程 楠，潘啟斯

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心車身工程科，廣西柳州545007）

汽車車身焊接是汽車生產(chǎn)制造四大工藝之一。焊接生產(chǎn)線是車身焊接的基礎(chǔ)，焊裝夾具則是焊接生產(chǎn)線的前提。在車身焊接生產(chǎn)線上，真正用于焊接操作的工作量?jī)H約占40%，而約60%的工作量為零件的定位和裝夾。所以，焊裝夾具在車身焊接線上起著重要的作用。在設(shè)計(jì)焊裝夾具時(shí)，不僅要考慮生產(chǎn)要求，還必須熟悉車身零件結(jié)構(gòu)，了解薄板鈑金件易變形的特點(diǎn)等諸多內(nèi)容。

1 車身鈑金件的特點(diǎn)及在焊裝夾具中的正確定位

汽車車身鈑金件在焊裝夾具中能否正確定位，是保證整車焊接精度的關(guān)鍵。

通常情況下，對(duì)于剛性較好的零件，采用典型的定位形式（一面兩銷、兩面一銷或面、面、面）即可以完全限制零件的6個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度，從而保證零件的質(zhì)量及穩(wěn)定的重復(fù)精度。

汽車車身一般由外覆蓋件、內(nèi)覆蓋件和骨架件組成，覆蓋件的材料主要是低碳鋼的冷軋鋼板，鋼板厚度一般為0.7～1.2 mm，也就是說大都為薄板件。其特點(diǎn)為剛性差、易變形，某些型腔較深的沖壓件，還會(huì)存在回彈變形等。正是由于這些不足，車身焊裝夾具必須設(shè)置輔助定位和夾緊點(diǎn)，將被定位零件因回彈、剛性不足或焊后變形而導(dǎo)致的位置誤差，盡可能約束回復(fù)到理論位置，才能保證整個(gè)焊接總成的焊接質(zhì)量和重復(fù)精度。

在設(shè)計(jì)車身焊裝夾具時(shí)，常對(duì)6點(diǎn)定位法則有兩種誤解：

一是認(rèn)為6點(diǎn)定位原則對(duì)薄板焊接件定位不適用；

二是認(rèn)為薄板焊接件上有過定位現(xiàn)象。

針對(duì)這種現(xiàn)象，我們進(jìn)行了分析和探討。

2 焊接夾具的輔助定位和夾緊作用

現(xiàn)以汽車車架的焊接定位為例，來對(duì)焊接夾具的輔助定位、夾緊在車架焊接過程中所起的作用逐一分析。

圖1 車身大梁的定位夾緊

（1）汽車車架焊接的6點(diǎn)定位。圖1中圓柱定位銷1、菱形定位銷2及左、右大梁的翻邊，即構(gòu)成兩面一銷定位系統(tǒng)。其中左、右大梁翻邊，作為主定位基準(zhǔn)面，分別約束了Z方向、繞X軸旋轉(zhuǎn)、繞Y軸旋轉(zhuǎn)3個(gè)自由度；圓柱定位銷1分別約束了X方向、Y方向2個(gè)自由度；菱形定位銷2約束了繞Z軸旋轉(zhuǎn)的自由度。顯然，6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度均已被限制，按照6點(diǎn)定位法則，車架已完全處于全約束狀態(tài)，而無須再增加其他定位元件。

但事實(shí)上，這種定位系統(tǒng)無法滿足車架定位精度的要求。

（2）大梁撓曲度的影響。大梁Z方向的兩端支撐后，由于車架焊后的變形或車架本身總質(zhì)量的重力作用，車架中部可能出現(xiàn)向上或向下的彎曲，δ為大梁的撓曲度（見圖2）。

圖2 大梁的撓曲度

顯然，無論出現(xiàn)向上還是向下彎曲，都會(huì)對(duì)車架上所拼焊零件的相互位置產(chǎn)生影響，以至于使車架焊接質(zhì)量不合格。因此，在下車體焊接過程中，必須設(shè)法消除大梁在Z方向的彎曲。要想在焊接夾具上消除Z方向彎曲，只能在大梁中部區(qū)域的適當(dāng)位置增加輔助定位和夾緊單元（見圖3）。

