種對(duì)應(yīng)的工藝夾具（圖10 ）。同時(shí)，在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝評(píng)審階段，仔細(xì)評(píng)審數(shù)模結(jié)構(gòu)，模擬裝配現(xiàn)有工藝夾具，確保工藝夾具能用于新產(chǎn)品。

綜上，設(shè)計(jì)了2種尾蓋工藝夾具，能用于95% 以上的產(chǎn)品，減少了夾具種類。

6 結(jié)束語(yǔ)

從上可知，側(cè)門電泳夾具、側(cè)門面漆夾具、發(fā)蓋面漆夾具和尾門工藝夾具4類共8種柔性?shī)A具可以應(yīng)用于絕大多數(shù)產(chǎn)品。前期在機(jī)器人內(nèi)噴線使用，效果很好，再推廣到了所有人工內(nèi)噴線。再者側(cè)門綁帶本來(lái)就適用于所有車型。所以涂裝線所生產(chǎn)的多款產(chǎn)品，在17 種典型涂裝工藝夾具中，12 種夾具可選用以上8 種柔性?shī)A具代替。

由于不需要開(kāi)發(fā)匹配的涂裝夾具，從而大幅減少了夾具的種類，生產(chǎn)線放置、員工識(shí)別、物流周轉(zhuǎn)以及車間管理等也都有較大提升。而且，對(duì)于生產(chǎn)線新投入的產(chǎn)品，也可適用。新涂裝夾具開(kāi)發(fā)數(shù)量的大幅減少，節(jié)約了成本，提升了效率。