汽車車身焊裝夾具設計規律

卞 平，李復剛

(湖北工業職業技術學院機電工程系，湖北十堰，442000)

1 汽車車身的結構特點

汽車車身一般由內外覆蓋件與骨架件構成，覆蓋件鋼板厚度一般在0．8-1．2mm之間，骨架件鋼板厚度在1．2-2．5mm之間，這個厚度對焊接夾具的設計提出了挑戰。

1．1 結構復雜，不利于繪圖和造型

汽車車身構件都是薄板沖壓件，這些相關的零件多是拉延而成的多緯曲面體，結構比較復雜，在裝焊成組件或殼體的時候，還需要考慮到車身造型，同時由于組件或殼體剛性的限制，給設計中的圖紙繪制和三維造型帶來難度。

1．2 剛性不足，不利于固定和保持形狀

薄板的加工工藝是沖壓，這種制造方法會造成產品剛性不足，和普通機械加工件對比剛性相差較大，這種過于柔韌的沖壓件不利于固定和保持形狀，因此設計焊接夾具必須保證工序件焊裝的要求，同時也需要保證整體焊接精度，滿足裝配的基本要求，這給焊接工作也帶來了困難。

1．3 三維特征的焊接尺寸標注問題

汽車車身的焊接具有非常強的三維空間特征，而且三維跨度非常大，這給焊接夾具設計中的尺寸標注帶來了一定的困難。為保證夾具能符合要求，必須對車身進行空間坐標標注，為夾具的空間尺寸特征提供必要的參數。三維坐標標注非常困難，相應的精度要求也更高。根據實際生產經驗，部分焊接夾具的失誤就源自三維坐標的標定失誤。

2 車身焊接夾具的特點

2．1 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。

2．2 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。

2．3 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。

3 焊裝夾具的設計規律

3．1 焊裝夾具設計的精度控制

焊接夾具的精度控制可以分為兩部分，一是焊接夾具的精度標準，通常情況下，生產單位會對定位銷、底板基準槽、坐標線、各類支承件等的精度要求，比如形狀、精度、尺寸、公差等，焊接夾具的精度等級要達到標準要求。二是裝配精度，該精度又分骨架精度和外觀精度兩類，前者指三維坐標值，后者是車門間隙面差。設計出的焊接夾具在上述兩種焊裝精度合格的同時還必須滿足工序件焊裝要求。

3．2 焊裝夾具設計的六點定則

進行焊接夾具設計基本的宗旨是限制6個方向的運動自由度，依靠制件之間相互制約和夾具定位夾緊的裝置實現限制運動自由度。生產中夾具精度范圍必須滿足產品裝配要求，應該選取盡量多的定位面。要想保證夾具裝調一次成功達到精度要求，沖壓件必須高規格生產，并做好相關的技術檢測，確保產品尺寸偏差，同時定位點設置盡量多。

要想保證焊裝夾具的精度，使之滿足加工、裝配的要求，設計人員還需要考慮各個定位部件的使用狀況。比如直角塊可以實現定位方式的契合，使用直角塊的好處是壓頭或定位板便于裝調，對于形成標準化的設計、制造也有著很大的幫助，更有利于維護維修。但墊片與定位銷孔之間的關系是要注意的，定位板加工如果不符合標準就會延長裝配周期，在裝配與檢測上，從檢測銷孔、定位型面等要求增多，會造成累計誤差。因此夾具的外觀不講究是否美觀，它主要是突出實用性。

3．3 焊接夾具設計的分塊定位

車身的焊接在設計焊接夾具時要考慮到車身的分塊定位。分塊方式需要遵循的規律大致一致，但會隨著車型的差異而有所不同，具體可以包括以下三點：其一是因為底板懸置孔的位置通常是底板的加強梁，所以焊裝時的懸置孔相對位置必須準確，否則車架和車身無法順利連接，另外前后懸置孔也要保證精度。其二是前后風窗口裝配尺寸要求很高，其形成位置或者位于分裝夾具，或者位于總裝夾具，設計夾具時要充分考慮。其三是門洞部分的裝配尺寸必須確保，如果有側圍分塊，則側圍的焊接夾具才是形成門洞的正確位置，如果總成焊接沒有側圍分塊，則和前后立柱相關的分裝夾具必須以前后立柱定位。

3．4 焊接夾具設計的結構夾緊

車身的焊接夾具具有一些共同的夾緊特點和結構特點，在設計時充分利用可以提高設計效率。從夾緊特點來看，因為焊接需要同時固定兩個以上的復雜工件，所以夾緊點的數量普遍較多，并且由于車身是薄板沖壓件，因此在設計時要注意讓夾緊力的作用點落在支承點，否則工件很大可能脫離定位標準甚至直接彎曲。從結構特點來看，車身的總裝夾具在底板、左側圍、右側圍三處平面均要加工上基準槽與坐標線，在后續的夾緊組合階段，檢測和裝配都依照基準槽進行，最終才能形成合格的夾具。

4 結語

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，因此提高汽車車身焊裝夾具的設計水平意義重大。汽車車身焊接夾具設計同工序件的結構、沖壓件和精度有著較為密切的關系，這是設計者在設計時必須要充分考慮的，設計工作既要遵循一般規律，也應該具體問題具體分析，在實踐中不斷提高設計的水平。