（3）增加輔助定位和夾緊單元的成功應(yīng)用。通過輔助夾緊，將向上彎曲面壓回理論位置；或是通過輔助支承，將向下彎曲面頂回理論位置。當(dāng)然，上述彎曲量δ值都必須是在允許范圍內(nèi)，若彎曲量δ值過大，即便設(shè)置了輔助定位（支承）及夾緊，也無法使其回復(fù)到理論位置。顯然，由于設(shè)置了輔助支承，在夾具上就可發(fā)現(xiàn)零件是否已超出彎曲誤差允許的范圍，對(duì)零件焊接質(zhì)量起到了間接檢測(cè)和控制的作用。該焊裝夾具已成功應(yīng)用在某微車車身焊接拼臺(tái)上，并取得了很好的效果。

圖3 大梁中部區(qū)域增加輔助定位和夾緊單元

3 采用兩個(gè)圓柱銷定位的分析

通常理論上的定位元件，應(yīng)該采用一個(gè)圓柱形定位銷（簡(jiǎn)稱圓柱銷）和一個(gè)菱形銷（也稱削邊銷）來定位零件的，而實(shí)際上卻采用兩個(gè)圓柱銷進(jìn)行定位，對(duì)其原因現(xiàn)分析如下。

（1）對(duì)于剛性較差的薄板鈑金件，若采用一個(gè)圓柱銷和一個(gè)菱形銷的一面兩銷定位形式對(duì)其定位時(shí)，鈑金件將會(huì)出現(xiàn)向下?lián)锨４藭r(shí)，在其下方增加輔助定位支承，無疑是最好的解決辦法。但當(dāng)下方空間不允許設(shè)置輔助定位支承時(shí)，若仍一味采用圓柱銷+菱形銷定位，將無法得到正確的定位狀態(tài)（見圖4）。圖中，

δ1為被定位零件中部下?lián)现担?/p>

δ2為被定位零件端部翹起值。

圖4 圓柱、菱形銷的定位狀態(tài)

圖5 A處放大圖

顯然，從圖5中不難看出，由于菱形銷的存在，菱形銷短邊無法阻止被定位零件向下?lián)锨^程中向定位孔邊的位移，以致于零件偏離正確位置，定位銷將失去其定位作用。

此時(shí)若采用兩個(gè)圓柱銷，并在圓柱銷旁邊輔予合理的定位面及夾緊點(diǎn)，定位效果就會(huì)得到極大改善（見圖6）。

（2）由于壓頭要將被定位零件壓至定位塊型面，從而導(dǎo)致了被定位零件上定位孔被強(qiáng)行拉入圓柱定位銷，圓柱定位銷與定位孔間間隙很小，可理解為兩中心距重合，使被定位零件向下?lián)锨喀?將被最大限度的消除。

圖6 兩圓柱銷的定位狀態(tài)

典型的例子就是車門內(nèi)外板總成的焊接。車門內(nèi)板結(jié)構(gòu)上盡管設(shè)計(jì)了一些加強(qiáng)筋，但由于支撐定位面均設(shè)置在周邊，門內(nèi)板進(jìn)入定位狀態(tài)時(shí)，仍將出現(xiàn)一些向下?lián)锨臓顩r。由于拼臺(tái)中部布置有輸送提升裝置，無法在內(nèi)板中下部設(shè)置輔助定位塊。因此，解決的方法只能采用兩個(gè)圓柱銷（見圖7）。該定位方式已成功應(yīng)用在某微車五門一蓋內(nèi)外板總成焊接拼臺(tái)上，效果很好。

圖7 某微型車發(fā)罩內(nèi)板定位形式

4 對(duì)零件實(shí)現(xiàn)正確定位的認(rèn)識(shí)

通過以上對(duì)車身焊接件定位的分析和研究，我們對(duì)輔助定位支承在焊裝夾具中的重要性有了更深刻的認(rèn)識(shí)。限制6個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度，是焊接夾具設(shè)計(jì)的宗旨，但人們通常把限制6個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度，理解為限制6個(gè)方向的自由度。而且這種限制不僅依靠夾具的定位夾緊，還要依靠零件之間的相互關(guān)系。只有正確認(rèn)識(shí)了薄板沖壓件焊接生產(chǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)又正確理解了6點(diǎn)定位法則，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的正確定位。

5 結(jié)束語

如何在焊裝夾具中正確、合理的設(shè)置輔助定位支承，是一項(xiàng)極為復(fù)雜的系統(tǒng)問題，它涉及到如何準(zhǔn)確分析、判斷被定位零件的剛性、回彈、焊后變形以及將其位置誤差約束到理論位置應(yīng)施加多大的力等等。雖然我們已在這方面積累了一定經(jīng)驗(yàn)，但在該領(lǐng)域還有大量的知識(shí)有待去進(jìn)一步地學(xué)習(xí)和研究，以便為焊裝夾具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的不斷發(fā)展創(chuàng)新，提供新的理論支持。

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